线路板EMC设计技术

Tryourbesttomakeyourprofitsmaximum.版权所有翻版必究深圳市易安技术开发有限公司基础知识–差模电流和共模电流•关于辐射的一个重要基本观念是“电流导致辐射，而非电压”。静态电荷产生静电场，恒定电流产生磁场，时变电流即产生电场又产生磁场。•在任何电路中都存在共模电流和差模电流。•一般来说，差分模式信号携带数据或有用信号（信息）。共模模式是差分模式的负面效果。Tryourbesttomakeyourprofitsmaximum.版权所有翻版必究深圳市易安技术开发有限公司基础知识–差模电流•大小相等，方向（相位）相反。•由于走线的分布电容、电感，信号走线阻抗不连续，以及信号回流路径流过了意料之外的通路等，差模电流会转换成共模电流。Tryourbesttomakeyourprofitsmaximum.版权所有翻版必究深圳市易安技术开发有限公司基础知识–共模电流•大小不一定相等，方向（相位）相同。•设备对外的干扰多以共模为主，差模干扰也存在，但是共模干扰强度常常比差模强度的大几个数量级。•外来的干扰也多以共模干扰为主，共模干扰本身一般不会对设备产生危害，但是如果共模干扰转变为差模干扰，干扰就严重了，因为有用信号都是差模干扰。Tryourbesttomakeyourprofitsmaximum.版权所有翻版必究深圳市易安技术开发有限公司基础知识–共模电流和差模电流的磁场分布•差模电流的磁场主要集中在差模电流构成的回路面积之内，而回路面积之外的磁力线会相互抵消；而共模电流的磁场，在回路面积之外，共模电流产生的磁场方向相同，磁场强度反而加强。•这个概念非常重要，PCB的很多EMC设计都遵循这个规则。Tryourbesttomakeyourprofitsmaximum.差模辐射场强：rfLIE/26.1共模辐射场强：其中，I为共模电流强度；L为共模电流路径长度；f为共模电流频率；r为测试点距离共模路径的距离。其中，I为差模电流强度；A为差模电流环路面积；f为差模电流频率；r为测试点距离差模环路的距离。Tryourbesttomakeyourprofitsmaximum.版权所有翻版必究深圳市易安技术开发有限公司基础知识总结：在线路板上抑制干扰的途径有：1、减小差模信号回路面积；2、减小高频噪声电流（滤波、隔离及匹配）；3、减小共模电压（接地设计）。在PCB的EMC设计范畴中，上述的1、3点是PCBEMC设计的关键目的。Tryourbesttomakeyourprofitsmaximum.分层设计【设计原则】：时钟频率超过5MHz，或信号上升时间小于5ns时，一般需要使用多层板设计。【原理分析】：采用多层板设计时，信号回路面积能够得到很好的控制。Tryourbesttomakeyourprofitsmaximum.分层设计【设计原则】：对于多层板，关键布线层（时钟线、总线、接口信号线、射频线、复位信号线、片选信号线以及各种控制信号线等所在层）应与完整地平面相邻，优选两地平面之间。【原理分析】：关键信号线一般都是强辐射或极其敏感的信号线，靠近地平面布线能够使其信号回路面积减小，减小其辐射强度或提高抗干扰能力。地层地层关键布线层信号回路Tryourbesttomakeyourprofitsmaximum.分层设计【设计原则】：对于单层板，关键信号线两侧应该布“GuideGroundLine”。【原理分析】：关键信号线两侧地“保卫地线”一方面可以减小信号回路面积，另外，还可以防止信号线与其他信号线之间地串扰。ICICPCB注：红线为关键信号线，篮线为地线。Tryourbesttomakeyourprofitsmaximum.分层设计【设计原则】：对于双层板来说，要求关键信号线地投影平面上有大面积铺地，或者同单层板地处理办法，设计“GuideGroundLine”。【原理分析】：原因同多层板中的“关键信号线靠近地平面布线”。ICIC铺地Tryourbesttomakeyourprofitsmaximum.分层设计【设计原则】：多层板中，电源平面应相对于其相邻地平面内缩（建议值5H～20H）。【原理分析】：电源平面相对于其回流地平面内缩可以有效抑制“边缘辐射”问题。电源层地层HE20H电源层地层HETryourbesttomakeyourprofitsmaximum.分层设计【设计原则】：布线层的投影平面应该在其回流平面层区域内。【原理分析】：布线层如果不在其回流平面层地投影区域内，在布线时将会有信号线在投影区域外，导致“边缘辐射”问题，并且还会导致信号回路面积地增大，导致差模辐射增大。E蓝色为平面层，红色为信号走线。Tryourbesttomakeyourprofitsmaximum.分层设计【设计原则】：在多层板中，单板TOP、BOTTOM层是否无≥50MHz的信号线。【原理分析】：最好将高频信号走在两个平面层之间，以抑制其对空间的辐射。过孔ICICTryourbesttomakeyourprofitsmaximum.分层设计【设计原则】：对于板级工作频率≥50MHz的单板，若第二层与倒数第二层为布线层、则TOP、BOTTOM层应铺接地铜箔。【原理分析】：同前页Tryourbesttomakeyourprofitsmaximum.分层设计【设计原则】：多层板中，单板主工作电源平面（使用最广泛的电源平面）应与其地平面紧邻。【原理分析】：电源平面和地平面相邻，可以有效地减小电源电流的回路面积。布线层1地层电源层布线层2布线层1地层电源层布线层2GoodBadTryourbesttomakeyourprofitsmaximum.分层设计【设计原则】：在单层板中，电源走线附近必须有地线与其紧邻、平行走线。【原理分析】：减小电源电流回路面积。IC电源线地线单层板IC电源线地线单层板GoodBadTryourbesttomakeyourprofitsmaximum.分层设计【设计原则】：在双层板中，电源走线附近必须有地线与其紧邻、平行走线。【原理分析】：减小电源电流回路面积。IC电源线地线双层板IC地线电源线或Tryourbesttomakeyourprofitsmaximum.分层设计【设计原则】：在分层设计时，尽量避免布线层相邻的设置。如果无法避免布线层相邻，应该适当拉大两布线层之间的层间距，缩小布线层与其信号回路之间的层间距。【原理分析】：相邻布线层上的平行信号走线会导致信号串扰。地层布线层1布线层2电源层Tryourbesttomakeyourprofitsmaximum.分层设计【设计原则】：相邻平面层应避免其投影平面重叠。【原理分析】：投影重叠时，层与层之间的耦合电容会导致各层之间的噪声互相耦合。5V3.3VDC/DC电源模块GNDDC/DC电源模块GND5V3.3VTryourbesttomakeyourprofitsmaximum.分层设计推荐分层设计：层数123456789104S1G1P1S26S1G1S2P1G2S36S1G1S2S3P1S48S1G1S2G2P1S3G3S48S1G1S2P1G2S3P2S410S1G1S2P1S3G2P2S4G3S510S1G1S2S3G2P1S4S5G3S6Tryourbesttomakeyourprofitsmaximum.布局设计【设计原则】：PCB布局设计时，应充分遵守沿信号流向直线放置的设计原则，尽量避免来回环绕。【原理分析】：避免信号直接耦合，影响信号质量。网口变压器PHYCPU接口网口变压器PHY接口CPU直接耦合GOODBADTryourbesttomakeyourprofitsmaximum.布局设计【设计原则】：多种模块电路在同一PCB上放置时，数字电路与模拟电路、高速与低速电路应分开布局。【原理分析】：避免数字电路、模拟电路、高速电路以及低速电路之间的互相干扰。其他有噪声电路数字电路模拟电路电源电路Tryourbesttomakeyourprofitsmaximum.布局设计【设计原则】：当线路板上同时存在高、中、低速电路时，应该遵从下图中的布局原则。【原理分析】：避免高频电路噪声通过接口向外辐射。接口低速电路（如低频模拟电路）中速电路（如数字控制电路）高速电路（如大规模集成电路）Tryourbesttomakeyourprofitsmaximum.布局设计【设计原则】：存在较大电流变化的单元电路或器件（如电源模块的输入输出端、风扇及继电器）附近应放置储能和高频滤波电容。【原理分析】：储能电容的存在可以减小大电流回路的