PCB-EMC设计指导书

。本规范于2008年1月1日首次发布。本规范起草单位：品石电子技术研发工作室本规范主要起草人：叶有福本规范批准人：电磁兼容性(EMC-ElectromagneticCompatibility)，定义为：设备(分系统、系统)在共同的电磁环境中能一起执行各自功能的共存状态。即：该设备不会由于受到处于同一电磁环境中其他设备的电磁发射导致或遭受不允许的降级；它也不会使同一电磁环境中其他设备(分系统、系统)，因受其电磁发射而导致或遭受不允许的降级。纵观国内外业界精英的做法，无一不是在产品的预研、开发阶段投入大量精力，在设计阶段开展EMC工作，避免可能出现的电磁兼容问题。中国品石电子研发工作室在EMC等产品专项工程方面也开展了一系列的研究并取得一定的成绩，做出一些探索性的工作。作为EMI的源头，器件选型、原理设计、PCB设计已逐渐引起重视，硬件开发人员对PCB的EMC设计提出了要求。为了对PCB的EMC设计成果加以总结、推广，同时对一些未知的领域进行积极的探索，编制了《PCB的EMC设计指导书》。文中的有些观点、建议仅仅是现有工作经验的总结，由于EMC领域的诸多未知因素，加上编者的水平有限，错误、疏漏之处在所难免，还望大家不断批评、指正。对于本文的任何不明白之处，以及任何有益建议请与中国品石电子技术研发工作室联系，共同探讨PCB的EMC设计过程中的任何实际问题。编者总目1目的2范围3定义4引用标准和参考资料第一部分布局1层的设置2模块划分及特殊器件的布局3滤波4地的分割与汇接第二部分布线1传输线模型及反射、串扰2优选布线层3阻抗控制4特殊信号的处理5过孔6跨分割区及开槽的处理7信号质量与EMC第三部分背板的EMC设计嵌入式SOC社区://bbs.51soc.com1背板槽位的排列2背板的EMC设计第四部分射频PCB的EMC设计1板材2隔离与屏蔽3滤波4接地5布线6其它设计考虑：第五部分附录1PCB设计中的安规考虑目录1目的2范围3定义4引用标准和参考资料第一部分布局1层的设置1.1合理的层数1.1.1Vcc、GND的层数1.1.2信号层数1.2单板的性能指标与成本要求1.3电源层、地层、信号层的相对位置1.3.1Vcc、GND平面的阻抗以及电源、地之间的EMC环境问题1.3.2Vcc、GND作为参考平面，两者的作用与区别1.3.3电源层、地层、信号层的相对位置2模块划分及特殊器件的布局2.1模块划分2.1.1按功能划分2.1.2按频率划分2.1.3按信号类型分2.1.4综合布局2.2特殊器件的布局2.2.1电源部分2.2.2时钟部分2.2.3电感线圈2.2.4总线驱动部分2.2.5滤波器件3滤波3.1概述嵌入式SOC社区://bbs.51soc.com3.2滤波器件3.2.1电阻3.2.2电感3.2.3电容3.2.4铁氧体磁珠3.2.5共模电感3.3滤波电路3.3.1滤波电路的形式3.3.2滤波电路的布局与布线3.4电容在PCB的EMC设计中的应用3.4.1滤波电容的种类3.4.2电容自谐振问题3.4.3ESR对并联电容幅频特性的影响3.4.4ESL对并联电容幅频特性的影响3.4.5电容器的选择3.4.6去耦电容与旁路电容的设计建议3.4.7储能电容的设计4地的分割与汇接4.1接地的含义4.2接地的目的4.3基本的接地方式4.3.1单点接地4.3.2多点接地4.3.3浮地4.3.4以上各种方式组成的混合接地方式4.4关于接地方式的一般选取原则：4.4.2背板接地方式4.4.3单板接地方式第二部分布线1传输线模型及反射、串扰1.1概述：1.2传输线模型1.3传输线的种类1.3.1微带线（microstrip）1.3.2带状线（Stripline）1.3.3嵌入式微带线1.4传输线的反射1.5串扰2优选布线层2.1表层与内层走线的比较2.1.1微带线（Microstrip）2.1.3微带线与带状线的比较2.2布线层的优先级别3阻抗控制嵌入式SOC社区://bbs.51soc.com3.1特征阻抗的物理意义3.1.1输入阻抗：3.1.2特征阻抗3.1.3偶模阻抗、奇模阻抗、差分阻抗3.2生产工艺对对阻抗控制的影响3.3差分阻抗控制3.3.1当介质厚度为5mil时的差分阻抗随差分线间距的变化趋势3.3.2当介质厚度为13mil时的差分阻抗随差分线间距的变化趋势3.3.3当介质厚度为25mil时的差分阻抗随差分线间距的变化趋势3.4屏蔽地线对阻抗的影响3.4.1地线与信号线之间的间距对信号线阻抗的影响3.4.2屏蔽地线线宽对阻抗的影响3.5阻抗控制案例4特殊信号的处理5过孔5.1过孔模型5.1.1过孔的数学模型5.1.2对过孔模型的影响因素5.2过孔对信号传导与辐射发射影响5.2.1过孔对阻抗控制的影响5.2.2过孔数量对信号质量的影响6跨分割区及开槽的处理6.1开槽的产生6.1.1对电源/地平面分割造成的开槽6.2开槽对PCB板EMC性能的影响6.2.1高速信号与低速信号的面电流分布6.2.2分地”的概念6.2.3信号跨越电源平面或地平面上的开槽的问题6.3对开槽的处理6.3.1需要严格的阻抗控制的高速信号线，其轨线严禁跨分割走线6.3.2当PCB板上存在不相容电路时，应该进行分地的处理6.3.3当跨开槽走线不可避免时，应该进行桥接6.3.4接插件（对外）不应放置在地层隔逢上6.3.5高密度接插件的处理6.3.6跨“静地”分割的处理7信号质量与EMC7.1EMC简介7.2信号质量简介7.3EMC与信号质量的相同点7.4EMC与信号质量的不同点7.5EMC与信号质量关系小结：第三部分背板的EMC设计1背板槽位的排列嵌入式SOC社区://bbs.51soc.com1.1单板信号的互连要求1.2单板板位结构1.2.1板位结构影响；1.2.2板间互连电平、驱动器件的选择2背板的EMC设计2.1接插件的信号排布与EMC设计2.1.1接插件的选型2.1.2接插件模型与针信号排布2.2阻抗匹配2.3电源、地分配2.3.1电源分割及热插拔对电源的影响2.3.2地分割与各种地的连接2.3.3屏蔽层第四部分射频PCB的EMC设计1板材1.1普通板材1.2射频专用板材2隔离与屏蔽2.1隔离2.2器件布局2.3敏感电路和强辐射电路2.4屏蔽材料和方法2.5屏蔽腔的尺寸3滤波3.1电源和控制线的滤波3.2频率合成器数据线、时钟线、使能线的滤波4接地4.1接地分类4.2大面积接地4.3分组就近接地4.4射频器件接地4.4接地时应注意的问题4.5接地平面的分布5布线5.1阻抗控制5.2转角5.3微带线布线5.4微带线耦合器5.5微带线功分器5.6微带线基本元件5.7带状线布线5.8射频信号走线两边包地铜皮6其它设计考虑：嵌入式SOC社区://bbs.51soc.com第五部分附录1PCB设计中的安规考虑1.1引言1.2安全标识1.2.1对安全标识通用准则1.2.2电击和能量的危险1.2.4可更换电池1.3爬电距离与电气间隙1.4涂覆印制板1.4.1PCB板的机械强度1.4.2印制板材料的阻燃等级1.4.3热循环试验与热老化试验1.4.4抗电强度试验1.4.5耐划痕试验1.5布线和供电工作室技术规范1目的本指导书旨在指导PCB的EMC设计，将电路EMC设计要求在PCB中得以实现。本书旨在对PCB的EMC设计现有成果加以总结、推广，结合PCB设计过程中的经验教训以及产品的EMC测试数据，谨供各硬件工程师进行PCB的EMC设计时参考。本指导书会不断升级，请使用昀新版本。2范围本指导书适用于单板、背板的EMC设计。3定义EMC：ElectromagneticCompatibility，电磁兼容EMI：ElectromagneticInterference，电磁干扰4引用标准和参考资料下列标准包含的条文，通过在本标准中引用而构成本标准的条文。在标准出版时，所示版本均为有效。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨，使用下列标准昀新版本的可能性。PCB设计规范GB4943-2000《信息技术设备的安全》IEC60950《SaftyofInfomationTechnologyEquiment》电磁兼容原理与设计（电子科大）电子电路实用抗干扰技术如何设计符合电磁兼容要求的印刷电路板布线EMC培训讲义（TrainingforEMCdesign)实践电磁兼容技术EmiBookHigh-SpeedDigitalDesign指导书内容第一部分布局嵌入式SOC社区://bbs.51soc.com1层的设置在PCB的EMC设计考虑中，首先涉及的便是层的设置；单板的层数由电源、地的层数和信号层数组成；电源层、地层、信号层的相对位置以及电源、地平面的分割对单板的EMC指标至关重要。1.1合理的层数根据单板的电源、地的种类、信号密度、板级工作频率、有特殊布线要求的信号数量，以及综合单板的性能指标要求与成本承受能力，确定单板的层数；对于EMC指标要求苛刻（如：产品需认证CISPR16CLASSB）而相对成本能承受的情况下，适当增加地平面乃是PCB的EMC设计的杀手锏之一。1.1.1Vcc、GND的层数单板电源的层数由其种类数量决定；对于单一电源供电的PCB，一个电源平面足够了；对于多种电源，若互不交错，可考虑采取电源层分割（保证相邻层的关键信号布线不跨分割区）；对于电源互相交错（尤其是象8260等IC，多种电源供电，且互相交错）的单板，则必须考虑采用2个或以上的电源平面，每个电源平面的设置需满足以下条件：*单一电源或多种互不交错的电源；*相邻层的关键信号不跨分割区；地的层数除满足电源平面的要求外，还要考虑：*元件面下面（第2层或倒数第2层）有相对完整的地平面；*高频、高速、时钟等关键信号有一相邻地平面；*关键电源有一对应地平面相邻（如48V与BGND相邻）。1.1.2信号层数在CAD室现行工具软件中，在网表调入完毕后，EDA软件能提供一布局、布线密度参数报告，由此参数可对信号所需的层数有个大致的判断；经验丰富的CAD工程师，能根据以上参数再结合板级工作频率、有特殊布线要求的信号数量以及单板的性能指标要求与成本承受能力，昀后确定单板的信号层数。信号的层数主要取决于功能实现，从EMC的角度，需要考虑关键信号网络（强辐射网络以及易受干扰的小、弱信号）的屏蔽或隔离措施。1.2单板的性能指标与成本要求面对日趋残酷的通讯市场竞争，我们的产品开发面临越来越大的压力；时间、质量、成本是我们能否战胜对手乃至生存的基本条件。对于高端产品，为了尽快将质量过硬的产品推向市场，适当的成本增加在所难免；而对于成熟产品或价格压力较大的产品，我们必须尽量减少层数、降低加工难度，用性价比合适的产品参与市场竞争。对于消费类产品，如，电视、VCD、计算机的主板一般都使用6层以下的PCB板，而且会为了满足大批量生产的要求、严格遵守有关工艺规范、牺牲部分性能指标。但对于诸如我司当初的GSM、目前的GSR等产品；为了尽快将稳定产品推向市场，在开发的初始阶段，过于强调成本、加工工艺因素毫无疑会对产品的开发进度、质量造成一定的影响。1.3电源层、地层、信号层的相对位置1.3.1Vcc、GND平面的阻抗以及电源、地之间的EMC环境问题（此问题有待深入研究、以下列出现有部分观点，仅供参考）*电源、地平面存在自身的特性阻抗，电源平面的阻抗比地平面阻抗高；*为降低电源平面的阻抗，尽量将PCB的主电源平面与其对应的地平面相邻排布并且尽量靠近，利用两者的耦合电容，降低电源平面的阻抗；*电源地平面构成的平面电容与P