PCB的的EMC技巧

1、PCB的EMC简单对策

同系统EMC的解决措施一样，PCB的EMC也要针对其三要素(干扰源、耦合途径、敏感装置)对症下药：

降低EMI强度

切断耦合途径

提高自身的抗扰能力

针对PCB的耦合途径之一传导干扰，我们通常采用扩大线间距、滤波等措施;

针对PCB的耦合途径之二辐射干扰，我们通常主要采取控制表层布线，增加屏蔽等手段;

PCB的的EMC技巧

2、单板层设置的一般原则

A.元器件下面(顶层、底层)为地平面，提供器件屏蔽层以及顶层布线提供回流平面;

B.所有信号层尽可能与地平面相邻(确保关键信号层与地平面相邻)，关键信号不跨分割;

C.尽量避免两信号层直接相邻;

D.主电源尽可能与其对应地相邻;

E.兼顾层压结构对称;

以六层板为例，以下有3种方案：

A.S1 G1 S2 S3 P1 S4

B. S1 G1 S2 P1 G2 S3

C. S1 G1 S2 G2 P1 S3

优先考虑方案B，并优先考虑布线层S2，其次是S3、S1;

在成本较高时，可采用方案A，优选布线层S1，S2，其次是S3，S4;

对于局部、少量信号要求较高的场合，方案C比方案A更合适;(为什么?)

(注意，在考虑电源、地平面的分割情况下，实际情况因分割等因素可能有所出入)

3、电源、地系统的设计

3.1 滤波设计

3.1.1滤波电路的基本概念

滤波电路是由电感、电容、电阻、铁氧体磁珠和共模线圈等构成的频率选择性网络，低通滤波器是EMC抑制技术中普遍应用的滤波器，低频信号可以很小的衰减通过，而高频信号则被滤除。

3.1.2 电源滤波

电源的滤波有三层：

A. 电源经滤波处理后，分别跨入单板各模块，此部分中间的电源通路滤波处理

B. 板级滤波：储能、滤波电容

C. 元件级滤波：去耦电容

3.1.2.1 典型分散式供电单板电源的设计

A.按照原理框图布局，电源流向清晰，避免输入、输出交叉布局;

B.先防护，后滤波，防护通道线宽》50MIL;

C.各功能模块相对集中、紧凑(如模块电源的CASE管脚上电容靠近CASE管脚放置，且CASE管脚到电容的连线短而粗)，严禁交叉、错位;

D.整个电流通路布线(或铜箔)线宽满足栽流能力要求，且》50MIL(我司可适当减小)

E.电源输入到DC/DC的输入侧，除对应的平面外，一般采用内电层挖空处理，接口电源电源对应区域无其它走线、平面穿过;

F.VCC输出滤波电路靠近DC/DC输出位置;

3.1.2.2单板内部电源的设计

A.板内分支电源的设计

板内分支电源常用的为派型滤波、LC滤波或DC/DC变换，此类分支电源的设计要求为：

(1) 靠近使用该电源的电路布局;滤波电路布局要紧凑;

(2) 整个电源通道的线宽要满足载流需求;

B.关键芯片的电源设计

对于一些功耗大、高频、高速器件，其电源要求：

(1) 在该芯片周围均匀放置1-4个电容(储能);

(2) 对于芯片手册指定的电源管脚， 必须就近放置去藕电容，对去藕无特殊需求的情况下，可酌情考虑放置适当的去藕电容;

(3) 滤波电容靠近IC的电源管脚放置，位置、数量适当;

3.2 地设计

3.2.1常见接地方式及其特点：

A. 单点串联接地

B. 单点并联接地

C. 多点接地

D. 混合接地

单点接地的好处是接地线比较明确清楚，但在高频时阻抗大，可能影响IC自身的稳定工作，更多的时候是产生共阻抗干扰耦合到相邻的共地线IC上。我司现在根据单板的工作频率酌情处理，但在频率较高时，建议尽量减少使用单点接地(硬件提供此类要求)。

多点接地的优点是IC工作有各自的电流回路，不会产生共地线阻抗的互扰问题，同时接地线很短，减少地线阻抗。但其不足之处为：单板高频回路数量剧增，这些高频电流回路对磁场很敏感(EMS能力差)，所以在进行设计时需要注意。

混合接地结合了两者特点，低频电流单点接地，高频电流将沿着各自IC的接地电容回流，相互独立。(需要LAYOUT人员丰富自己的硬件知识)

3.2.2单板中各种地的命名和意义

PGND：机壳地。和系统或插框的金属外壳相连，即和系统的基准地(大地)相连，主要作用是为异地系统之间的相互通信提供统一的信号基准，同时为各种防护滤波电路通路电流的旁路点。

GND：系统地。为系统或插框内各个单板之间的通信提供基准(参考)，多板集成时，主要存在主板上，一般形式为平面方式。单板上为DGND和GND连接。

DGND：数字信号地。是单板上各种数字电路和IC工作的基准。

AGND：模拟信号地。是单板上各种模拟电路和IC工作的基准。

3.3 电源、地的分割

电源平面的设置需要满足以下条件：

A. 单一电源或多种互不交错的电源;

B. 相邻层的关键信号不跨分割区;

(地平面的设置除满足电源平面的要求外，还要考虑回流的距离)

C. 元件面的下面(等2层或倒数第2层)有相对完整的平面;

D. 高频、高速、时钟等关键信号有一相邻地平面;

E. 关键电源有一对应地平面相邻;

3.4 20H规则

什么是20H规则?

由于电源层与地层之间的电场是变化的，在板的边缘会向外辐射电磁干扰。我们称之为电源、地的边沿效应。

将电源层对地层适当内缩，可有效减少电源层与地层之间的对外EMI辐射，降低电源、地的边沿效应。以电源和地之间的介质厚度(H)为单位，若内缩20H则可以将70%的电场限制在接地层边沿内;内缩100H则可以将98%的电场限制在内。

同理，普遍要求关键布线区域相对参考平面内缩3H以上。

4.PCB布局与EMC

布局的基本原则：

A.参照原理功能框图，基于信号走向，按照功能模块划分

B.数字电路与模拟电路、高速电路与低速电路、干扰源与敏感电路分开布局

C.敏感信号、强辐射信号回路面积最小

D.晶体、晶振、继电器、开关电源等强辐射器件或敏感器件远离单板对外接口连接器、敏感器件装置，推荐距离》1000MIL

E.隔离器件、A/D器件输入、输出互相分开，无耦合通路(如相邻的参考平面)，最好跨接于对应的分割区

4.1 滤波电容的布局

A.单板接口位置应放置适量的储能电容;

B.所有分支电源接口电路;

C.存在较大电流变化的区域，如电源模块的输入与输出端、风扇、继电器等;

D.PCB电源接口电路(滤波);

E.去藕电容靠近电源，同时位置、数量适当;

4.2 接口电路布局

A.接口信号的滤波、防护、和隔离等器件靠近接口连接器放置，先防护，后滤波

B.接口变压器、光藕等隔离器件做到初次级完全隔离

C.变压器与连接器之间的信号网络无交叉

D.变压器对应的BOTTOM层区域尽可能没有其它器件放置

E.接口IC(网口、通信口(高速)、串口等)尽量靠近变压器或连接器放置

F.相应，网口、通信口(高速)、串口的接收、发送端匹配电阻靠近对应的接口IC放置

4.3 时钟电路布局

A.时钟电路(晶振、时钟驱动电路等)离对外接口电路》1000MIL

B.多负载时，晶振、时钟驱动电路要与对应负载呈星型排布

C.时钟驱动器靠近晶振放置，推荐曼哈顿距离《1000MIL

D.时钟输出的匹配电阻靠近晶振或时钟驱动电路的输出脚，推荐距离《1000MIL

E.晶振、时钟驱动电路必须进行LC或派型滤波，滤波电路的布局遵照电源滤波电路布局要求

F.时钟驱动电路远离敏感电路

G.不同的晶振及时钟电路不相邻放置

4.4 其它模块布局的基本原则

A.看门狗电路及复位电路远离接口

B.隔离器件如磁珠、变压器、光藕放在分割线上，且两侧分开

C.扣板连接器周围的滤波电容布局数量、位置合理

D.板内散热器接地(推荐多点接地)，且远离接口，推荐距离》1000MIL;

E.A/D、D/A器件放在模拟、数字信号分界处，避免模拟、数字信号布线交叠

F.同一差分线对上的滤波器件同层、就近、并行、对称放置

5 PCB布线与EMC

布线基本原则

A.走线短，间距宽，过孔少，无环路

B.有延时要求的走线，其长度符合要求

C.无直角，对关键信号线优先采用元弧倒角(差别不大)

D.相邻层信号走线互相垂直或相邻层的关键信号平行布线 《1000MIL

E.走线线宽无跳变或满足阻抗一致

5.1 电源、地的布线要求

A.无环路地，电源及对应地构成的回路面积小

B.共用一个电源、地过孔的管脚数《4

C.滤波电容的电源、地走线宽度、长度需优先

D.屏蔽地线接地过孔间距《3000MIL

5.2 接口电路布线

A.接口变压器等隔离器件初、次级互相隔离，无相邻平面等耦合通路，对应参考平面隔离宽度》100MIL

B.接口电路的布线要遵循先防护、后滤波的原则顺序

C.接口电路的差分线遵守：并行、同层、等长;(不同线对满足3W原则)

D.PGND以外的参考平面与接口位置的PGND平面无重叠

E.板边接插件孔金属化，并接PGND

F.跨分割的复位线在跨分割处加桥接措施(地线或电容)

G.接口IC的电源、地参考器件手册处理，如果需要分割时，数字部分不能扩展到外接接口信号线附近

5.3时钟电路布线

A.表层无时钟线或布线长度《500MIL，关键时钟表层布线《200MIL，并且要有完整地平面作回流，跨分割位置已做桥接处理

B.晶振及时钟驱动电路区域相邻层无其它布线穿过

C.与电源滤波电路布线要求相同

D.时钟线周围避免有其它信号线(推荐满足3W)

E.不同时钟信号之间拉大距离(满足5W)

F.当时钟信号换层且回流参考平面也改变时，推荐在时钟线换层过孔旁布一接地过孔

G.时钟布线与I/O接口、端子的间距》1000MIL

H.时钟线与相邻层平行布线的平行长度《1000MIL

I.时钟线无线头，若出于增加测试点的需要，则线头长度《500MIL

5.4 其他布线要求

A.单板已做传输线阻抗控制及匹配处理

B.无孤立铜皮，散热片/器做接地处理

C.地址总线(尤其是低3位的地址总线A0、A1、A2)参照时钟布线要求

D.差分线除保持基本原则外，不能有其它线在中间

E.关键信号走线未跨分割(包括过孔，焊盘导致的参考平面缝隙)

F.滤波器等器件的输入、输出信号线未互相平行、交叉走线

G.关键信号线距参考平面边沿》3H

I. 电源》1A的电源所用的表贴器件的焊盘要至少有2个连接到相应的电源平面