电磁兼容中三大类PCB布线设计详解
PCB的电磁兼容的设计
PCB的电磁兼容的设计[导读] PCB，中⽂文名称为印制电路板，又称印刷电路板、印刷线路板，是重要的电⼦子部件，是电⼦子元器件的⽀支撑体，是电⼦子元器件电⽓气连接的提供者。
PCB简介 PCB，中⽂文名称为印制电路板，又称印刷电路板、印刷线路板，是重要的电⼦子部件，是电⼦子元器件的⽀支撑体，是电⼦子元器件电⽓气连接的提供者。
由于它是采⽤用电⼦子印刷术制作的，故被称为“印刷”电路板。
根据电路层数分类：分为单⾯面板、双⾯面板和多层板。
常见的多层板⼀一般为4层板或6层板，复杂的多层板可达⼗〸十⼏几层。
PCB板有以下三种主要的划分类型： 单⾯面板 单⾯面板在最基本的PCB上，零件集中在其中⼀一⾯面，导线则集中在另⼀一⾯面上。
因为导线只出现在其中⼀一⾯面，所以这种PCB叫作单⾯面板。
因为单⾯面板在设计线路上有许多严格的限制，所以只有早期的电路才使⽤用这类的板⼦子。
双⾯面板 双⾯面板这种电路板的两⾯面都有布线，不过要⽤用上两⾯面的导线，必须要在两⾯面间有适当的电路连接才⾏行。
这种电路间的“桥梁”叫做导孔。
导孔是在PCB上，充满或涂上⾦金属的⼩小洞，它可以与两⾯面的导线相连接。
因为双⾯面板的⾯面积⽐比单⾯面板⼤大了⼀一倍，⽽而且因为布线可以互相交错，它更适合⽤用在⽐比单⾯面板更复杂的电路上。
多层板 多层板为了增加可以布线的⾯面积，多层板⽤用上了更多单或双⾯面的布线板。
⽤用⼀一块双⾯面作内层、⼆二块单⾯面作外层或⼆二块双⾯面作内层、⼆二块单⾯面作外层的印刷线路板，通过定位系统及绝缘粘结材料交替在⼀一起且导电图形按设计要求进⾏行互连的印刷线路板就成为四层、六层印刷电路板了，也称为多层印刷线路板。
板⼦子的层数就代表了有⼏几层独⽴立的布线层，通常层数都是偶数，并且包含最外侧的两层。
⼤大部分的主机板都是4到8层的结构，不过技术上理论可以做到近100层的PCB板。
⼤大型的超级计算机⼤大多使⽤用相当多层的主机板，不过因为这类计算机已经可以⽤用许多普通计算机的集群代替，超多层板已经渐渐不被使⽤用了。
PCB布线规则详解
PCB布线规则详解首先，布线规则包括了几个方面，其中包括走线规则、阻抗控制、电磁兼容性、信号完整性等。
走线规则是PCB布线中最基本的规则之一、在进行布线时，需要遵循走线的最短路径原则，尽量减小线路的长度，降低延迟和功耗。
同时，应该尽量减少线路之间的交叉和重叠，以减小串扰和干扰。
阻抗控制是保证信号传输质量的关键因素。
在高频信号传输中，信号的传播速度和波形会受到阻抗的影响。
因此，布线时需要根据设计要求来选择合适的走线宽度和间距，以控制信号的阻抗。
电磁兼容性是指电路在工作过程中不受外界电磁场的干扰，同时也不对周围环境产生干扰。
为了提高电磁兼容性，布线时需要尽量减小回路面积，减小回路的环形电流，合理安排信号线和电源线的位置，采用合适的屏蔽措施等。
信号完整性是指信号在传输过程中能够保持原始波形和稳定性。
布线时需要注意信号线的走线长度、走线路径以及信号线与电源线之间的距离等因素。
同时，还需要合理的串扰抑制措施，如通过地线隔离、差分串扰抵消、电源滤波等手段来保证信号的完整性。
除了上述的基本规则外，还需要考虑电气安全、机械强度和规划性等因素。
电气安全方面，应保证回路之间的绝缘性，避免发生触电等危险情况。
机械强度方面，需要考虑布线的嵌入度和支撑度，以避免线路断裂等问题。
规划性方面，则需考虑到后续的维护和修改，合理安排设备的布局和排线，以方便后期操作。
在实际操作中，布线规则通常会有一些特殊的要求，需要根据具体的设计需求来进行调整。
例如，对于模拟电路和数字电路，布线规则可能会有所不同。
对于高速线路和低速线路，布线规则也可能会有所不同。
因此，在进行PCB布线时，需要根据具体的电路设计要求和特点来确定合适的布线规则。
总之，PCB布线规则是保证电路性能和可靠性的重要因素。
通过遵循走线原则、控制阻抗、保证电磁兼容性和信号完整性等规则，可以提高电路的性能，降低干扰，保证电路的稳定运行。
同时，还需要考虑电气安全、机械强度和规划性等方面的要求，使电路设计达到最佳状态。
电气系统电磁兼容PCB
(3)把数字电路和模拟电路分开,有条件时将数字电路和模拟电路 安排在不同层内。
数字信号有很宽的频谱,是产生骚扰的主要来源。 (4)在中间层的印制线条形成带状线,在表面层形成微带线,两者 传输特性不同。
(5)时钟电路和高频电路是主要的骚扰源和辐射源,要单独安排、 远离敏感电路。
数字地和模拟地分割
如果要采用分割的 地，则要采用地 连接桥的方式
信号从驱动端到接收端,再由接收端回到驱动端 的传输延时小于1/6上升或下降时间,来自接收 端的反射信号将在信号改变状态之前到达驱动 端,叠加的波形不会改变逻辑状态;
反之,如果传输延时大于1/6上升或下降时间,来 自接收端的反射信号将在信号改变状态之后到 达驱动端,如果反射信号足够强,叠加的波形就 有可能改变逻辑状态.
电路1
电路2
地电流1
公共地阻抗
地电流2
共地阻抗耦合之一
四、 多层板设计
对于信号网络数量多,器件密度大,管脚密度大, 信号频率高的设计,应采用多层板设计. 1.多层印制板设计
多层印制板设计中遇到的主要问题是电磁兼容 设计。
多层印制板设计首先要决定多层板的层数和层 的布局,取决于功能模块分布,性能指标要求和成本 。
2. 印制板布局和布线
（1）电源线p69 在考虑安全条件下，电源线应尽可能靠近地线， 以减小差模辐射的环面积，也有助于减小电路的 交扰。
（2）时钟线、信号和地线的位置 信号线与地线距离应较近，形成的环面积较小。
（3）
按逻辑速度分割 当需要在电路板上布置快速、中速和低速逻辑电 路时，高速的器件（快逻辑、时钟振荡器等)应安 放在紧靠边缘连接器范围内,而低速逻辑和存储器, 应安放在远离连接器范围内。这样对共阻抗耦合、 辐射和交扰的减小都是有利的。
PCB板的电磁兼容设计
PCB板的电磁兼容设计
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频率和时间
➢EMI通常在频域中研究。 ➢RF能量是通过各种媒体传播的周期性波。
PCB板的电磁兼容设计
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幅度
骚扰信号幅度越大，干扰就越大。因此，限 制RF能量的幅度峰值是很重要的，使之达到 满足电路、装置及系统的运行需要的程度。
PCB板的电磁兼容设计
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阻抗
发射源和接收机的阻抗。高阻抗源对低阻 抗接收器的干扰小，相反的情况同样成立。 这一规律也适用于辐射耦合。高阻抗和电 场相关，低阻抗和磁场相关。
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4种耦合路径，每种耦合路径有4种传输机制： a) 传导耦合：是一种共阻抗耦合； b) 电磁场耦合； c) 磁场耦合； d) 电场耦合。
PCB板的电磁兼容设计
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➢当一个电流回路产生的一部分磁通量经过另 一个电流路径形成的第2个环路时，就会出现 磁场耦合。
➢磁通量耦合由两个回路之间的互感系数表示。 噪声电压包括互感和电流变化的速率。
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根据电路的功能单元对电路的全部元器 件进行布局时，要符合以下原则：
① 按照电路的流程安排各个功能电路单元 的位置，使布局便于信号流通，并使信 号尽可能保持一致的方向。
② 以每个功能电路的核心元件为中心，围 绕它来进行布局。元器件应均匀、整齐、 紧凑地排列在PCB上，尽量减少和缩短 各元器件之间的引线和连接。
I CdV / dt
PCB板的电磁兼容设计
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当处理辐射发射问题时，最普遍的规则是：频率越 高，辐射耦合的效率就越高；频率越低，传导路径 EMI的效率就越高。耦合的程度取决于频率。
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7.1.3 PCB和天线 ➢PCB可以通过自由空间像天线一样发射
电路板级的电磁兼容设计
电路板级的电磁兼容设计电磁兼容是现代电子设备设计中重要的一环，在电路板级的设计中尤为关键。
以下是几个重要的设计原则和方法，可用于电路板级的电磁兼容设计。
1.地线设计：地线是电路板设计中一个重要的组成部分，它扮演着连接和分配各种信号和电源的角色。
一个良好的地线设计可以有效地减小电磁辐射和电磁敏感性。
在地线设计中，应注意以下几个方面：-地位连接：确保地线连接短、粗、宽以及直接。
-地位平面：使用连续和全面的地位平面，降低环路电流的流动。
-地位隔离：将模拟和数字地位隔离开，以防止互相干扰。
-地位分割：将地位分成不同的区域，以隔离敏感的模拟信号和噪声源。
2.信号层规划：在多层电路板设计中，信号层的布局和规划对于电磁兼容性也至关重要。
以下是几个信号层规划的原则：-信号区域：将信号分组到不同的区域，确保相互之间的干扰最小。
-电源与地位：为每个器件提供干净的电源和地位，以降低电磁噪声的产生。
-信号路径：设计短而直接的信号路径，减小环路电流和辐射电磁场。
-高频信号：使用特殊板层来隔离高频信号，以阻止其在其他层之间传播。
3.输入输出接口的电磁屏蔽：输入输出接口通常是电子设备与外部环境连接的部分，容易受到外部电磁干扰的影响。
为了保护输入输出接口免受干扰，可采用以下方法：-电源滤波器：在输入电源线路上安装滤波器，以阻止电磁噪声进入设备。
-磁隔离：使用磁隔离器分离输入输出接口和电路板，阻止磁耦合干扰。
-屏蔽罩：采用金属屏蔽罩覆盖输入输出接口和相关电路，以隔离干扰源。
4.地线回流路径的设计：地线回流路径通常是电磁兼容性问题的焦点。
良好的地线回流路径设计可以最大限度地减小环路电流和电磁辐射。
以下是几个关键的设计原则：-低阻抗路径：确定良好的地线回流路径，以最小化环路电流。
-地位平面：使用连续的地位平面成为地线回流路径的一部分。
-层间连接：确保信号和地位通过好的层间连接，减小环路电流。
5.模拟与数字信号隔离：模拟信号和数字信号相互干扰是电磁兼容设计中的一个常见问题。
PCB电磁兼容设计中的地线设计
PCB电磁兼容设计中的地线设计在PCB（Printed Circuit Board，印刷电路板）电磁兼容设计中，地线设计是非常重要的一部分。
它可以帮助减少电磁辐射、抑制信号干扰以及提高系统的抗干扰能力。
本文将介绍几种常见的地线设计方法。
首先，采用地网设计。
地网是由面积较大的连续的金属区域组成的，通常位于PCB的一层或多层。
地网的作用是将整个PCB的地电位连接在一起，形成一种低阻抗的导体。
这可以有效抑制电磁辐射，提供高频信号的回路，降低信号回路的串扰和噪声干扰。
地网的形状可以根据需求而定，例如网格状、围墙状或组合设计。
其次，采用星形地线设计。
星形地线设计是将所有引脚的地连接到一个中央点，再连接到地网。
这种设计可以减少地回路的串扰和互相干扰。
此外，星形地线设计还可以提高可靠性，如果有一个地脚失效，其他地脚仍然可以正常工作。
另外，采用分区地线设计。
在大型复杂的PCB设计中，可以将PCB分成几个区域，并为每个区域设置独立的地线。
这可以减少不同模块之间的相互干扰，提高系统的抗干扰能力。
每个区域的地线可以连接到地网，以确保整个系统的地电位稳定。
此外，还有一些地线设计的注意事项。
首先，地线的宽度和长度应该合理选择，以确保地线的低电阻和低电感。
其次，地线应尽量避免与其他信号线、功率线或时钟线交叉。
如果必须交叉，应采取适当的阻隔措施，例如增加间距或屏蔽层。
另外，地线的走向应尽量直接，不应弯曲过多，以减少地线的电感。
最后，地线应尽量靠近其所对应的信号线，以减少回路面积和相互干扰。
综上所述，地线设计在PCB电磁兼容设计中非常重要。
合理的地线设计可以有效减少电磁辐射和信号干扰，提高系统的抗干扰能力。
通过采用地网设计、星形地线设计或分区地线设计等方法，可以有效地解决地线设计的问题。
此外，还需要注意地线宽度、走向和与其他信号线的交叉等问题，以确保地线的低电阻和低电感。
PCB布局布线中的电磁兼容性设计策略
PCB布局布线中的电磁兼容性设计策略在PCB（Printed Circuit Board）设计过程中，电磁兼容性是一个至关重要的考虑因素。
随着电子设备越来越小型化和高频化，电磁干扰问题也变得更加突出。
因此，为了确保电路板的正常运行以及减少电磁干扰对其他设备的影响，需要采取一些电磁兼容性设计策略。
首先，合理的PCB布局是确保电磁兼容性的关键。
在布局过程中，应尽量避免信号线和电源线的交叉，尤其是高速信号线和低压差信号线之间的交叉。
通过分离不同电源和信号地，减少共模干扰的产生。
此外，合理地放置元件和规划整体布局，可以减少电磁耦合和串扰，提高电路板的抗干扰能力。
其次，良好的PCB布线设计也对电磁兼容性起着至关重要的作用。
在进行布线时，应避免封闭回路，即尽可能减少回流回路的长度和面积，减少电磁辐射的可能性。
此外，对于高速信号线，应尽量采用差分传输线路，减少信号的辐射和敏感性。
对于对地和电源的接地，应采用短而宽的线路，以降低接地回路的电阻，提高信号传输的质量。
另外，在PCB设计中还应考虑有效地屏蔽和防护措施，以减少外界电磁干扰对电路器件的影响。
可以通过合理设计PCB板的层次结构，利用金属层（如铜层）作为屏蔽层，封装高频信号和敏感器件，减少外部电磁场的干扰。
另外，还可以在PCB板上添加适当的滤波器件和TVS（Transil Voltage Suppressor）二极管等器件，以降低噪声和干扰，提高系统的稳定性。
最后，进行PCB设计时应注意地面的布局。
地面是整个电路板的参考平面，对于电路的运行和信号的传输至关重要。
在设计地面时，应采用大面积接地，减少接地回路的电阻，降低电磁干扰的产生。
另外，对于高频信号，可以采用平面波导等方式，优化地面的设计，提高系统的抗干扰能力。
总的来说，电磁兼容性是PCB设计中需要重点考虑的问题之一。
通过合理的布局和布线设计，有效地屏蔽和防护措施，以及优化地面设计等策略，可以提高电路板的抗干扰能力，保障电子设备的正常运行。
电磁兼容PCB
PＣＢ的EMＣ设计ＰCＢ是构成电子设备的基础，保证ＰCB的电磁兼容性是整个系统设计的关键,合理正确的PＣB的布线和设计应该使得：(l)板上的各部分电路相互间无干扰,都能正常工作；(２)PcＢ对外的传导发射和辐射发射尽可能降低，达到有关标准要求;(3)外部传导干扰和辐射干扰对PCB上的电路基本无影响。
1.1 PCＢ设计理论基础1.电磁兼容设计的带宽在数字电路系统中，电磁兼容设计的带宽与数字电路的工作频率是两个不同的概念,数字系统的工作频率是由信号的重复周期决定的,而电磁兼容性设计的带宽是由信号的上升沿、下降沿决定。
器件对电磁辐射的贡献不是取决于系统的工作频率，而是取决于边沿速率。
理论研究表明,在进行电磁兼容设计时,主要考虑信号上升沿的十倍频,如公式４一１所示。
式中fmａx为谐波频率，fｒ为需要考虑的电磁兼容性的带宽。
快速的信号切换时间(边沿速率）将导致回流、串扰、阻尼振荡(振铃)及反射等问题的增加。
信号的边沿速率与信号的工作频率是两个不同的概念,高的边沿速率不一定是高的频率。
例如在实际的应用中,可能系统的工作频率并不高。
但如果信号的上升速率过快的话,将会产生较大振铃现象，同样会带来信号完整性的问题。
当振铃信号达到器件所能容忍的极限值时会使器件内部的半导体特性发生变化(电子迁移)、器件发热及功耗加大等现象，造成系统的可靠性降低，并且较快的边沿速率其功耗也越大。
信号的边沿速率与器件的输出强度（输出驱动电流)有直接的关系，过强的输出驱动电流除了能够提高信号的边沿速率之外，还会对周围的器件及传输线造成干扰(Ｃrosｓtalk）。
因此对电磁兼容性(EMI)非常敏感的系统，信号边沿速率是重点需要考虑的，而系统的时钟频率反而放在第二位考虑。
2.器件的分布参数系统工作在低频情况下,电阻、电感、电容主要表现为集总参数，但当系统的工作频率较高时，元器件特性就较为复杂，这时候的元件就有很大的分布参数存在,比如分布电感、分布电容、分布互感、分布互电容等。
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电磁兼容中三大类PCB布线设计详解
从电磁兼容的角度，我们需要对以下四种布线加以关注：A 强辐射信号线（高频、高速、时钟走线为代表）B 敏感信号（如复位信号）C 功率电源信号D 接口信号（模拟接口或数字通信接口）
一、单双面布线设计1.在单层板中，电源走线附近必须有地线与其紧邻、平行走线。
减小电源电流回路面积，减小差模环路辐射。
2.电源走线单面板或双面板，电源线走线很长，每隔3000mil 对地加去耦电容（10uF ＋1000pF）。
滤除电源线上地高频噪声。
3.Guide Ground Line对于单、双层板，关键信号线两侧应该布“Guide GroundLine”。
关键信号线两侧地“包地线”一方面可以减小信号回路面积，另外还可以防止信号与其他信号线之间的串扰。
4.回流设计在单层板或双层板中，布线时应该注意“回流面积最小化”设计，回路面积越小，回路对外辐射越小，并且搞干扰能力越强。
对于多层板来说，要求关键信号线有完整的信号回流，最后是GND 平面回流。
次重要信号有完整平面回流。
通过减小回路来防止信号串扰，同时降低对外的辐射。
5.直角走线PCB 走线不能有直角走线。
直角走线导致阻抗不连续，导致信号发射，从而产生振铃或过冲，形成强烈的EMI 辐射。
6.PCB走线粗细应一致。
粗细不一致时，走线阻抗突变，导致信号反射，从而产生振铃或过冲，形成强烈的EMI 辐射。
7.相邻布线层注意在分层设计时，应避免布线层相邻。
如果无法避免，应适当拉大两布线层上的平行信号走线会导致信号串扰。
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，布线层1与布线层2不宜相邻。
相邻布尽可能避免相邻布线层的层设置，无法避免时，尽量使两布线层中的走线相互垂直或平行走线长度小于1000mil ，这样减小平行走线之间的串扰。