本期大講臺推出EMC工程師網(wǎng)友楊鵬關(guān)于高速PCB的EMC設計的學(xué)習力作：詳細完整的一一剖析高速印制電路板中布局、布線(xiàn)、接地的EMC設計，并通過(guò)具體的實(shí)際案例，重點(diǎn)介紹高速印制電路板中的I/O端、混合數/模、時(shí)鐘、電源、信號完整性等電磁兼容設計。全文中所列的設計規則，可以幫助大家在PCB設計中解決大部分的電磁兼容問(wèn)題，再通過(guò)少量外圍瞬態(tài)抑制器件和濾波電路及適當的外殼屏蔽和正確的接地，就可以輕松完成一個(gè)滿(mǎn)足電磁兼容要求的產(chǎn)品。

第二講 PCB的EMC布線(xiàn)之分割、反射干擾抑和去耦電容配置
第三講 PCB的EMC布線(xiàn)技術(shù)和去耦電容走線(xiàn)實(shí)例分析

1．高速PCB的EMC設計目的和重點(diǎn)

印制線(xiàn)路板（PCB）是電子產(chǎn)品中電路元件和器件的支撐件，它提供電路元件和器件之間的電氣連接，是各種電子設備最基本的組成部分，它 的性能直接關(guān)系到電子設備的質(zhì)量或可靠性。隨著(zhù)電子技術(shù)的發(fā)展，電子設備的運行速度越來(lái)越快，其信號上升沿（或下降沿）在亞納秒范圍的數字電路也越來(lái)越普 遍。與此同時(shí)，電路板上的電子器件密度越來(lái)越大，走線(xiàn)越來(lái)越窄，不可避免地會(huì )引入電磁兼容（EMC）、EMI（電磁騷擾）、信號完整性（SI）、電源完整 性（PI）問(wèn)題。

如果在新產(chǎn)品的研發(fā)過(guò)程中，急于求成，沿用原來(lái)低頻或低速電路板的設計經(jīng)驗，產(chǎn)品的穩定性或可靠性可能很差，甚至很難實(shí)現產(chǎn)品的正常功能。一個(gè)拙劣的 PCB布局、布線(xiàn)能導致很多的電磁兼容與信號完整性問(wèn)題，而不是消除這些問(wèn)題。在很多例子中，就算加上濾波器和元器件也不能解決這些問(wèn)題。到最后，不得不 對整個(gè)板子重新布線(xiàn)。

有關(guān)資料顯示，90%的電磁兼容問(wèn)題是由于電路板的布線(xiàn)和接地不當造成的，良好的PCB設計，既能夠提高電子設備的抗干擾性能，減小干擾發(fā)射，提高傳輸信號的完整性，并且不增加電路板的生產(chǎn)成本。

高速印制電路板的電磁兼容設計的目的是使板上各部分電路之間沒(méi)有相互干擾，并使PCB對外的傳導發(fā)射和輻射發(fā)射盡可能降低，達到有關(guān)標準要求，并確保高速 信號有較好的信號完整性，以及獲得良好的電源完整性。因此，學(xué)習和運用電磁兼容與信號完整性知識，對于高速印制電路板設計來(lái)說(shuō)，非常有意義。

在高速PCB的EMC設計中，重點(diǎn)注意周期性時(shí)鐘信號、高速信號、混合數/模電路、高速信號線(xiàn)的信號完整性、供電電源的電源完整性設計，以及I/O端的接地與濾波設計。

2．PCB的EMC布局設計

印制電路板上元器件布局不當是引發(fā)干擾的重要因素,所以應全面考慮電路結構,合理布置板上元器件。首先根據元器件布置需要確定印制電路板的大小和形狀。尺寸過(guò)大會(huì )使印制導線(xiàn)加長(cháng),增加阻抗,降低噪聲容限;尺寸過(guò)小不利于散熱,鄰近導線(xiàn)、器件易發(fā)生感應。

在板上布置元器件,原則上應將輸入輸出部分，分別布置在板的兩極端;電路中相互關(guān)聯(lián)的元器件盡量靠近,以縮短元器件之間連接導線(xiàn)的距離;工作頻率接近或工 作電平相差大的元器件應相距遠些,以免相互干擾，例如常用的以單片機為核心的小型開(kāi)發(fā)系統電路,在設計和繪制印制電路板圖時(shí),宜將時(shí)鐘發(fā)生器、振蕩器等易 產(chǎn)生噪聲的器件相互靠近布置,將有關(guān)邏輯電路部分盡量遠離一些。同時(shí),考慮印制電路板在柜內的安裝方式,最好將ROM、RAM、功率輸出器件及電源等易發(fā) 熱元器件布置在板的邊緣或偏上方部位,以利于散熱。

在板上布置邏輯電路,原則上應在輸出端附近放置高速電路,例如光電隔離器等,稍遠處放置低速電路和存儲器等,以便處理公共阻抗耦合、輻射和串擾等問(wèn)題;在輸入輸出端放置緩沖器,用于板間信號傳送,可有效防止噪聲干擾。

電子設備中數字電路、模擬電路以及電源電路的元件布局和布線(xiàn)其特點(diǎn)各不相同，它們產(chǎn)生的干擾以及抑制干擾的方法不相同。

此外高頻、低頻電路由于頻率不同，其干擾以及抑制干擾的方法也不相同。

所以在元件布局時(shí)，應該將數字電路、模擬電路以及電源電路分別放置，將高頻電路與低頻電路分開(kāi)。

有條件的應使之各自隔離或單獨做成一塊電路板。此外，布局中還應特別注意強、弱信號的器件分布及信號傳輸方向途徑等問(wèn)題。

板上裝有高壓、大功率器件時(shí),與低壓、小功率器件應保持一定間距,盡量分開(kāi)布線(xiàn)。

在印制板布置高速、中速和低速邏輯電路時(shí)，應按照下圖所示的方式排列元器件。
 
                             
                                                                圖1

在元器件布置方面與其它邏輯電路一樣，應把相互有關(guān)的器件盡量放得靠近些，這樣可以獲得較好的抗噪聲效果與信號完整性。元件在印刷線(xiàn)路板上排列的位置要充分考慮EMC與SI問(wèn)題。

原則之一是各部件之間的引線(xiàn)要盡量短。在布局上，要把模擬信號部分，高速數字電路部分，噪聲源部分（如繼電器，大電流開(kāi)關(guān)等）這三部分合理地分開(kāi)，使相互間的信號耦合為最小，如上圖所示。

時(shí)鐘發(fā)生器、晶振和CPU的時(shí)鐘輸入端都易產(chǎn)生噪聲，要相互靠近些。易產(chǎn)生噪聲的器件、小電流電路、大電流電路等應盡量遠離邏輯電路。如有可能，應另做電路板，這一點(diǎn)十分重要。

下一頁(yè)：特殊元件放置和PCB元器件通用布局要求
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2.1 特殊元件放置注意原則

（1）盡可能縮短高頻元器件之間的連線(xiàn)，設法減少它們的分布參數和相互間的電磁干擾。易受干擾的元器件不能相互挨得太近，輸入和輸出元件應盡量遠離。
（2）某些元器件或導線(xiàn)之間可能有較高的電位差，應加大它們之間的距離，以免放電引出意外短路。帶高電壓的元器件應盡量布置在調試時(shí)手不易觸及的地方。
（3）重量超過(guò)15g的元器件、應當用支架加以固定，然后焊接。那些又大又重、發(fā)熱量多的元器件，不宜裝在印制板上，而應裝在整機的機箱底板上，且應考慮散熱問(wèn)題。熱敏元件應遠離大功率、大電流等發(fā)熱元件。

2.2 功能分區

（1）按照電路的流向安排各個(gè)功能電路單元的位置，使布局便于信號流通，并使信號盡可能保持一致的方向。
（2）以每個(gè)功能電路的核心元件為中心，圍繞它來(lái)進(jìn)行布局。元器件應均勻、整齊、緊湊地排列在PCB上，盡量減少和縮短各元器件之間的引線(xiàn)和連接。

2.3  PCB元器件通用布局要求

電路元件和信號通路的布局必須最大限度地減少無(wú)用信號的相互耦合：

（1）低電子信號通道不能靠近高電平信號通道和無(wú)濾波的電源線(xiàn)，包括能產(chǎn)生瞬態(tài)過(guò)程的電路。
（2）將低電平的模擬電路和數字電路分開(kāi)，避免模擬電路、數字電路和電源公共回線(xiàn)產(chǎn)生公共阻抗耦合。
（3）高、中、低速邏輯電路在PCB上要用不同區域。
（4）使得信號線(xiàn)長(cháng)度最小。
（5）保證相鄰板之間、同一板相鄰層面之間、同一層面相鄰布線(xiàn)之間不能有過(guò)長(cháng)的平行信號線(xiàn)。
（6）電磁干擾（EMI）濾波器要盡可能靠近EMI源，并放在同一塊線(xiàn)路板上。
（7）DC/DC變換器、開(kāi)關(guān)元件和整流器應盡可能靠近變壓器放置，以使其導線(xiàn)長(cháng)度最小。
（8）盡可能靠近整流二極管放置調壓元件和濾波電容器。
（9）印制板按頻率和電流開(kāi)關(guān)特性分區，噪聲元件與非噪聲元件要距離再遠一些。
（10）對噪聲敏感的布線(xiàn)不要與大電流，高速開(kāi)關(guān)線(xiàn)平行。

第二講 PCB的EMC布線(xiàn)之分割、反射干擾抑和去耦電容配置
第三講 PCB的EMC布線(xiàn)技術(shù)和去耦電容走線(xiàn)實(shí)例分析