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1、PCB的的EMCC设计PCB是是构成电电子设备备的基础础，保证证PCBB的电磁磁兼容性性是整个个系统设设计的关关键，合理正确确的PCCB的布布线和设设计应该该使得:(l)板板上的各各部分电电路相互互间无干干扰，都都能正常常工作;(2)PPcB对对外的传传导发射射和辐射射发射尽尽可能降降低，达达到有关关标准要要求;(3)外外部传导导干扰和和辐射干干扰对PPCB上上的电路路基本无无影响。 1.11 PCCB设计计理论基基础1.电磁磁兼容设设计的带带宽在数字电电路系统统中，电电磁兼容容设计的的带宽与与数字电电路的工工作频率率是两个个不同的的概念，数数字系统统的工作作频率是是由信号号的重复复周期决决定
2、的，而而电磁兼兼容性设设计的带带宽是由由信号的的上升沿沿、下降降沿决定定。器件件对电磁磁辐射的的贡献不不是取决决于系统统的工作作频率，而而是取决决于边沿沿速率。理理论研究究表明,在进行行电磁兼兼容设计计时，主主要考虑虑信号上上升沿的的十倍频频，如公公式4一1所示。式中fmmax为为谐波频频率，ffr为需需要考虑虑的电磁磁兼容性性的带宽宽。快速的信信号切换换时间(边沿速速率)将导致致回流、串串扰、阻阻尼振荡荡(振铃)及反射射等问题题的增加加。信号号的边沿沿速率与与信号的的工作频频率是两两个不同同的概念念，高的的边沿速速率不一一定是高高的频率率。例如如在实际际的应用用中，可可能系统统的工作作频率并
3、并不高。但但如果信信号的上上升速率率过快的的话，将将会产生生较大振振铃现象象，同样样会带来来信号完完整性的的问题。当当振铃信信号达到到器件所所能容忍忍的极限限值时会会使器件件内部的的半导体体半导体体半导导体（ssemiiconnducctorr），是是一种材材料的的的导电能能力介于于导体和和绝缘体体之间，并并有负的的电阻温温度系数数的材料料。这种种材料在在某个温温度范围围内随温温度升高高而增加加电荷载载流子的的浓度，电电阻率下下降。如如硅、锗锗、硒等等，半导导体之所所以得到到广泛应应用，是是因为它它的导电电能力受受掺杂、温温度和光光照的影影响十分分显着。特性发生生变化(电子迁移移)、器件件发热
4、及及功耗加加大等现现象，造造成系统统的可靠靠性降低低，并且且较快的的边沿速速率其功功耗也越越大。信号号的边沿沿速率与与器件的的输出强强度(输出驱驱动电流流)有直接接的关系系，过强强的输出出驱动电电流除了了能够提提高信号号的边沿沿速率之之外，还还会对周周围的器器件及传传输线造造成干扰扰(Crrossstallk)。因因此对电电磁兼容容性(EEMI)非常敏敏感的系系统，信信号边沿沿速率是是重点需需要考虑虑的，而而系统的的时钟频频率反而而放在第第二位考考虑。2.器件件的分布布参数系统工作作在低频频情况下下，电阻阻、电感感、电容容主要表表现为集集总参数数，但当当系统的的工作频频率较高高时，元元器件特特
5、性就较较为复杂杂，这时时候的元元件就有有很大的的分布参参数存在在，比如如分布电电感、分分布电容容、分布布互感、分分布互电电容等。在在高频情情况下电电阻、电电感、电电容的等等效电路路如表44一1所示:所以在高高频PCCB设计计时，必必须考虑虑导线等等的分布布参数，只只有这样样设计的的PCBB，才可可以达到到EMCC设计的的目的。3.PCCB的辐辐射原理理信号通路路和它的的回路通通道之间间的位移移电流以以及负载载电流，形形成了回回路阻抗抗上的电电压，这这个电压压产生了了成为主主要辐射射源的共共模电流流。由于于位移电电流是在在线电容容充放电电期间形形成的，因因此它的的分布是是不均匀匀的:在线的的源端
6、，它它有最大大值;而在负负载端则则为零。正正是由于于共模电电流的存存在，导导致了PPCB辐辐射的存存在。 PCCB上每每一根走走线和每每一个元元器件都都存在天天线辐射射效应，辐辐射效应应与芯片片的尺寸寸成反比比，而与与工作电电流环路路尺寸和和工作电电流以及及工作频频率成正正比。降降低系统统的工作作频率，减减小环路路的面积积，以及及减小工工作电流流的突变变是解决决天线辐辐射效应应的有效效途径。4.PCCB布线线的理论论依据在进行多多层PCCB布线线时，首首先要进进行PCCB的电电磁兼容容性分析析。分析析的基本本原理是是基尔霍霍夫定律律和法拉拉第电磁磁感应定定律。(l)基基尔霍夫夫定律基尔霍夫夫定
7、律表表明，任任何时域域信号的的传输都都必须有有一个完完整的电电路，而而信号从从源到负负载的传传输都必必定沿着着一个最最低阻抗抗的路径径。这个个原理完完全适合合于射频频电流的的情况，如如果射频频电流不不是经由由设计中中的电路路到达负负载的，那那么就一一定是通通过某个个客观存存在的电电路到达达的，这这个客观观存在的的电路多多数是由由一些分分布的藕藕合元件件连接的的，构成成这一非非正常电电路中的的一些器器件就会会遭受电电磁干扰扰。(2)法法拉第电电磁感应应定律根据法拉拉第电磁磁感应定定律，任任何磁通通变化都都会在闭闭合电路路中产生生感生电电动势，任任何交变变电流都都会在空空间产生生电磁场场。在数数字
8、电路路设计中中，人们们最容易易忽略的的是存在在于器件件、导线线、PCCB走线线和插头头上的寄寄生电感感、电容容和导纳纳。图4一22采取200一H规则后后，RFF能量辐辐射(3)220一H规则由于电源源层与地地层之间间的电场场是变化化的，在在板的边边缘会向向外辐射射电磁干干扰，称称为边缘缘效应，如如图4一1所示。可可以将电电源层内内缩，使使得电场场只在接接地层的的范围内内传导。为为了减小小边缘效效应，要要求所有有的电源源平面在在物理尺尺寸上都都比其临临近的地地平面小小20H(H为电电源平面面和地平平面之间间的距离离)，这就就是200一H规则。若若在布局局布线时时，遵循循20一H规则，可可以将电电
9、源对附附近电路路的藕合能量量降低770%，当当这个距距离达到到1000H时，可可以把辐辐射能量量降低998%以以上。当当使用220一H规则后后，板的的边缘效效应明显显降低，如如图4一2所示。在数字电电路子系系统和模模拟电路路子系统统的地分分离的情情况下，每每个子系系统内也也要采用用20一H规则，如如图4一3所示，模模拟地和和数字地地加“沟沟”进行行隔离。图4一33子系统统的200一H规则(4)33一W规则为了减少少线间串串扰，应应保证线线间距足足够大，当当线中心心距不小小于3倍线宽宽时，则则可保证证70%的电场场不互相相干扰，称称为3一w规则，其其中w为线的的宽度。布布线的33一W规则如如图4
10、一4所示，33一W规则有有助于设设计的PPCB满满足EMMC系统统设计标标准，并并最大限限度地减减小PCCB走线线之间的的藕合，如如要达到到98%的电场场不互相相干扰，可可使用110一W规则。图4一44布线间间距的33一W规则 1.22PCBB的分层层规则混合信号号电路PPCB的的设计很很复杂，元元器件的的布局、布布线以及及电源和和地线的的处理将将直接影影响到电电路性能能和电磁磁兼容性性能。权权衡系统统的成本本与EMMC的设设计要求求，选择择合理的的布线层层数。目目前电路路板己由由单层、双双层、四四层板逐逐步向更更多层电电路板方方向发展展，多层层PCBB设计是是达到电电磁兼容容标准的的主要措措
11、施，在在进行PPCB分分层设计计时，要要遵循以以下规则则:1.关键键电源平平面与其其对应的的地平面面相邻。电电源平面面的阻抗抗比地平平面阻抗抗高，将将电源平平面与地地平面相相邻可形形成祸合合电容并并与PCCB板上上的去祸祸电容一一起降低低电源平平面的阻阻抗，同同时获得得较宽的的滤波效效果。研研究表明明，门的的反转能能量首先先是由电电源与地地平面之之间的电电容来提提供，其其次才是是由去祸祸电容决决定224。同同时地平平面还可可以对电电源平面面上的分分布电流流起到辐辐射屏蔽蔽作用。2.参考考面应优优选地平平面。电电源、地地平面均均能用作作参考平平面，且且都具有有一定的的屏蔽作作用。但但相对而而言，
12、电电源平面面具有较较高的特特性阻抗抗，且与与参考地地电平之之间存在在较大的的电位差差，其屏屏蔽效果果远低于于地平面面。3.数字字电路与与模拟电电路分层层。在设设计成本本允许的的情况下下，最好好把数字字电路和和模拟电电路安排排在不同同的层上上。如果果必须要要安排在在同一个个布线层层上，则则可以采采用开沟沟、加接接地线条条、分割割线等方方法补救救。模拟拟与数字字的电源源和地一一定要分分开，绝绝不能混混用。4.相邻邻层的关关键信号号走线不不跨分割割区。信信号跨区区将形成成较大的的信号环环路，产产生很强强的辐射射。如果果在地线线分割的的情况下下，信号号线必须须要跨区区，可以以先在被被分割的的地之间间进
13、行单单点连接接，形成成两个地地之间的的连接桥桥，然后后通过该该连接桥桥布线，如如图4一5所示。这这样，在在每一个个信号线线的下面面都能够够提供一一个直接接的电流流回流路路径，从从而使形形成的环环路面积积很小。图4一55桥上布布线跨越越数字地地和模拟拟地5.元件件面下面面有相对对完整的的地平面面。对多多层板必必须尽可可能保持持地平面面的完整整性，通通常不允允许有信信号线在在地平面面内走线线。当布布线密度度太大时时，可考考虑在电电源平面面的边缘缘走线。6.高频频、高速速、时钟钟等关键键信号有有一相邻邻地平面面。这样样设计的的信号线线与地线线间的距距离仅为为PCBB层间的的距离，因因此实际际的电流流
14、总在信信号线正正下方的的地线流流动，形形成最小小的信号号环路面面积，减减小辐射射。7.遵循循20一H规则。为为了避免免电源平平面层向向自由空空间辐射射能量，所所有的电电源平面面必须小小于地平平面，并并向内缩缩进200H。为为了更好好地执行行20一H规则，就就要使电电源和地地平面间间的厚度度尽可能能小。 1.33PCBB的布局局规则忽视PCCB布局局将对产产品的设设计周期期和后期期解决EEMI问问题带来来了不利利。采用用合理的的PCBB布局技技术与系系统化的的设计方方法，使使PCBB的传导导发射和和辐射发发射尽可可能降低低。1.PCCB的一一般布局局规则 (1)PcBB上模拟拟电路和和数字电电路
15、应各各自有不不同的空空间布局局。这种种分区设设计应确确保阻止止数字电电路的地地电流不不流入 A/D(AAnallogttoDiigittal，模模拟数字字转换)转换器器中的模模拟区域域内。(2)所所有接地地平面和和电源平平面应连连续不断断地延伸伸到电路路板的连连接插头头区域内内，并且且交织进进行。以以确保连连接器区区域内各各接点之之间的地地线或电电源线也也能方便便地与地地平面或或电源平平面相连连接。(3)不不论是模模拟电路路还是数数字电路路都应充充分接地地，以减减少电路路环路的的有效面面积。(4)所所有元件件与连接接器都应应安装在在接地平平面内，即即接地平平面应保保持环绕绕每一个个焊点和和过孔
16、。(5)当当PcBB连接器器插头附附近有高高速器件件时，应应就近安安装一个个屏蔽装装置来阻阻止器件件和引线线之间的的藕合。2.功能能分区布布局不同性质质的电路路应予以以适当的的隔离。模模拟电路路、高速速数字电电路以及及噪声电电路应加加以分隔隔以降低低子系统统间的相相互祸合合，如图图4一6所示。图4一66功能分分区示意意图3.接地地布局一个电子子系统设设计成功功的关键键是具有有一个可可靠稳定定的电源源和接地地网络，良良好的接接地是成成功PCCB设计计的基础础。大部部分的EEMI问问题都可可以借助助于良好好的接地地来解决决。降低地线线噪声必必须正确确认识和和理解产产生接地地噪声的的机制。因因为所有
17、有的地线线无论多多长，都都具有微微小的阻阻抗，当当电流流流过地线线时，就就会在低低的阻抗抗上产生生电压降降，而电电压降会会通过公公共阻抗抗通道祸祸合到其其它相关关电路上上去，对对其它电电路产生生干扰。必须合理理设计具具有低阻阻抗的接接地电路路，在子子系统进进行隔离离接地后后，然后后通过单单点接地地把功能能子系统统进行连连接。不不适当的的地线布布局易于于辐射或或拾取电电磁能量量。由于于传输线线的电感感效应，因因此在地地线上有有瞬间突突变电流流299存在在时，将将引发极极大的脉脉冲电压压。电感感的端电电压与其其流过电电流的变变化率成成正比。高高频数字字系统当当晶体管管开关时时会产生生突变电电流;模
18、拟系系统则在在负载电电流改变变时产生生瞬间的的电流变变化因此此，设计计接地系系统时必必须注意意电流的的流通问问题。4.电源源线布局局若空间许许可，电电源线应应与地线线平行。电电源线的的噪声通通常由适适当的电电源滤波波电容与与去祸电电容将之之滤除，采采用网状状的地线线或接地地平面比比采用网网状的电电源线更更为重要要，因此此应优先先考虑地地线的布布局，其其次再考考虑电源源线的布布局。5.信号号布局在布局数数字和模模拟混合合信号的的PCBB时，勿勿将数字字和模拟拟信号混混杂。如如果模拟拟和数字字信号必必须混杂杂，要确确保进行行垂直走走线以降降低交互互祸合的的效应。电电路板上上的数字字电路、模模拟电路
19、路、以及及易产生生噪声的的电路应应予以分分隔，应应先对敏敏感线路路进行布布线，并并消除电电路间的的祸合路路径。尤尤其要考考虑时钟钟、复位位和中断断线路，千千万不要要将这些些线路与与高电流流开关线线路平行行，否则则容易被被电磁祸祸合信号号破坏，引引起非预预期的复复位或中中断。2PCBB的布线线规则PCB的的布线要要规整、流流畅、美美观可靠靠的实现现电性能能的要求求，同时时要兼顾顾EMCC设计的需需要。2.1.一般布布线规则则(l)尽尽量选用用低密度度布线设设计，并并且信号号走线尽尽量粗细细一致，有有利于阻阻抗匹配配。对于于射频电电路，信信号线的的走向、宽宽度、线线间距的的不合理理设计，可可能造成
20、成信号传传输线之之间的交交叉干扰扰。(2)尽尽量避免免输入输输出端的的导线相相邻以及及长距离离的平行行走线。为为了减少少长平行行走线的的串扰，可可增大线线条间距距，或走走线间插插入地线线。实验验表明在在PCBB走线之之间引入入地线可可以使电电场串扰扰降低66dB:若地线线的宽度度加倍，可可降低串串扰 112dBB。 (3)PCBB上的走走线宽度度要均匀匀，不要要发生线线宽的突突变。PPCB走走线拐弯弯处绝对对不要采采用900度的拐拐角，要要采用圆圆弧或1135度度角，尽尽可能保保持线路路阻抗的的连续性性。(4)减减小电流流环的面面积。这这是因为为载流电电路对外外的辐射射强度与与通过的的电流、环
21、环路面积积和信号号频率的的平方成成正比。 (5)PCBB插头上上多安排排彼此分分散的地地线引脚脚，有助助于减少少PCBB插脚配配线的环环路面积积及地线线阻抗。(6)选选择放置置IC的位位置，以以使ICC之间的的互连PPCB走走线尽可可能短。把把振荡器器安置在在尽可能能靠近使使用时钟钟的位置置，同时时要尽可可能使它它远离信信号走线线和低电电平信号号IC。(7)尽尽量使用用微带线线与微带带波导。若若无法采采用微带带线或微微带波导导，则使使PCBB走线与与地线尽尽可能靠靠近。(8)在在电源和和IC之间间增设电电感，并并增加去去耦合电容容的数量量。(9)对对于开关关控制信信号，尽尽量减少少同时改改变状
22、态态的信号号PCBB走线数数量。2.2布布地线在多层PPCB中中有专门门的地线线层，在在地线层层上用“划划沟”的的方法来来分地。但但分地并并不是把把各种地地完全隔隔离，而而是仍在在适当的的位置把把不同的的地短接接起来，以以保证整整个地线线的连续续性。在实际布布线时，一一定要注注意几个个事项:(l)多多层板上上的走线线不要横横跨地线线层上的的沟;(2)AA/D转换器器芯片如如只有一一个地线线引脚，则则该芯片片应安放放在连接接模拟地地和数字字地的桥桥上，避避免数字字信号回回流绕沟沟而行;(3)连连接器不不要跨装装在地线线沟上，因因为沟两两边的地地电位可可能差别别较大，从从而通过过外接电电缆产生生共
23、模辐辐射干扰扰;(4)双双面板的的地线通通常采用用井字形形网状结结构，在在一面把把地线排排成梳状状，另一一面安排排几条与与之垂直直的地线线，交叉叉处用过过孔连接接。网状状结构能能减小信信号电流流的环路路面积。地地线应尽尽可能地地粗，以以减小地地线上的的分布电电感。2.3.布电源源线电源线的的宽度尽尽量加宽宽，长度度尽量缩缩短，以以减小电电源阻抗抗引起的的共阻抗抗祸合;同时电电源线要要尽量靠靠近地线线，减小小环路面面积，同同时增加加电源与与地本身身形成的的电容，提提高滤波波效果。2.4.布信号号线不相容的的信号线线应相互互远离不不要平行行进行走走线，如如数字与与模拟，高高速与低低速，大大电流与与
24、小电流流，高电电压与低低电压等等。分布布在不同同层上的的信号线线应相互互垂直走走线，这这样可以以减少线线间的电电场和磁磁场藕合合干扰。信信号线的的布置最最好根据据信号的的流动方方向顺序序安排，一一个电路路的输出出信号线线不要再再折回输输入信号号线区域域。高速信号号线要尽尽可能地地短，以以免干扰扰其他信信号线。在在双面板板上，必必要时可可在高速速信号线线两侧加加隔离地地线。多多层板上上所有高高速时钟钟线都应应根据时时钟线的的长短，采采用相应应的屏蔽蔽措施。在PCBB上不允允许有任任何电气气上没有有连接的的金属存存在，必必须把它它们就近近接地。例例如集成成片上空空闲的引引脚、散散热片、金金属屏蔽蔽罩、支支架和板板上没有有利用的的金属面面等。