RK3588 ESD/EMI防護(hù)設(shè)計及EMC設(shè)計檢查建議

1.1 概述

ESD：Electro-Static discharge的簡稱，意思是“靜電釋放”。靜電是一種自然現(xiàn)象，通常通過接觸、摩擦、電器間感應(yīng)等方式產(chǎn)生，其特點是長時間積聚、高電壓(可以產(chǎn)生幾千伏甚至上萬伏的靜電)、低電量、小電流和作用時間短的特點，常常造成電子電器產(chǎn)品運行不穩(wěn)定，甚至損壞。

EMI：Electromagnetic Interference的簡稱，直譯是電磁干擾；在高速PCB及系統(tǒng)設(shè)計中，高頻信號線、集成電路的引腳、各類接插件等都可能成為具有天線特性的輻射干擾源，能發(fā)射電磁波并影響其他系統(tǒng)或本系統(tǒng)內(nèi)其他子系統(tǒng)的正常工作。

EMC：Electro Magnetic Compatibility的簡稱，也稱電磁兼容，各種電氣或電子設(shè)備在電磁環(huán)境復(fù)雜的共同空間中，以規(guī)定的安全系數(shù)滿足設(shè)計要求的正常工作能力。

本章對于 RK3588產(chǎn)品設(shè)計中的 ESD/EMI防護(hù)設(shè)計及EMC的設(shè)計檢查給出了建議，幫助大家更好的提高產(chǎn)品的抗靜電、抗電磁干擾水平。

1.2 ESD防護(hù)設(shè)計

1、模具上做隔離：接插件能內(nèi)縮的盡量內(nèi)縮于殼體內(nèi)，讓靜電釋放到內(nèi)部電路上的距離變長，能量變?nèi)酰瑴y試標(biāo)準(zhǔn)由接觸放電條件變?yōu)榭諝夥烹姷取?/p>

2、在PCB布局時做好敏感器件的保護(hù)、隔離，一些敏感模塊如射頻、音頻、存儲器可以添加屏蔽罩。

3、布局時盡量將RK3588芯片及核心部件放在PCB中間，不能放在PCB中間的，需要保證屏蔽罩離板邊至少2MM以上的距離，且要保證屏蔽罩能夠可靠接地。

4、應(yīng)該按功能模塊及信號流向來布局PCB, 各個敏感部分相互獨立，對容易產(chǎn)生干擾的部分最好能 隔離，比如DCDC開關(guān)電源模塊等。

5、要求合理擺放應(yīng)對ESD器件，一般要求擺在源頭，即ESD器件擺放在接口處或靜電釋放處，走線時先經(jīng)過靜電器件之后再打孔引出，如圖9-1所示。

6、元件布局遠(yuǎn)離板邊且距插接件有一定距離，一般建議布局板邊至少20mil，接插件40mil以上。

7、PCB表面一定要有良好的GND回路，各接插件在表層都要有較好的GND連接回路。有加屏蔽罩的應(yīng)盡量跟表層地相連，并在屏蔽罩焊接處多打地孔接地。要做到這一點，就要求各個連接座部分在表層不要走線，也不要出現(xiàn)大范圍切斷表層銅皮的走線。

8、表層板邊不走線且多打地孔，必要時要做好信號跟地之間的隔離，如圖9-2所示。

9、如果有經(jīng)連接器實現(xiàn)板對板連接時，建議全部信號串接一定阻值的電阻(2.2ohm-10ohm之間，具體以能滿足SI測試為準(zhǔn))，以及預(yù)留TVS器件，可提升抗靜電浪涌能力。

10、RK3588 nPOR管腳的100nF電容必須靠近管腳放一個8/16mil的地過孔，空間允許建議打兩個以上，更良好的接地。

11、關(guān)鍵信號比如Reset、時鐘、中斷等敏感信號與板邊距離不得小于5mm，走線下方需要有參考平面，避免出現(xiàn)邊緣效應(yīng)，如圖9-3所示。

12、在PCB板空白多露銅，以便加強靜電釋放效果，或者便于增加加泡棉等補救措施，如圖9-4所示。

13、其它外圍芯片如果有帶Reset管腳，建議增加100nF電容必須靠近管腳，電容的地焊盤必須有一個8/16mil地過孔，空間允許建議打兩個以上，更良好的接地，如圖9-5所示。

14、從PCB上進(jìn)行隔離，讓靜電只能釋放在部分區(qū)域，比如座子地管腳單獨過孔和內(nèi)層的地層連接，對表層的PCB進(jìn)行Keepout，表層的地銅皮和管腳盡量遠(yuǎn)離，即讓敏感信號遠(yuǎn)離靜電易放電區(qū)域（表層地銅皮）等等，如圖9-6所示，在表層隔離HDMI信號與GND的距離。

1.3 EMI防護(hù)設(shè)計

1、電磁干擾三要素：干擾源、耦合通道及敏感設(shè)備，如圖9-7所示，我們不能處理敏感設(shè)備，所以處理EMI就只能從干擾源跟耦合通道入手。解決EMI問題，最好的方式就是消除干擾源，消除不了的就想辦法切斷耦合通道或者避免天線效應(yīng)；

2、PCB上干擾源一般很難完全消除，可以通過濾波、接地、平衡、阻抗控制，改善信號質(zhì)量(如端 接）等方法來應(yīng)對。各種方法一般會綜合運用，但良好的接地是最基本的要求。

3、常用應(yīng)對EMI材料有屏蔽罩、專用濾波器、電阻、電容、電感、磁珠、共模電感/磁環(huán)、吸波材料、展頻器件等。

4、濾波器選擇原則：若負(fù)載（接收器）為高阻抗（一般的單端信號接口都是高阻抗，比如SDIO、RBG、CIF等），則選擇容性濾波器件并入線路；若負(fù)載（接收器）為低阻抗（比如電源輸出接口），則選擇感性濾波器件串入線路。使用濾波器件后不能使信號質(zhì)量超出其SI許可范圍。差分接口一般使用共模電感來抑制EMI。

5、PCB上屏蔽措施需良好接地，不然可能會引起輻射泄露或者屏蔽措施形成了天線效應(yīng)，連接器的屏蔽需符合相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

6、RK3588展頻的能分模塊使用。展頻的程度需根據(jù)相關(guān)部分對信號的要求而定。具體措施見RK3588展頻說明。

7、所有時鐘串接的匹配電阻，建議保留，提供匹配阻抗，提高信號質(zhì)量的改善措施。

8、DC電源輸入處，有條件可預(yù)留電源共模電感或EMI濾波器。

9、USB、HDMI、VGA、屏連接座等接口處增加預(yù)留共模電感或濾波電路。

10、有加散熱器時，要注意散熱器也有可能耦合EMI能量，產(chǎn)生輻射，在選用散熱器時除了滿足熱設(shè)計要求，還應(yīng)滿足EMI測試要求。散熱器要預(yù)留接地條件，當(dāng)有需要接地時，將散熱器接地，此處不好明確接地點個數(shù)及怎么選擇接地點，需要第一個版本硬件在實驗室實際測試時依據(jù)實際情況整改。

11、EMI跟ESD對LAYOUT的要求有高度一致性，前述ESD的LAYOUT要求，大部分適用于EMI防護(hù)。另外增加下面的要求：

A、盡量保證信號完整性。

B、差分線要做好等長及緊密耦合，保證差分信號的對稱性，以盡量減少差分信號的錯位，避免轉(zhuǎn)化成引起EMI問題的共模信號，如圖9-8所示。

C、有插件器件等帶金屬殼器件的元件，應(yīng)避免耦合干擾信號從而輻射。也要避免器件的干擾信號從殼體耦合到其他信號線。

D、所有時鐘串接的匹配電阻靠近CPU端（源端），CPU管腳和電阻之間走線必須控制在400mil以內(nèi)。

E、如果PCB超過4層板，建議讓所有時鐘信號盡量走內(nèi)層。

F、防止電源輻射，電源層覆銅必須內(nèi)縮，以一個H（電源和地之間的介質(zhì)厚度）為單位，建議內(nèi)縮20H，我們要求地平面大于電源或信號層，這樣有利于防止對外輻射干擾和屏蔽外界對自身的干擾，（一般情況下在PCB設(shè)計的時候把電源層比地層內(nèi)縮1mm即可，不然嚴(yán)格去滿足20H的話會導(dǎo)致PCB走線不方便，如圖9-9所示。）

1.4 EMC設(shè)計檢查建議

按照設(shè)計流程，一個產(chǎn)品Layout完成之后，需要進(jìn)入嚴(yán)格的評審環(huán)節(jié)，所設(shè)計的產(chǎn)品是否滿足ESD或者EMI防護(hù)設(shè)計要求，撇開原理圖設(shè)計，PCB設(shè)計一般需要我們從PCB布局和PCB布線兩個方面進(jìn)行審查，本小節(jié)就這兩方面的檢查做了建議，讀者可以此作為審核PCB Layout人員的PCB的參考標(biāo)準(zhǔn)。

EMC設(shè)計布局檢查建議:

1、整體布局檢查建議

① 模擬、數(shù)字、電源、保護(hù)電路要分開，立體面上不要有重疊。

② 高速、中速、低速電路要分開。

③ 強電流、高電壓、強輻射元器件遠(yuǎn)離弱電流、低電壓、敏感元器件。

④ 多層板設(shè)計，必須要有單獨的電源平面和地平面。

⑤ 對熱敏感的元件（含液態(tài)介質(zhì)電容、晶振）盡量遠(yuǎn)離大功率的元器件、散熱器等熱源。

2、接口與保護(hù)布局檢查建議

① 一般電源防雷保護(hù)器件的順序是：壓敏電阻→保險絲→抑制二極管→EMI濾波器→電感或者共模電感，對于原理圖缺失上面任一器件進(jìn)行順延布局。

② 一般對接口信號的保護(hù)器件的順序是：ESD(TVS管)→隔離變壓器→共模電感→電容→電阻，對于原理圖缺失上面任一器件進(jìn)行順延布局。

③ 電平變換芯片（如RS232）要靠近連接器的位置(如串口)放置。

④ 易受ESD干擾的器件，如NMOS、CMOS器件等，要盡量遠(yuǎn)離易受ESD干擾的區(qū)域（如單板的邊緣區(qū)域）。

3、時鐘電路布局檢查建議

① 時鐘電路的濾波器(盡量采用“∏”型濾波)要靠近時鐘電路的電源輸入管腳。

② 晶體、晶振和時鐘分配器的布局要注意遠(yuǎn)離大功率的元器件、散熱器等發(fā)熱的器件。

③ 晶體、晶振和時鐘分配器與相關(guān)的IC器件要盡量靠近。

④ 晶振距離板邊和接口器件要大于1inch的距離。

4、開關(guān)電源布局檢查建議

① 開關(guān)電源要遠(yuǎn)離ADDA轉(zhuǎn)換器、模擬器件、敏感器件、時鐘器件。

② 嚴(yán)格按照原理圖的要求進(jìn)行布局，不要將開關(guān)電源的電容隨意放置。

③ 開關(guān)電源布局要緊湊，輸入輸出要分開。

5、電容與濾波器件布局檢查建議

① 原則上每個電源管腳放置一個0.1uf的小電容、一個集成電路放置一個或多個10uf大電容，可以根據(jù)具體情況進(jìn)行增減。

② 電容務(wù)必要靠近電源管腳放置，而且容值越小的電容要越靠近電源管腳。

③ EMI濾波器要靠近芯片電源的輸入口。

6、疊層檢查建議

① 多層板（四層以上）至少有一個連續(xù)完整的地平面用來控制PCB的阻抗和信號質(zhì)量。

② 電源平面和地平面靠近放置。

③ 疊層盡量避免兩個信號層相鄰，如果相鄰加大兩個信號層的間距，并且布線時應(yīng)該錯位布線，不能重疊布線，否側(cè)后期布線可能會引起串?dāng)_的產(chǎn)生。

④ 避免兩個電源平面相鄰，特別是由于信號層鋪電源而導(dǎo)致的電源平面相鄰。

⑤ 外層鋪地。

7、其他設(shè)計檢查建議

① 整機(jī)設(shè)計為浮地設(shè)備時，建議各接口不要分地設(shè)計。

② 機(jī)器外殼為金屬時，電源是三孔，要求金屬外殼必須良好連接大地。

1.5 EMC設(shè)計布線檢查建議

1、整體布線檢查建議

① 關(guān)鍵信號線走線避免跨分割我們PCB中的信號都是阻抗線，是有參考的平面層，對于設(shè)計的關(guān)鍵信號避免跨分割的現(xiàn)象出現(xiàn)，否則會導(dǎo)致信號阻抗的突變，導(dǎo)致信號完整性問題的出現(xiàn)。如圖9-10，描述了信號跨分割的現(xiàn)象。

② 相同功能的總線要并行走、中間不要夾叉其它信號，如果空間允許可以進(jìn)行包地處理。

③ 關(guān)鍵信號線走線避免“U”型或“O”型。

④ 關(guān)鍵信號線走線不要人為的繞長(以最短路徑進(jìn)行走線)。

⑤ 關(guān)鍵信號線需要距離邊沿和接口400mil以上。

⑥ 晶振下面所有層都不能走線。

⑦ 開關(guān)電源下面不能走線，特別是電感或轉(zhuǎn)換芯片下方。

⑧ 接收和發(fā)送信號要分開走，不能互相交叉布線。

2、隔離與保護(hù)

① 浪涌抑制器件（TVS管、壓敏電阻）對應(yīng)的信號走線盡量表層，短且粗（一般10mil以上）。

② 不同接口之間的走線要清晰，不要互相交叉布線。

③ 接口線到所連接的保護(hù)和濾波器件布線要盡量短。

④ 接口線必需要先經(jīng)過保護(hù)或濾波器件再到信號接收芯片。

⑤ 接口器件的固定孔要接到保護(hù)地上，連接到機(jī)殼的定位孔、扳手要直接接到信號地。

⑥ 變壓器、光耦等器件的輸入輸出地要分開處理（兩端使用不同的GND）。

3、時鐘布線

① 超過1inch的時鐘線盡量走在內(nèi)層，時鐘線采用立體包地處理。

② 時鐘線換層為不同的地參考平面需要增加回流地過孔。

③ 時鐘線不允許跨分割。

④ 時鐘線與其它信號線的間距達(dá)到5W，空間允許的情況下可以進(jìn)行包地處理。

⑤ 時鐘電路的電源走線需要加寬或鋪銅處理。

4、其他

① 保護(hù)地和信號地之間的間距大于80mil。

② DC48V的爬電間距是否為80mil以上。

③ 電源平面要比地平面內(nèi)縮“20H”（H為電源和地平面的距離），一般情況地內(nèi)縮20mil，電源需要內(nèi)縮60mil，并間隔150mil打地過孔。

④ 布線要避免出線Stub線，Stub線就是俗稱的線頭或歪線, 或者說信號沒打算經(jīng)過的路徑。

⑤ AC220V的爬電間距最少為300mil，具體可以查爬電間距規(guī)格表。

⑥ 差分走線可以抑制共模干擾。

⑦ 敏感的信號線必須采用包地處理，包地線每隔200mil增加一個GND孔。

審核編輯：湯梓紅