PCB疊層時(shí)要如何考慮EMC？

關(guān)于PCB中EMC設(shè)計(jì)的問題，應(yīng)該是諸多電子硬件工程師的一大心病。比如：PCB疊層時(shí)要如何考慮EMC？不同層數(shù)的板子在設(shè)計(jì)EMC的時(shí)候，需要考慮的東西是否一樣？

PCB層疊EMC系列知識(shí)

應(yīng)該收入囊中的PCB層疊EMC系列知識(shí)（二）

PCB疊層時(shí)不考慮EMC，做完只能 “太南了”

考慮到大家的所需，陸妹整理了一些關(guān)于【PCB中EMC設(shè)計(jì)的攻略】，希望能對(duì)你們有所幫助……

一、器件的布局??

在PCB設(shè)計(jì)的過程中，從EMC角度，首先要考慮三個(gè)主要因素：輸入/輸出引腳的個(gè)數(shù)，器件密度和功耗。一個(gè)實(shí)用的規(guī)則是片狀元件所占面積為基片的20%,每平方英寸耗散功率不大于2W。

在器件布置方面，原則上應(yīng)將相互有關(guān)的器件盡量靠近，將數(shù)字電路、模擬電路及電源電路分別放置，將高頻電路與低頻電路分開。

易產(chǎn)生噪聲的器件、小電流電路、大電流電路等應(yīng)盡量遠(yuǎn)離邏輯電路。對(duì)時(shí)鐘電路和高頻電路等主要干擾和輻射源應(yīng)單獨(dú)安排，遠(yuǎn)離敏感電路，輸入輸出芯片要位于接近混合電路封裝的I/O出口處。

高頻元器件盡可能縮短連線，以減少分布參數(shù)和相互間的電磁干擾，易受干擾元器件不能相互離得太近，輸入輸出盡量遠(yuǎn)離。震蕩器盡可能靠近使用時(shí)鐘芯片的位置，并遠(yuǎn)離信號(hào)接口和低電平信號(hào)芯片。

元器件要與基片的一邊平行或垂直，盡可能使元器件平行排列，這樣不僅會(huì)減小元器件之間的分布參數(shù)，也符合混合電路的制造工藝，易于生產(chǎn)。
　　在混合電路基片上電源和接地的引出焊盤應(yīng)對(duì)稱布置，最好均勻地分布許多電源和接地的I/O連接。裸芯片的貼裝區(qū)連接到最負(fù)的電位平面。

在選用多層混合電路時(shí)，電路板的層間安排隨著具體電路改變，但一般具有以下特征：

(1) 電源和地層分配在內(nèi)層，可視為屏蔽層，可以很好地抑制電路板上固有的共模RF干擾，減小高頻電源的分布阻抗。

(2) 板內(nèi)電源平面和地平面盡量相互鄰近，一般地平面在電源平面之上，這樣可以利用層間電容作為電源的平滑電容，同時(shí)接地平面對(duì)電源平面分布的輻射電流起到屏蔽作用。

(3) 布線層應(yīng)盡量安排與電源或地平面相鄰以產(chǎn)生通量對(duì)消作用。

二、PCB走線??

在電路設(shè)計(jì)中，往往只注重提高布線密度，或追求布局均勻，忽視了線路布局對(duì)預(yù)防干擾的影響，使大量的信號(hào)輻射到空間形成干擾，可能會(huì)導(dǎo)致更多的電磁兼容問題。

因此，良好的布線是決定設(shè)計(jì)成功的關(guān)鍵。

1、地線的布局

地線不僅是電路工作的電位參考點(diǎn)，還可以作為信號(hào)的低阻抗回路。

地線上較常見的干擾就是地環(huán)路電流導(dǎo)致的地環(huán)路干擾，解決好這一類干擾問題，就等于解決了大部分的電磁兼容問題。

地線上的噪音主要對(duì)數(shù)字電路的地電平造成影響，而數(shù)字電路輸出低電平時(shí)，對(duì)地線的噪聲更為敏感。

地線上的干擾不僅可能引起電路的誤動(dòng)作，還會(huì)造成傳導(dǎo)和輻射發(fā)射。因此，減小這些干擾的重點(diǎn)就在于盡可能地減小地線的阻抗(對(duì)于數(shù)字電路，減小地線電感尤為重要)。

地線的布局要注意以下幾點(diǎn)：

(1) 根據(jù)不同的電源電壓，數(shù)字電路和模擬電路分別設(shè)置地線。

(2) 公共地線盡可能加粗。在采用多層厚膜工藝時(shí)，可專門設(shè)置地線面，這樣有助于減小環(huán)路面積，同時(shí)也降低了接受天線的效率。并且可作為信號(hào)線的屏蔽體。

(3) 應(yīng)避免梳狀地線，這種結(jié)構(gòu)使信號(hào)回流環(huán)路很大，會(huì)增加輻射和敏感度，并且芯片之間的公共阻抗也可能造成電路的誤操作。

(4) 板上裝有多個(gè)芯片時(shí)，地線上會(huì)出現(xiàn)較大的電位差，應(yīng)把地線設(shè)計(jì)成封閉環(huán)路，提高電路的噪聲容限。

(5) 同時(shí)具有模擬和數(shù)字功能的電路板，模擬地和數(shù)字地通常是分離的，只在電源處連接。

2、電源電路的布局

一般而言，除直接由電磁輻射引起的干擾外，經(jīng)由電源線引起的電磁干擾最為常見。因此電源線的布局也很重要，通常應(yīng)遵守以下規(guī)則。

（電源處理）

(1) 電源線盡可能靠近地線以減小供電環(huán)路面積，差模輻射小，有助于減小電路交擾。不同電源的供電環(huán)路不要相互重疊。

(2) 采用多層工藝時(shí)，模擬電源和數(shù)字電源分開，避免相互干擾。不要把數(shù)字電源與模擬電源重疊放置，否則就會(huì)產(chǎn)生耦合電容，破壞分離度。

(3) 電源平面與地平面可采用完全介質(zhì)隔離，頻率和速度很高時(shí)，應(yīng)選用低介電常數(shù)的介質(zhì)漿料。電源平面應(yīng)靠近接地平面，并安排在接地平面之下，對(duì)電源平面分布的輻射電流起到屏蔽作用。

(4) 芯片的電源引腳和地線引腳之間應(yīng)進(jìn)行去耦。去耦電容采用0.01uF的片式電容，應(yīng)貼近芯片安裝，使去耦電容的回路面積盡可能減小。

(5) 選用貼片式芯片時(shí)，盡量選用電源引腳與地引腳靠得較近的芯片，可以進(jìn)一步減小去耦電容的供電回路面積，有利于實(shí)現(xiàn)電磁兼容。

3、信號(hào)線的處理

在使用單層薄膜工藝時(shí)，一個(gè)簡便適用的方法是先布好地線，然后將關(guān)鍵信號(hào)，如高速時(shí)鐘信號(hào)或敏感電路靠近它們的地回路布置，最后對(duì)其它電路布線。

信號(hào)線的布置最好根據(jù)信號(hào)的流向順序安排，使電路板上的信號(hào)走向流暢。

如果要把EMI減到最小，就讓信號(hào)線盡量靠近與它構(gòu)成的回流信號(hào)線，使回路面積盡可能小，以免發(fā)生輻射干擾。

低電平信號(hào)通道不能靠近高電平信號(hào)通道和無濾波的電源線，對(duì)噪聲敏感的布線不要與大電流、高速開關(guān)線平行。如果可能，把所有關(guān)鍵走線都布置成帶狀線。不相容的信號(hào)線(數(shù)字與模擬、高速與低速、大電流與小電流、高電壓與低電壓等)應(yīng)相互遠(yuǎn)離，不要平行走線。

信號(hào)間的串?dāng)_對(duì)相鄰平行走線的長度和走線間距極其敏感，所以盡量使高速信號(hào)線與其它平行信號(hào)線間距拉大且平行長度縮小。

導(dǎo)帶的電感與其長度和長度的對(duì)數(shù)成正比，與其寬度的對(duì)數(shù)成反比。

因此，導(dǎo)帶要盡可能短，同一元件的各條地址線或數(shù)據(jù)線盡可能保持長度一致，作為電路輸入輸出的導(dǎo)線盡量避免相鄰平行，最好在之間加接地線，可有效抑制串?dāng)_。低速信號(hào)的布線密度可以相對(duì)大些，高速信號(hào)的布線密度應(yīng)盡量小。

（相鄰層盡量錯(cuò)開平行組線）

在多層厚膜工藝中，除了遵守單層布線的規(guī)則外還應(yīng)注意:

盡量設(shè)計(jì)單獨(dú)的地線面，信號(hào)層安排與地層相鄰。不能使用時(shí)，必須在高頻或敏感電路的鄰近設(shè)置一根地線。

分布在不同層上的信號(hào)線走向應(yīng)相互垂直，這樣可以減少線間的電場(chǎng)和磁場(chǎng)耦合干擾;同一層上的信號(hào)線保持一定間距，最好用相應(yīng)地線回路隔離，減少線間信號(hào)串?dāng)_。

每一條高速信號(hào)線要限制在同一層上。信號(hào)線不要離基片邊緣太近，否則會(huì)引起特征阻抗變化，而且容易產(chǎn)生邊緣場(chǎng)，增加向外的輻射。

4、時(shí)鐘電路處理

時(shí)鐘電路在數(shù)字電路中占有重要地位，同時(shí)又是產(chǎn)生電磁輻射的主要來源。

一個(gè)具有2ns上升沿的時(shí)鐘信號(hào)輻射能量的頻譜可達(dá)160MHz。因此設(shè)計(jì)好時(shí)鐘電路是保證達(dá)到整個(gè)電路電磁兼容的關(guān)鍵。

（時(shí)鐘電路）

關(guān)于時(shí)鐘電路的布局，有以下注意事項(xiàng):

(1) 不要采用菊花鏈結(jié)構(gòu)傳送時(shí)鐘信號(hào)，而應(yīng)采用星型結(jié)構(gòu)，即所有的時(shí)鐘負(fù)載直接與時(shí)鐘功率驅(qū)動(dòng)器相互連接。

(2) 所有連接晶振輸入/輸出端的導(dǎo)帶盡量短，以減少噪聲干擾及分布電容對(duì)晶振的影響。

(3) 晶振電容地線應(yīng)使用盡量寬而短的導(dǎo)帶連接至器件上;離晶振最近的數(shù)字地引腳，應(yīng)盡量減少過孔。

三、工藝和部件的選取??

混合集成電路有三種制造工藝可供選擇，單層薄膜、多層厚膜和多層共燒厚膜。

薄膜工藝能夠生產(chǎn)高密度混合電路所需的小尺寸、低功率和高電流密度的元器件，具有高質(zhì)量、穩(wěn)定、可靠和靈活的特點(diǎn)，適合于高速高頻和高封裝密度的電路中，但只能做單層布線且成本較高。

多層厚膜工藝能夠以較低的成本制造多層互連電路， 從電磁兼容的角度來說，多層布線可以減小線路板的電磁輻射并提高線路板的抗干擾能力。

因?yàn)榭梢栽O(shè)置專門的電源層和地層，使信號(hào)與地線之間的距離僅為層間距離。這樣，板上所有信號(hào)的回路面積就可以降至最小，從而有效減小差模輻射。

其中多層共燒厚膜工藝具有更多的優(yōu)點(diǎn)，是目前無源集成的主流技術(shù)。它可以實(shí)現(xiàn)更多層的布線，易于內(nèi)埋元器件，提高組裝密度，具有良好的高頻特性和高速傳輸特性。

此外，與薄膜技術(shù)具有良好的兼容性，二者結(jié)合可實(shí)現(xiàn)更高組裝密度和更好性能的混合多層電路。

混合電路中的有源器件一般選用裸芯片，沒有裸芯片時(shí)可選用相應(yīng)的封裝好的芯片，為得到最好的EMC特性，盡量選用表貼式芯片。

選擇芯片時(shí)在滿足產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)的前提下，盡量選用低速時(shí)鐘。在HC能用時(shí)絕不使用AC，CMOS4000能行就不用HC。電容應(yīng)具有低的等效串聯(lián)電阻，這樣可以避免對(duì)信號(hào)造成大的衰減。

混合電路的封裝可采用可伐金屬的底座和殼蓋，平行縫焊，具有很好的屏蔽作用。

編輯：黃飛

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