电磁兼容与高速PCB设计
Hyperlynx
HyperLynx ：工程化的高速PCB 信号完整性与电磁兼容性分析环境概述电子工程师们越来越深刻地体会到：即使电路板（PCB ）上的信号在低至几十兆的频率范围内工作，也会受到开关速度在纳秒（ns ）级的高速芯片的影响而产生大量的信号完整性（SI ）与电磁兼容性（EMC ）问题。
一个优秀的电路设计，往往因为PCB 布局布线时某些高速信号处理不当而造成严重的过冲/下冲、延时、串扰及辐射等问题，最终导致产品设计的失败。
Mentor Graphics 公司的HyperLynx 软件是 业界应用最为普遍的高速PCB 仿真工具。
它包含前仿真环境（LineSim ），后仿真环境（BoardSim ） 及多板分析功能，可以帮助设计者对电路板上频率低至几十兆赫兹，高达千兆赫兹（GHz）以上的网络进行信号完整性与电磁兼容性仿真分析，消除设 计隐患，提高设计一版成功率。
操作简洁、功能齐全的信号完整性与电磁兼容性分析环境对于大多数工程师而言，信号完整性与电磁兼容性分析仅仅是产品设计流程中的一个环节，在此环节采用的工具必须与整个流程中的其他工具相兼容，且要保证工程师能快速掌握工具，并将其应用于实际的设计工作。
否则，性能再好的软件也很难在工程实践中得到广泛应用。
HyperLynx 兼容Mentor/Cadence/Zuken/Protel 等所有格式的PCB 设计文件。
为高速PCB 仿真提供了简便易学的操作流程，就像实验室里的数字示波器与频谱分析仪；原理图工程师、PCB 工程师，或信号完整性工程师经过短期的培训，即可使用HyperLynx 解决各自工作中的问题，从设计初期的网络拓扑结构规划、阻抗设计、高速规则定义与优化，直到最产品特点◆工程化的高速PCB 信号完整性与电磁兼容性仿真工具，操作简便，易于掌握◆ 支持所有PCB 环境下的设计文件 ◆ 支持PCB 前仿真/后仿真分析 ◆支持PCB 叠层结构、物理参数的提取与设定◆ 支持各种传输线的阻抗规划与计算 ◆支持反射、串扰、损耗、过孔效应及电磁兼容性分析◆通过匹配向导为高速网络提供串行、并行及差分匹配等方案◆支持多板分析，可对板间传输的信号进行反射、串扰及损耗分析◆提供DDR/DDRII/USB/SA TA/ PCIX 等多种Design Kit终的板级验证等工作均可在HyperLynx中完成，可以有效地避免过度设计与设计反复。
详述高速PCB设计中的电磁兼容性问题
详述高速PCB设计中的电磁兼容性问题近年来，随着电子技术的快速发展，高速PCB设计在通信、计算机、汽车电子等众多领域中扮演着重要的角色。
然而，在高速PCB设计中，电磁兼容性问题却是一个令人头疼的挑战。
本文将详述高速PCB设计中的电磁兼容性问题，并提出一些解决方案。
一、高速PCB设计中的电磁兼容性问题概述在高速PCB设计中，由于信号的频率较高，电流和信号的变化速度较快，会产生较强的电磁场。
这些电磁场可能会干扰其他电路或设备，导致系统性能下降，甚至造成严重的故障。
因此，电磁兼容性问题是高速PCB设计中需要高度关注的一个方面。
二、高速PCB设计中常见的电磁兼容性问题1. 串扰问题：在高速PCB设计中，由于信号线之间的距离较近，会导致信号间的串扰。
当一个信号线发生变化时，其周围的信号线可能会受到影响，造成误码率的增加。
2. 辐射问题：高速PCB上的信号线和电源线会辐射电磁波，可能对附近的其他电路或设备产生干扰。
特别是当信号线长度接近或超过信号波长的一半时，辐射问题会更加严重。
3. 地线问题：在高速PCB设计中，地线的布局和连接方式对电磁兼容性有重要影响。
如果地线布局不合理，可能会导致电流回路不畅通，进而产生电磁辐射或引入地回路噪声。
4. 电源噪声问题：在高速PCB设计中，电源噪声的干扰会对信号质量产生很大影响。
电源线上的纹波噪声、开关噪声和共模噪声等都可能引起系统性能下降。
三、解决高速PCB设计中电磁兼容性问题的方法1. 合理的布局设计：合理布局是解决电磁兼容性问题的关键。
应该将敏感信号线和噪声源分隔开，并保持足够的距离。
同时，应确保地线的布局合理，避免信号回流路径过长。
2. 控制信号线长度和层间引线数：信号线长度应控制在信号波长的1/10以内，避免产生较大的辐射问题。
同时，层间引线数也应合理控制，减少层间串扰的可能性。
3. 优化电源和地线布局：电源线和地线应尽量平行布局，减小回流路径的面积。
此外，应采用直线连接方式，减少电流环路的面积，降低电磁辐射问题。
高速PCB电磁兼容的研究
可 能 有 较 高 的 电 压 ， 应 加 大 他 们 之 间 的 距 离 ， 免 放 电 引 出 意 外 以
短 路 。
计 已 成 为 高 速 ＰＣ 设 计 中 急 待 解 Ｂ 决 的技 术难 题 。
（ ２）某 些 元 器 件 或 导 线 之 间
系 到 电 子 设 备 质 量 的 好 坏 。 随 着 电 子 技 术 的 飞 速 发 展 ， 电 子 产 品 越 来 越 趋 向 高 速 ， 高 灵 敏 度 ， 高 密 度 ， 这 种 趋 势 导 致 了 Ｐ ＣＢ电 路 板 设 计 中 的 电 磁 兼 容 （ ＭＣ 和 电 Ｅ ）
线之 间容 易 发生 串扰 ， 且散 热性 而
（ ）综 合 考 虑 各 元 件 之 间 的 ６ 分 布 参 数 。 尽 可 能 使 元 器 件 平 行 排 列 ， 这 样 不 仅 有 利 于 增 强 抗 干
扰 能 力 ， 而 且 外 观 美 观 ， 易 于 批
量生 产 。
能 不 好 。 确 定 Ｐ Ｂ 寸 之 后 ， 就 可 Ｃ 尺 以 根 据 电 路 的 功 能 模 块 ｘ－ 部 器 ，全 ｊ 件 进 行 布 局 。 高 速 Ｐ Ｂ 布 局 通 常 Ｃ 的
和 传 输 线 的 设 计 几 个 方 面 分 析 研 究 了 改 善 高 速 Ｐ Ｂ Ｍ 性 能 的 方 法 ， 并 介 绍 了 其 它 的 一 些 抗 Ｃ Ｅ Ｃ
电磁干扰 技术 。
关 键 词 ： 磁 兼 容 ； 速 Ｐ Ｂ 电 磁 干 扰 电 高 Ｃ； 中 图 分 类 号 ：Ｎ ０ Ｔ７ １ 文 献 标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ： ０ ３ ０ ０ （０ ７ ０ － ０ ２ ０ １０－１ ７２ ０）Ｂ ０９－ ３
ＣＬＣ ｕｍ ｈｅｒＴＮ７ ｉ ｔ ＝ ０１
高频pcb设计需要注意的事项
高频pcb设计需要注意的事项高频PCB设计是一项复杂的工程，需要考虑许多因素，以下是需要注意的事项：1. 材料选择，对于高频PCB设计，选择合适的基板材料非常重要。
常见的高频材料包括FR-4、PTFE（聚四氟乙烯）和Rogers等。
这些材料具有较低的介电常数和损耗 tangent，能够减小信号传输的衰减和失真。
2. 版图设计，在高频PCB设计中，版图设计需要特别注意。
布局应该尽量减小信号路径的长度，减少信号的传输时间。
同时，还要避免信号线和电源线之间的干扰，采用合适的层间堆叠方式。
3. 地线设计，良好的地线设计对于高频PCB至关重要。
要尽量减小地线的回流路径，减小地线的环路感。
同时，要避免地线与信号线之间的串扰。
4. 阻抗匹配，在高频PCB设计中，要保证信号线的阻抗匹配。
采用合适的线宽和间距，以及合适的层间堆叠方式，来保证信号的阻抗匹配。
5. 电磁兼容性（EMC），高频PCB设计需要考虑电磁兼容性，要尽量减小电磁辐射和敏感度，采用合适的屏蔽措施和滤波器。
6. 热管理，高频电路在工作时会产生较多的热量，因此热管理也是需要考虑的因素。
要合理布局散热器和散热孔，确保电路工作稳定。
7. 仿真验证，在设计高频PCB之前，进行仿真验证是非常重要的。
可以利用仿真软件对信号完整性、阻抗匹配、电磁兼容性等进行验证，发现问题并进行调整。
总的来说，高频PCB设计需要综合考虑材料选择、版图设计、地线设计、阻抗匹配、EMC、热管理和仿真验证等多个方面的因素，以确保高频电路的稳定性和可靠性。
希望以上信息对你有所帮助。
高速数字电路的信号完整性与电磁兼容性设计
引言从IC芯片的发展及封装形式来看，芯片体积越来越小、引脚数越来越多；同时，由于近年来IC工艺的发展，使得其速度也越来越高。
这就带来了一个问题，即电子设计的体积减小导致电路的布局布线密度变大，而同时信号的频率还在提高，从而使得如何处理高速信号问题成为一个设计能否成功的关键因素。
随着电子系统中逻辑复杂度和时钟频率的迅速提高，信号边沿不断变陡，印刷电路板的线迹互连和板层特性对系统电气性能的影响也越发重要。
对于低频设计，线迹互连和板层的影响可以不考虑，但当频率超过50 MHz时，互连关系必须考虑，而在*定系统性能时还必须考虑印刷电路板板材的电参数。
因此，高速系统的设计必须面对互连延迟引起的时序问题以及串扰、传输线效应等信号完整性(Signal Integrity，SI)问题。
当硬件工作频率增高后，每一根布线网络上的传输线都可能成为发射天线，对其他电子设备产生电磁辐射或与其他设备相互干扰，从而使硬件时序逻辑产生混乱。
电磁兼容性(Electromagnetic Compatibility，EMC)的标准提出了解决硬件实际布线网络可能产生的电磁辐射干扰以及本身抵抗外部电磁干扰的基本要求。
1 高速数字电路设计的几个基本概念在高速数字电路中，由于串扰、反射、过冲、振荡、地弹、偏移等信号完整性问题，本来在低速电路中无需考虑的因素在这里就显得格外重要；另外，随着现有电气系统耦合结构越来越复杂，电磁兼容性也变成了一个不能不考虑的问题。
要解决高速电路设计的问题，首先需要真正明白高速信号的概念。
高速不是就频率的高低来说的，而是由信号的边沿速度决定的，一般认为上升时间小于4倍信号传输延迟时可视为高速信号。
即使在工作频率不高的系统中，也会出现信号完整性的问题。
这是由于随着集成电路工艺的提高，所用器件I／O端口的信号边沿比以前更陡更快，因此在工作时钟不高的情况下也属于高速器件，随之带来了信号完整性的种种问题。
2 高速数字电路设计的基本要求在PCB设计中，电磁兼容性的分析也离不开布线网络本身的信号完整性，主要分析实际布线网络可能产生的电磁辐射和电磁干扰，以及电路板本身抵抗外部电磁干扰的能力，并且依据设计者的要求提出布局和布线时抑制电磁辐射和干扰的规则，作为整个PCB设计过程的指导原则。
电磁兼容中三大类PCB布线设计详解
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。
高速电路pcb设计方法与技巧
高速电路pcb设计方法与技巧
高速电路的PCB设计是一项复杂的任务，需要考虑到信号完整性、电磁兼容性和噪声抑制等因素。
下面列出了一些高速电路PCB设计的方法和技巧：
1. 确定信号完整性要求：根据设计要求和信号频率，确定信号完整性要求，如信号的上升/下降时间、功率边缘、噪声容限等。
2. 选择适当的材料：选择适当的PCB材料，比如具有较低介电常数和损耗因子的高频层压板材料，以提高信号完整性。
3. 排布设计：在PCB布局设计中，将信号线和地线层紧密地排布在一起，以降低传输延迟。
同时，尽量避免信号线交叉和平行布线，以减小串扰干扰。
4. 使用差分信号线：对于高速信号，采用差分信号线可以减少干扰和噪声。
差分信号线需要保持匹配长度和间距，并使用差分对地层。
5. 引脚分布：将相关的信号和地线引脚布局在相邻位置，并使用直接和短的连接，以减小传输延迟。
6. 电源和地线：在PCB设计中，电源和地线是非常重要的。
为了提高电源供应的稳定性和降低噪声，采用分层设计，并保持电源和地线的低阻抗连通。
7. 规避回流路径：设计中应尽量避免信号流经大电流回流路径，以降低电磁干扰。
8. 耦合和终端阻抗：为了提高信号的传输质量，需要合理设计耦合和终端阻抗，并在设计中考虑到信号的反射和幅度损耗。
9. 电磁兼容性：在PCB设计中，应遵循电磁兼容性规范，使用恰当的屏蔽和过滤技术，以减少电磁辐射和敏感性。
10. 仿真和调试：在最终的PCB设计中，使用仿真工具来验证信号完整性和电磁兼容性，并在实际测试中进行调试和优化。
以上是一些高速电路PCB设计的方法和技巧，设计人员可以根据实际需求和设计要求来选择和应用。
高速pcb设计规则
高速pcb设计规则
高速PCB设计规则是指在设计PCB时需要遵循的一系列规则和原则，以确保信号传输的质量和稳定性。
高速 PCB 的设计需要考虑多
种因素，如信号传输速度、信号波形、传输距离、干扰等等。
以下是一些常见的高速 PCB 设计规则：
1. 避免信号线的走线路径过长，尽可能缩短信号线的长度，以
减小信号传输延迟和损耗。
2. 保证信号线之间的距离足够大，以避免互相干扰，同时也能
降低信号串扰的风险。
3. 使用合适的层次结构设计，尽可能将信号线和电源线分离，
以减少干扰和噪声。
4. 在 PCB 的布线中，保证地线和供电线的宽度足够宽，以确保稳定的供电和地面连接。
5. 在 PCB 的布线中，避免过多的弯曲或拐角，以减小信号传输中的损失和延迟。
6. 选用合适的 PCB 材料和厚度，以满足高速信号传输的需求。
7. 注意 PCB 的电磁兼容性，通过合理的布线和屏蔽来减少干扰。
以上是高速 PCB 设计中的一些基本规则，但实际上，高速 PCB 的设计涉及的方面非常广泛，需要根据具体的应用场景来进行设计。
为了保证高速 PCB 的质量和可靠性，需要有专业的技术人员进行设
计和测试。
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邵小桃电磁兼容和PCB设计Chp8.pptx
保护镶边
保护带连接到板边沿
CPU
保护带
地通过从保护带连接到板内地面或机壳地
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6. ESD常见问题与改进
（1）屏蔽机箱： 完整的屏蔽机箱能够消除静电放电的影响。 如果机箱上的缝隙或空洞不可避免，可加屏蔽挡板
ESD
ESD 屏蔽层
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（2）信号地与机箱单点接地，接地点选择在电缆入口 处。
• 信号线必须尽可能的靠近地线，地平面，OV参考面和 它们的关心的电路。
• 在电源和地之间使用具有高的自谐振频率，尽可能低的 ESL 和 ESR旁路电容.
• 保持走线长度越短越好，将天线耦合减到最小程度。
• 在PCB板的顶层和底层没有元件或电路的区域，尽可能 多的加入地平面。
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• 在ESD 敏感元件和其它功能区之间，加入保护带或 隔离带。
100倍。 • 回路面积尽可能小，包括信号回路和电源回路。ESD
电流产生磁影响。 • 在功能板顶层和底层上设计3.2mm的印制线防护环，
防护环不能与其它电路连接。
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• 走信号线靠近低阻抗0V 参考地面 如图示：
Devic e
信号线
+5V GND
Poor
Devic e
+5V
Devic
0.6
4.5
12.3
12.3
4.8
0.3
聚脂/人造丝
（65%/35%） 4.2 8.4 19.2 17.1 4.8
1.2
聚脂/棉 （65%/35%）
14.1
15.3
12.3
7.5
14.7
13.8
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高速电路板的设计方法介绍
高速电路板的设计方法介绍高速电路板的设计方法介绍一、引言高速电路板的设计是现代电子设备设计中的一个重要环节。
随着数字通信、计算机网络和移动通信的迅猛发展，高速电路板的需求也越来越迫切。
在高速电路板设计过程中，如何保证信号传输的稳定性和可靠性是一个非常重要的问题。
本文将介绍一些高速电路板的设计方法，以帮助读者更好地进行高速电路板设计。
二、高速电路板的特点高速电路板的特点是信号频率高、传输速度快、信号波形陡峭。
这些特点造成了以下几个问题：1. 信号完整性：由于信号传输速度快，信号波形陡峭，会导致信号完整性问题，例如信号的反射、串扰、时钟抖动等。
这些问题都会影响信号的传输稳定性，因此需要采取一系列措施来解决。
2. 电磁兼容性：高速电路板上的信号传输往往伴随着电磁辐射和敏感度，因此需要采取一系列电磁屏蔽和抑制方法来保证电磁兼容性。
3. 导线长度和走线布局：在高速电路板设计中，导线长度和走线布局的合理安排对信号传输有很大的影响。
合理的布局可以减小信号传输的延迟和串扰，保证信号的传输稳定性。
三、高速电路板设计的方法1. 信号完整性设计方法：（1）端口匹配：由于高速信号传输速度快，对于驱动输出和接收输入端口的匹配非常重要。
可以通过匹配控制阻抗和使用差分信号传输等方式来提高信号完整性。
（2）布线规则：在布线过程中，需要考虑信号线的走向、长度和层次。
可以采用等长电平、分层布线、减小串扰等方法来提高信号完整性。
（3）控制信号源：信号源的波形和电平控制也是保证信号完整性的重要因素。
需要通过合理的设计来减小信号的反射和串扰。
2. 电磁兼容性设计方法：（1）屏蔽和抑制：可以通过采用屏蔽盒、层间屏蔽、电磁屏蔽材料等方式来减小电磁辐射。
同时，还可以采用电源捶击器、衰减器等抑制器件来减小敏感度。
（2）地线设计：地线是高速电路板设计中的一个重要因素，合理的地线设计能减小电流回路的环路面积，降低电磁辐射。
（3）滤波器设计：可以在高速电路板上增加一些滤波器来减小电磁辐射和敏感度。
《PCB电磁兼容设计》课件
合理的PCB布局与布线可以有效降低电磁干扰和提高设备的电磁敏感性。
03 PCB电磁兼容性设计方法
CHAPTER
接地设计
接地方式选择
根据电路需求选择合适的接地方式，如单点接地 、多点接地等。
接地线宽与长度
信号完整性设计
信号线宽与间距
根据信号速率和传输需求，合理设置信号线 的宽度和间距。
信号反射与串扰
通过优化信号端接方式和布局，减小信号反 射和串扰的影响。
信号完整性仿真
利用仿真工具对信号完整性进行评估和优化 。
屏蔽与滤波技术
屏蔽方式选择
根据电磁干扰源和敏感设备的特性，选择合适的屏蔽 方式。
滤波器设计
元器件的集成化程度越来越高， 导致PCB上电流和电压的急剧变 化，加剧了电磁干扰的产生。
接地设计复杂化
接地设计对于PCB电磁兼容性至 关重要，但随着电路的复杂化， 接地设计也变得越来越复杂，需 要综合考虑多种因素。
PCB电磁兼容性标准与规范
01
国际标准
如IEC 61000系列标准，主要涉 及电磁干扰的发射和敏感度要求 。
国际合作与标准化进展
国际合作
全球范围内的科研机构和企业正在加 强合作，共同研究和制定PCB电磁兼 容性的国际标准，推动行业的发展和 进步。
标准化进展
国际电工委员会（IEC）等标准化组织 正在制定和完善PCB电磁兼容性相关 的标准，这些标准将为PCB的设计、 生产和测试提供更加明确的指导。
未来研究方向与挑战
03
波、接地等。
电磁场与电路相互作用
电磁场与电路的相互作用是电 磁兼容性的核心问题之一。
高速电路PCB设计实践
在电源入口处加装滤波器，减小电源噪声 对电路的影响。
05
CATALOGUE
高速电路PCB设计实践中的常见问题与解 决方案
PCB设计中阻抗匹配问题
总结词
阻抗匹配是高速电路PCB设计中需要重点关注的问题，它直接影响到信号传输的质量。
详细描述
阻抗匹配是指在传输线中，输入阻抗与输出阻抗相等，从而保证信号的无损传输。在高速 电路PCB设计中，如果阻抗不匹配，会导致信号反射、失真甚至信号传输失败。
层叠设计
层叠设计对于高速电路PCB的信号完整性和电磁兼容性具有重要影 响，必须根据实际需求进行合理设计。
02
CATALOGUE
高速电路PCB设计流程
需求分析
确定设计目标
明确电路的功能需求、性能指标和限 制条件，如工作频率、信号完整性、 电源质量等。
确定设计规范
遵循行业标准和设计规范，确保设计 的可行性和可靠性。
电磁兼容性的影响因素
元件布局
元件布局的合理与否直接影响电流和 电压的分布，进而影响电磁辐射和电 磁感应。
信号线设计
信号线的宽度、长度、层数以及布线 方式等都会影响信号的传 计的好坏直接影响到电路的稳定性和 电磁兼容性。
电源线设计
电源线的阻抗和电感等参数对电路的 稳定性和电磁兼容性有重要影响。
信号反射是指信号在传输线中遇到阻抗突变时，部分信号能量反射回源
端的现象。这会导致信号幅度减小、波形失真，甚至产生振荡。
03
解决方案
为了减小信号反射，需要合理规划PCB走线的长度和端接元件的阻抗，
以及使用适当的信号源和接收器匹配电路。此外，可以采用终端电阻、
源端串联电阻等方法来减小反射。
PCB设计中串扰问题
PCB电磁兼容设计
PCB电磁兼容设计随着计算机技术与电子技术的不断进步，电子产品的应用越来越广泛。
而电子产品的高频信号、数字信号、模拟信号等，都会产生电磁辐射和电磁干扰，这些干扰会对周围的电子设备产生影响。
因此，为确保电子产品的正常工作，必须进行电磁兼容性设计。
本文将介绍 PCB电磁兼容设计的相关内容。
一、电磁兼容设计的重要性当今社会中，众多电子设备之间相互影响，并产生各种互相干扰的现象。
若不进行电磁兼容性设计，电子产品之间的相互干扰就会不断加剧。
此外，还会导致电子产品的性能下降，寿命缩短，或者干脆无法使用。
因此，电磁兼容设计变得至关重要。
二、电磁兼容设计的基本原则（一）信号屏蔽对于高频信号、模拟信号和数字信号，我们可以通过信号屏蔽来降低电磁辐射和电磁干扰。
在 PCB设计中，我们可以选用屏蔽罩、屏蔽固定件、屏蔽膜等材料，将原本散发的信号封闭在内部，从而实现信号屏蔽的效果。
（二）减少反射PCB板内部导线上，如果出现反射问题，会带来不良的影响，并造成信号丢失。
为了解决此问题，我们可以使用阻抗匹配的方法，将信号完全传递到下一个接收器或驱动器上。
（三）尽量减少 PCB板上的环路在 PCB设计中，我们应尽可能减少 PCB板上的布线环路。
环路会使电磁波形成闭合回路，从而导致电磁场的集中，并增强电磁场的辐射。
三、电磁兼容设计的具体操作方法以下将介绍 PCB电磁兼容设计的具体操作方法：（一）分离电源与信号地将电源与信号地分开，可以减少电池或其他电源的电流干扰，并降低 PCB板上的环路。
（二）注重布线布线对电磁兼容性极其重要。
我们应尽可能减少线路的长度，缩小信号之间的距离，以及使敏感线距离参考地面、机壳等金属不发生贴近。
如果需要引出较长的信号线路，选用均布阻抗线路是个不错的选择。
（三）选择适当的 PCB材料PCB制造材料也是影响电磁兼容的重要因素。
选用合适的 PCB 材料，可以提高电路板的电磁兼容性能。
（四）验证实验视频学习这个过程需要准备的：1、第一部分学习视频资源（拍摄的U 视频） 2、第二部分学习视频资源（教师的课程）3、第一部分检测视频资源（学生自己拍摄的）4、第二部分检测视频资源（教师自行准备）在进行 PCB电磁兼容性设计后，为了验证其效果是否合格，我们可以进行验证实验。
PCB电磁兼容技术——实践设计
2
概述
Xi’an Action Electronics Co.， Ltd.
电磁兼容（EMC:Electromagnetic Compatibility） 电磁兼容是一门新兴的综合性学科，主要研究电磁干扰和抗
干扰的问题，即研究在同一电磁环境下工作的各种电气电子系统、 分系统、设备和元器件如何正常工作、互不干扰，进而达到兼容 的状态。
爱科电子
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电容的选择
爱科电子
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去耦电容的放置
爱科电子
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实际电容器的特性
爱科电子
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爱科电子
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实际电感的应用选择
实际电感的工作频段选择
实际电感的应用选择必须同时兼顾较小的电感量波动 (△L)与较高的品质因素Q，右图阴影区为工作选择频段，其 右侧 L变化剧增，而其左侧则Q值偏小。 什么是Q值？
爱科电子
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爱科电子
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Xi’an Action Electronics Co.， Ltd.
电容的选择
z 有一个惯例就是并行使用两个去耦电容。这种做法可以减少更 大频宽的由电源引起的开关噪声。在抑制由有源器件开关时产 生的射频电流方面，多个并行去耦电容可以提升6dB的作用。多 个去耦电容不只是提供一个更大频宽的分配，它们还可以提供 更大的引线宽度来降低导线电感，更大的提升去耦作用。两个 并行电容的取值应当不同，相差两个数量级左右，比如说0.1uF 和0.001uF 的两个并行去耦电容, 来获得更好的去耦效应。
高速PCB电磁兼容性设计
１ 电磁 干 扰 的产 生 原理
在 高频 条件 下 ， 通 的点对 点布 线 已不 能有 普 效 地传输 信 号 。毗 连 参 考 板 的走 线 就 形 成 简单 的传输 线 。与普 通 的点对 点 布线相 比 ， 传输 线 的 电磁辐射 小 ， 于高速 信号 的传 输 。高速数 字 信 利 号 利用传 输 线进行 传输 时 ， 时域 中产生 时变 电 在 流 ， 频 域 中我 们 把 这 种 时 变 电 流 看 作 射 频 在
０ 引 言
电磁兼 容性 指 的 是一 个 产 品和 其 他 产 品 共 存 于特 定 的电磁 环境 中 ， 而不会 引起 其他 产 品或 者 自身 性 能下 降 或 损 坏 的 能力 。随着 半 导 体 技 术 的飞 速发展 ， 印刷 电路 板 （ Ｃ ） Ｐ Ｂ 中高 速数 字 器 件 的应 用越来 越 多 ， 而使 电子设 备 面 Ｉ 电磁 从 临的 环境越 来越 复杂 ， 电磁 兼容 性 已引起 人们 越来 越
关键词 ： 电磁兼容性 ； 射频电流回路 ； 串扰
中 图分 类号 ： Ｎ ３ Ｔ ０
文献标 识 码 ： Ｂ
文章 编号 ： Ｎ ２１１（０７０—０５ ３ Ｃ ３—４３２０ ）２０５— ０
Ｅｌｃ ｒ ｍ ａ ｎ ｔｃ Ｃｏ ｅ ｔｏ ｇ ｅ ｉ ｍｐａ ｉ ｉｉｙ Ｄｅ ｉ ｎ ｉ ｉｈ ｓ ｅ ｄ ＰＣＢ ｔｂ ｌｔ ｓｇ ｎ Ｈ ｇ — ｐ ｅ
根 据麦 克斯 韦方 程可 知 ， 时变 电流既产 生 电
场也 产生 磁 场 。 因此 射 频 能 量 由 电场 和磁 场 通 过 辐射 和传导 的方 式存 在 于 Ｐ Ｂ中 。由安 培定 Ｃ 律 我们 知道 ， 频 电 流 从 源 通 过 传 输线 流 到 射 负 载 ， 图 １ 从 负 载 到源 的射 频 电流 ｚ回流 路 如 ， 径 也必 须存 在 ， 则 电路不 会工 作 。 由于传输 线 否
高速DSP系统的电路板级电磁兼容性设计-设计应用
高速DSP系统的电路板级电磁兼容性设计-设计应用0 引言印制线路板(PCB)提供电路元件和器件之间的电气连接，是各种电子设备基本的组成部分，它的性能直接关系到电子设备质量的好坏。
随着电子技术的发展，各种电子产品经常在一起工作，它们之间的干扰越来越严重，所以电磁兼容问题成为一个电子系统能否正常工作的关键。
同样，随着PCB的密度越来越高，PCB设计的好坏对电路的干扰及抗干扰能力影响很大。
要使电子电路获得性能，除了元器件的选择和电路设计之外，良好的PCB布线在电磁兼容性中也是一个非常重要的因素。
随着高速DSP技术的广泛应用，相应的高速DSP的PCB设计就显得十分重要。
由于DSP是一个相当复杂、种类繁多并有许多分系统的数、模混合系统，所以来自外部的电磁辐射以及内部元器件之间、分系统之间和各传输通道间的串扰对DSP及其数据信息所产生的干扰，已严重地威胁着其工作的稳定性、可靠性和安全性。
据统计，干扰引起的DSP事故占其总事故的90％左右。
因此设计一个稳定、可靠的DSP系统，电磁兼容和抗干扰至关重要。
1 DSP的电磁干扰环境电磁干扰的基本模型由电磁干扰源、耦合路径和接收机3部分组成，如图1所示。
电磁干扰源包含微处理器、微控制器、静电放电、瞬时功率执行元件等。
随着大量高速半导体器件的应用，其边沿跳变速率非常快，这种电路可以产生高达300 MHz的谐波干扰。
耦合路径可以分为空间辐射电磁波和导线传导的电压与电流。
噪声被耦合到电路中的简单方式是通过导体的传递，例如，有一条导线在一个有噪声的环境中经过，这条导线通过感应接收这个噪声并且将其传递到电路的其他部分，所有的电子电路都可以接收传送的电磁干扰。
例如，在数字电路中，临界信号容易受到电磁干扰的影响；模拟的低级放大器、控制电路和电源调整电路也容易受到噪声的影响。
2 DSP电路板的布线和设计良好的电路板布线在电磁兼容性中是一个非常重要的因素，一个拙劣的电路板布线和设计会产生很多电磁兼容问题，即使加上滤波器和其他元器件也不能解决这些问题。
高速系统PCB设计中的几个关键问题
在高速系统设计 中 ， 随着 系统速 度和布线 密度的不 断提 高， 从而产生的一 系列设计 问题 ， 信号完 整性 （ Ｉ 、 如 ｓ） 串扰 、
电磁兼容性 （ ＭＣ 等也变得越来越突 出， Ｅ ） 这些都给硬件设计 带来 了很大的挑 战 ， 因为许 多从 理论 角度 看来正 确 的设计 ， 在实际 Ｐ Ｂ设计 过程中如果处理不 当， Ｃ 就会 导致 整个设计失 败。据 预测 ， 在未来 的硬件 电路 设计 开销方 面 ， 电路 功能设 计的开销将大 为缩 减 ， 而与高速设计相 关的开销 将 占总 开销 的 ８ ％甚 至更 多 ， ０ 高速 问题 已成为 系统设计 能否成 功的重要 因素之一 ｊ 。因此深入研究 高速系 统 Ｐ Ｂ设计具有 重要 的 Ｃ 意义。高速系统设计一 般采用多层板结构 ， 这样 的结构 能够
数字 电源
一 一
模拟 电源
图 １ 无 源 滤 波 的方 法
＋Ｖ
使电源层 和接地层紧密耦合 ， 利于减 小电源／ 噪声 ， 有 地 减少
Ｅ 辐射 。另外 ， ＭＩ 由于每 一层 信号线 都 靠着 铜箔 ， 可以严 格 控制走线的阻抗 ， 很好 地解决 信号 回路 问题 ， 并 也提 高 了电
磁珠在低 频时阻抗很低 ， 而在高 频时 阻抗 很高 ， 以抑制 高 可
频干扰 ， 从而滤 除数字 电路 的噪声 。这种方 式结 构简 单 ， 能 满足大多数应用 的要求 ； 另一 种是 采 用 多路稳 压 器 的方 法 （ 如图 ２ ， ） 该方法能提供更好 的去耦效 果 ， 电路复 杂 ， 本 但 成
王 成 军 王 立 华 一
ＷＡＮＧ Ｃｈｅ ｇ ｎ ＷＡＮＧ — ａ ｎ Ｌｉｈｕ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｗ ｉ ｈ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔｏ ｃ ｏ～ｅ ｅ ｔｏ ｉｓ ｔｃ ｎ ｑ ｅ，ａ ｄ ｔｅ ａ ｐ ｉａ ｉｎ ｏ Ｓ ， ｈ ｅ ｉｎ ｓｒ ｃ ｔ ｔ ｅ ｄ ｖ ｌｐ ｎ ｆｍｉｒ ｈ ｌｃ ｒ ｎｃ ｅ ｈ ｉ ｕ ｎ ｈ ｐ ｌ ｔ ｆＶＬ Ｉ ｔ ｅ ｄ ｓｇ ｃ ｏ ｍｅ ｈ ｄ ｆ ｉｈ ｓ ｅ ｄ ｓ ｓｅ ｅ ｏ ｓｍｏ ｅ ａ ｄ ｍｏ ｅ ｉ ｏ ｔ ｎ ．Ｔ ｅ ｅ ｆ ｅ ｍａ ｙ ｄ ｆ ｒ ｎ ｅ ｎ Ｐ Ｂ ｄ ｓｇ ｅ ｔｏ ｓ ｏ ｇ ｐ ｅ ｙ ｔ ｍｓｂ ｃ ｍｅ ｒ ｎ ｒ ｍｐ ｒａ ｔ ｈ ｒ ￣ ｎ ｉ ｅ ｅ ｃ ｓ ｉ Ｃ ｅ ｉｎ ｂ — ｈ ｌ ｒ
PCB设计中应考虑的电磁兼容问题
PCB设计中应考虑的电磁兼容问题什么是电磁兼容(EMC)问题在电子设备中，不同的电路之间、设备内部、以及设备与外部环境之间都会存在电磁干扰。
电磁兼容（EMC）问题指的是电子设备在使用时出现不合格的电磁场辐射和敏感度，导致电子设备的工作受到影响，从而影响到电磁环境和设备的性能。
EMC问题主要分为两种情况：一是电磁辐射（Electromagnetic Radiation）问题，即电子设备由于各种干扰源而引起的电磁辐射。
二是电磁敏感度（Electromagnetic Sensitivity）问题，即电子设备对外部电磁场的敏感度。
PCB设计中的EMC问题在PCB设计中，作为电子设备的基础，会涉及到许多和电磁兼容相关的问题。
下面，我们将列举一些需要在PCB设计中考虑的电磁兼容问题。
1. 线路走线在PCB设计中，线路走线是非常重要的一环，需要保证线路的排布合理、减小线路长度和面积面积等。
其中，关于线路长度的设定需要结合设计中的时序和噪声容限计算，以减缓电磁辐射和电磁干扰。
2. 电源系统设计电源系统在PCB电路中起到非常重要的作用，需要结合整个电路进行优化。
首先需要保证整个电路的接地系统合理，其中最重要的是要抑制地干扰。
另外，需要对电源线路进行滤波器的设置，来过滤掉电源线路中的高频干扰，并确保低噪声、高能效的电源系统。
3. 信号连接信号连接是PCB设计中的关键，需要考虑使用恰当的信号线、电容器、阻抗匹配等，以降低电磁干扰和提高信噪比。
常用的信号连接方法有“相邻层接地”、“信号层分离”等。
4. PCB板的堆叠方式在PCB设计中，需要特别考虑到板的堆叠方式。
通常情况下，需要将高速信号层和地层尽可能靠近，并且采用严格的分区规划，以降低电磁干扰和电磁辐射的影响。
5. PCB板尺寸和形状设计PCB板的尺寸和形状也会影响到电磁兼容性的问题。
通常情况下，需要在设计时遵循以下原则：尽量采用满尺寸、正方形的PCB板，从而减小板的形变和缺陷；同时需要在板的四周设置地线和滤波电容，以降低干扰和向外辐射的电磁波。
PCB的电磁兼容设计
PCB的电磁兼容设计引言在现代电子设备中，PCB（Printed Circuit Board，印刷电路板）是一个关键的组成部分。
PCB的设计直接影响电子设备的性能和可靠性，其中电磁兼容性是一个非常重要的设计考虑因素。
PCB的电磁兼容设计旨在确保电子设备在电磁环境中能够正常工作并避免电磁干扰的问题。
本文将介绍PCB设计中的电磁兼容原则和技巧。
PCB的电磁兼容设计原则为了确保PCB的电磁兼容性，设计人员应遵循以下原则：1. 路线布局布局PCB时，应尽量避免高速信号与敏感信号之间的交叉路径。
通过合理规划信号线的走向，可以减少信号之间的相互干扰。
此外，还应注意将模拟和数字信号分开布局，以防止互相干扰。
2. 接地设计良好的接地设计对于PCB的电磁兼容性至关重要。
合理布置接地层、增加接地钳子和使用分立接地域等方法可以减少信号的共模干扰和电磁辐射。
3. 单板层次分离在多层PCB设计中，通过将系统模块分布在不同的层次上可以减少相互之间的干扰。
例如，将功率模块与信号模块分开布局，可以有效减少信号的串扰和电磁辐射。
4. EMI（Electromagnetic Interference）滤波在设计中使用合适的EMI滤波器可以减少电磁干扰的问题。
EMI滤波器通常用于滤除高频电磁干扰信号，可以降低电磁辐射和对其他设备的干扰。
5. PCB材料选择PCB的电磁兼容性也与材料的选择有关。
选择具有良好电磁屏蔽性能的材料可以减少电磁辐射和对外界电磁干扰的敏感性。
PCB的电磁兼容设计技巧除了以上原则，还可以采用一些技巧来提高PCB的电磁兼容性。
1. 管理信号走线路径合理管理信号走线路径可以最大程度地减少信号之间的串扰和辐射。
高速信号应尽量避免与敏感信号交叉走线，并且应尽量减少信号线的长度。
2. 使用电磁屏蔽罩对于特别敏感的模块或电路，可以在其周围设计电磁屏蔽罩来阻隔外界电磁干扰。
电磁屏蔽罩通常用金属材料制作，并与接地层连接以提供良好的屏蔽效果。
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4.特性阻抗问题(3)
表面微带线模型结构如图所示 其阻抗特性公式为：
差分信号，其特性阻抗Zd iff修正公式为：
4.特性阻抗问题(4)
0
Zs
Vi (1+ρ)Vi 0
VS
Z0
Zt
Zt Z 0
➢回流噪声：地层被分割为数字地、模拟地、屏蔽地等，当数字
信号走到模拟地线区域时，就会产生地平面回流噪声。
➢断点：是信号线上阻抗突然改变的点。
4. 电源完整性问题-地面分割
模拟地
模拟地
数字地
单点连接
数字地
地线桥连接
4. 电磁兼容（EMC）
包括电磁干扰和电磁抗干扰 ， EMC设计规则有： ➢20H规则 . ➢接地面处理 ➢混合信号PCB的分区设计 ：第一个原则是尽可能减小电流环路
响应曲线
Z
f
Z f
Z f
Z f
变压 器
Z f
4.特性阻抗问题(1)
特性阻抗
考虑电磁波和有关方波传播， 原来简单的导线，逐渐转变成 高频与高速类的复杂传输线。
只考虑杂散分布的串联 电感和并联电容的效应， 会得到以下公式：
4.特性阻抗问题(2)
影响PCB走线特性阻抗的因素主要有： ➢铜线的宽度和厚度 ➢介质的介电常数和厚度 ➢焊盘的厚度 ➢地线的路径、周边的走线等。
4. PCB设计的问题－过孔
4. PCB设计的问题－过孔的处理
过孔（via）：
过孔可以分成两类：一是用作各层间的电气连接； 二是用作器件的固定或定位。
从工艺制程上来说，这些过孔一般又分为三类，即 盲孔(blind via)、埋孔(buried via)和通孔(throu gh via)。
设计原则：过孔越小越好，这样板上可以留有更多的 布线空间，此外，过孔越小，其自身的寄生电容也越 小，更适合用于高速电路。
4. 信号完整性问题－串扰的产生
感应电流
Vnoise Lm didriver dt
4. 电源完整性问题
电源完整性PI ：
➢电子噪声：电子线路中某些元器件产生的随机起伏的电信号
➢地弹噪声：强度也取决于集成电路的I/O特性、PCB板电源层和
地平面层的阻抗以及高速器件在PCB板上的布局和布线方式。负载电 容的增大、负载电阻的减小、地电感的增大、同时开关器件数目的增 加均会导致地弹的增大。
4. PCB设计的问题－过孔的寄生电容
已知过孔在铺地层上的隔离孔直径为D2,过孔焊盘的直 径为D1,PCB板的厚度为T,板基材介电常数为ε,则过孔 的寄生电容大小近似于：
C=1.41*ε*T*D1/(D2-D1)
主要影响:延长了信号的上升时间，降低了电路的速度。
当T=50Mil,D1=20Mil，D2=32Mil，过孔内径d=10Mil
4. 信号完整性问题(2)
SI是个系统问题，以下是将问题的分解。
➢传输线效应分析：阻抗、损耗、回流…… ➢反射分析：过冲、振铃…… ➢时序分析：延时、抖动…… ➢串扰分析 ➢噪声分析：地弹、电源下陷…… ➢PI设计：确定如何选择电容、电容如何放置、PCB合适叠层方 式…… ➢PCB、器件的寄生参数影响分析 ➢ 端接技术等
过孔的寄生电容大致是：
C=1.41x4.4x0.050x0.020/(0.032-0.020)=0.517pF，引 起的上升时间变化量为：T10-90=2.2C(Z0/2)=2.2x0.517
x(55/2)=31.28ps
4. PCB设计的问题－过孔的寄生电感
h是过孔的长度，d是中心钻孔的直径，则其电感L为： L=5.08h[ln(4h/d)+1]
L=5.08x0.050[ln(4x0.050/0.010)+1]=1.015nH
如果信号的上升时间是1ns，那么其等效阻抗大小为： XL=πL/T10-90=3.19Ω。
5. 高速PCB的设计
在高速电路中，信号线对电源的影响：
5. 高速PCB的设计－终端匹配技术(SCRA TCHPAD)
单端信号的终端匹配技术通常包括：驱动端串行连接的终 端匹配技术，接收端并行连接的终端匹配技术、戴维南终 端匹配技术、AC终端匹配技术、二极管终端匹配技术
DIP封装：1：86
QFP封装：1:7.8
BGA封装：厚度比QFP减 少1/2以上重量减轻3/4 以上; 寄生参数减小信号 传输延迟小使用频率大 大提高
uBGA封装：1:4
CSP封装：1:1.1
MCM组件
2.制作PCB的基本流程
印刷电路板 内层线路 压 合 钻 孔
文字印刷 防焊绿漆
外层线路 二次铜
的面积；第二个原则是系统只采用一个参考面。
➢通过PCB分层堆叠设计 ➢降低EMI的机箱设计 ➢其它技术
4. 热设计
数字电路散热原理 散热处理
Tc＝Tj－P× RJC
4. PCB设计的问题
双面板/多层板选择问题：
➢最高工作频率 ➢电路系统的复杂程度 ➢组装密度的要求
如时钟频率超过200MHZ时，选用多层板； 如工作频率超过350MHz，选用以聚四氟 乙烯作为介质层的印制电路板：它的高频衰耗 要小；寄生电容要小；传输速度要快；还由于 Z0较大而省功耗。
4. PCB设计的问题－布线基本原则(1)
➢所有平行信号线之间要尽量留有较大的间隔以减少串 扰如果有两距较近的信号线最好在两线之间走一条接地 线这样可以起到屏蔽作用。
4. PCB设计的问题－布线基本原则(2)
➢设计信号传输线时要避免急拐弯以防传输线特性阻抗的 突变而产生反射要尽量设计成具有一定尺寸的均匀的圆 弧线
Zt Z 0
Zs
VS
Z0
Z0
当Zt＝Z0
0
4. 特性阻抗问题(5)
Zs
VS
Z0
ZtZ00Z01
ZtZ0 0Z0
Zs
VS
Z0
ZtZ0Z01
ZtZ0 Z0
4.信号完整性问题(1)
信号完整性SI ：指信号在电路中以正确的时序和电压作出响应的能力
信号完整性问题主要表现为5个方面：延迟、反射、串扰、 同步切换噪声和电磁兼容性。
镀通孔 一次铜
接点加工
成型切割
终检包装
3.目前的PCB软件
➢Protel ➢Orcad ➢Zuken ➢PowerPCB ➢Cadence
4. 硬件设计的问题
➢逻辑设计 ➢可靠性的设计
包括5个部分：特性阻抗、SI、PI、EMC、 热设计
元件在射频时的特性
元件 低频模型
导线 电阻 电容 电感
高频模型
6. PCB设计演示
D:\PADS2005\2005\Programs\pwrlogic. mdb
6. 基于Hyperlynx的信号完整性分析
分析信号：DSP_SDCLK, 长度为420mil
100MHz
180MHz
高速PCB设计
内容概要
➢器件封装知识 ➢制作PCB的基本流程 ➢目前的PCB软件 ➢PCB设计的基本问题 ➢高速PCB的设计 ➢PCB设计演示
1.器件封装－形式
目前常用的封装形式：
PDIP
SOP
QFP
PLCC
PG芯片面积与封装面积之比 ➢频率 ➢耐温性能 ➢重量减小 ➢可靠性提高 ➢使用更加方便