PCB电路板EMC抗干扰设计

电路板的抗干扰设计

摘要：本文通过对ＰＣＢ板产生电磁幅射及受外来因素干扰原因的分析，阐述了ＰＣＢ印刷电路板抗干扰设计的思路、方法与技巧

关键词：抗干扰设计

一．引言

ＰＣＢ（印制电路板）是各种电子设备的重要组成部分，它的抗干扰能力如何直接关系到电子设备的可靠性。随着信息化社会的发展，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，电磁兼容问题也就成为一个电子系统能否正常工作的关键。而ＰＣＢ作为组成各种电子设备的基本部件，它的抗干扰能力问题就非常重要了。

二．常见的几种电磁干扰

提高ＰＣＢ印刷电路板的抗干扰能力，必须在干扰源和和传播途径上深入研究，找到相应的解决问题的办法。

ＰＣＢ印刷电路板设计中存在的电磁干扰有：

——传导干扰

——串音干扰

——辐射干扰。

产生干扰的根源是电路中电压或电流的变化。下面对几种电磁干扰的特性分别描述：

2.１．传导干扰

传导干扰主要通过导线耦合及共模阻抗耦合来影响其它电路。例如噪音通过电源电路进入某一系统，所有使用该电源的电路就会受到它的影响。

图１是噪音通过共模阻抗耦合的示意图，电路１与电路２共同使用一根导线获取电源电压和接地回路，如果其中一个电路的电压突然需要升高，那么另一电路必将因为

共用电源以及两回路之间的阻抗而降低。对于地回路也是如此。

2.2 ．串音干扰

串音干扰是由电容性干扰和电磁性干扰所引起的，是一个信号线

路干扰另外一邻近的信号路径。它通常发生在邻近的电路和导体上，用电路和导体的互容和互感来表征。例如，ＰＣＢ上某一带状线上载有低电平信号，当平行布线长度超过１０ｃｍ时，就会产生串音干扰。由于串音可

以由电场通过互容，磁场通

过互感引起，所以考虑ＰＣＢ带状线上的串音问题时，最主要的问题是确定电场（互容）、磁场（互感）耦合哪个是主要的。当源和接收器阻抗乘积小于３００时，耦合的主要是磁场；当源和接收器阻抗乘积大于１０００时，耦合的主要是电场；当源和接收器阻抗乘积在３００￣１０００之间时，则磁场或电场都可能成为主要耦合，这时取决于线路间的配置和频率。

2.3．辐射干扰

辐射干扰是由于空间电磁波的辐射而引入的干扰。ＰＣＢ中的辐射

干扰主要是电缆和内部走线间的共模电流辐射干扰。当电磁波照射到传输线上时，将出现场到线的耦合问题，沿线引起的分布小电压源可分解为共模（ＣＭ）和差模（ＤＭ）分量。共模电流指两导线上振幅相差很小而相位相同的电流，差模电流则是两导线上振幅相等而相位相反的电流。

为了减少电流辐射的干扰能量，应该根据预测或测量到的电磁波频率，并根据印制线的长度和其辐射频率的影响关系，合理的设计线路的长度，使其组成的共模天线

尺寸小于或不满足上面关系式。

三．提高ＰＣＢ印制版的抗干扰能力设计

为了提高电路、电子设备之间的抗干扰性能，对于ＰＣＢ印制板来说，可采取以下有益的措施。

3.１．ＰＣＢ的合理分层

单板由电源层、地层和信号层组成；层数也就是他们各自的数量总和。根据单板的电源、地的种类、信号线的密集程度、信号频率、特殊布线要求的信号数量、周边要素、成本价格等方面的综合因素来确定单板的层数。要满足ＥＭＣ的严格指标并且考虑制造成本，适当增加地平面是ＰＣＢ的ＥＭＣ设计最好的方法之一。

3.1.1单板电源层数

单板电源的层数由电源的种类、数量决定。对于单一电源供电的ＰＣＢ，只需一个电源平面；对于多种电源，如需互不交错，可考虑采取电源层分割；对于电源互相交错的单板，例如器件ＭＰＣ８２６０，需要多种电源供电，且互相交错，则必须

考虑采用两层或两层以上的电源平面。

3.1.2信号层数

通常来说，信号层数的确定由单板的功能决定。大多数有经验的ＣＡＤ工程师通常由ＥＤＡ软件提供布局、布线密度的参数报告，再结合板级工作频率、特殊布线要求的信号数量以及单板的性能指标与成本承受能力，来确定单板的信号层数。而从ＥＭＣ的角度，需要考虑关键信号（如

时钟、复位信号等）的屏蔽或隔离来确定是否增加单板层数。

3.2 ．层的布局原则

3.2.1 关键电源平面与其对应的地平面相邻

电源、地平面存在自身的特性阻抗，电源平面的阻抗比地平面阻抗高，将电源平面与地平面相邻可形成耦合电容，并与ＰＣＢ板上的去耦电容一起降低电源平面的阻抗，同时获得较宽的滤波效果。通过研

究发现，门的反转能量首先由电源与地平面之间的电容来提供，其次才由去耦电容决定。

3.2.2参考面的选择应优选地平面

电源、地平面均能用作参考平面，且有一定的屏蔽作用。但相对而言，电源平面具有较高的特性阻抗，与参考电平存在较大的电位差。从屏蔽角度考虑，地平面一般

均作接地处理，并作为基准电平参考点，其屏蔽效果远远优于电源平面。

3.2.3相邻层的关键信号不跨分割区

这样将形成较大的信号环路，产生强的辐射和敏感度问题。

3.2.4元件面下面有相对完整的地平面

对多层板必须尽可能保持地平面的完整，通常不允许有信号线在地平面上走线。当走线层布线密度太大时，可考虑在电源平面的边缘走线。

3.2.5合理布局各种信号线

电路板上的各种信号线也是电磁兼容较敏感的部位，因此也要合理布置。对于不相容信号，如高频信号与低频信号、数字信号与模拟信号、大电流信号与小电流信号，进行布置时一定要有间隔，以免产生相互干扰。另外信号线的形状要有分支，拐角不要走成９０°，否则会破坏导线特性阻抗的一致性，产生谐波与反射现象。一般都采用

４５°拐角或圆弧形拐弯。

3.2.6高频、高速、时钟等关键信号有一相邻地平面

这样设计的信号线与地线间的距离仅为线路板层间的距离，高频电路将选择环路面积最小的路径流动，因此实际的电流总在信号线正下方的地线流动，形成最小的信号环路面积，从而减小辐射。

3.2.7 在高速电路设计中，避免电源平面层向自由空间辐射能量

在这样的设计中，所有的电源平面必须小于地平面，向内缩进２０Ｈ（Ｈ指相邻电源、地平面间的介质厚度）。为了更好地实行２０Ｈ规则，就要使电源和地平面间的厚度最小。

3.3 ．单层板的布局原则

3.3.1元件面下面为地平面，提供器件屏蔽层以及为顶层布线提供参考平面；

3.3.2 所有信号层尽可能与地平面相邻；