Array|必须收入囊中的 PCB EMC 设计关键因素
除了元器件的选择和电路设计之外 ， 良好的印制电路板（PCB）设计在电磁兼容性中也是一个非常重要的因素 。PCB EMC设计的关键 ， 是尽可能减小回流面积 ， 让回流路径按照设计的方向流动 。
最常见返回电流问题来自于参考平面的裂缝、变换参考平面层、以及流经连接器的信号 。跨接电容器或是去耦合电容器可能可以解决一些问题 ， 但是必需要考虑到电容器、过孔、焊盘以及布线的总体阻抗 。
今天将从PCB的分层策略、布局技巧和布线规则三个方面 ， 聊聊EMC的PCB设计技术 。
01
PCB分层策略
电路板设计中厚度、过孔制程和电路板的层数不是解决问题的关键 ， 优良的分层堆叠是保证电源汇流排的旁路和去耦、使电源层或接地层上的瞬态电压最小并将信号和电源的电磁场屏蔽起来的关键 。
从信号走线来看 ， 好的分层策略应该是把所有的信号走线放在一层或若干层 ， 这些层紧挨著电源层或接地层 。
对于电源 ， 好的分层策略应该是电源层与接地层相邻 ， 且电源层与接地层的距离尽可能小 ， 这就是我们所讲的“分层”策略 。下面我们将具体谈谈优良的PCB分层策略 。
1、布线层的投影平面应该在其回流平面层区域内 。布线层如果不在其回流平面层地投影区域内 ， 在布线时将会有信号线在投影区域外 ， 导致“边缘辐射”问题 ， 并且还会导致信号回路面积地增大 ， 导致差模辐射增大 。
2、尽量避免布线层相邻的设置 。因为相邻布线层上的平行信号走线会导致信号串扰 ， 所以如果无法避免布线层相邻 ， 应该适当拉大两布线层之间的层间距 ， 缩小布线层与其信号回路之间的层间距 。
3、相邻平面层应避免其投影平面重叠 。因为投影重叠时 ， 层与层之间的耦合电容会导致各层之间的噪声互相耦合 。
02
多层板设计
时钟频率超过5MHz ， 或信号上升时间小于5ns时 ， 为了使信号回路面积能够得到很好的控制 ， 一般需要使用多层板设计 。在设计多层板时应注意如下几点原则：
1、关键布线层（时钟线、总线、接口信号线、射频线、复位信号线、片选信号线以及各种控制信号线等所在层）应与完整地平面相邻 ， 优选两地平面之间 ， 如图1所示 。关键信号线一般都是强辐射或极其敏感的信号线 ， 靠近地平面布线能够使其信号回路面积减小 ， 减小其辐射强度或提高抗干扰能力 。
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图1 关键布线层在两地平面之间
2、电源平面应相对于其相邻地平面内缩（建议值5H～20H） 。电源平面相对于其回流地平面内缩可以有效抑制“边缘辐射”问题 ， 如图2所示 。
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图2电源平面应相对于其相邻地平面内缩
此外 ， 单板主工作电源平面（使用最广泛的电源平面）应与其地平面紧邻 ， 以有效地减小电源电流的回路面积 ， 如图3所示 。
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图3 电源平面应与其地平面紧邻
3、单板TOP、BOTTOM层是否无≥50MHz的信号线 。如有 ， 最好将高频信号走在两个平面层之间 ， 以抑制其对空间的辐射 。
03
单层板和双层板设计
对于单层板和双层板的设计 ， 主要应注意关键信号线和电源线的设计 。电源走线附近必须有地线与其紧邻、平行走线 ， 以减小电源电流回路面积 。
单层板的关键信号线两侧应该布“Guide Ground Line” ， 如图4所示 。双层板的关键信号线地投影平面上应有大面积铺地 ， 或者同单层板地处理办法 ， 设计“Guide Ground Line” ， 如图5所示 。
关键信号线两侧地“保卫地线”一方面可以减小信号回路面积 ， 另外 ， 还可以防止信号线与其他信号线之间地串扰 。
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图4单层板的关键信号线两侧布“Guide Ground Line”
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图5 双层板的关键信号线地投影平面上大面积铺地
总的来说 ， PCB板的分层可以依据下表来设计 。
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