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印刷电路板PCB的电磁兼容性设计
时间:2009-09-26 2691次阅读【网友评论0条我要评论】  收藏
引言
电磁兼容(EMC)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,即产品和其他产品能够“和平共处”,彼此间的电磁干扰(EMI)不会影响产品的正常工作。
引起电磁干扰的原因是多方面的,主要可归结为过高的工作频率或不合理的布局布线。在高频化趋势不可避免的情况下,一个好的PCB设计,应着重从元器件布局、时钟电路设计、电源设计、接地设计、静电防护设计等方面进行综合考虑。
整体布局布线设计

整体布局是PCB设计的第一步,合理的布局不但可以增加PCB的视觉美感,还可以提高产品的电磁兼容水平,一般来说,器件的整体布局应遵循以下原则:
(1) 围绕各功能电路的核心元件进行布局,保证各元器件沿同一方向整齐、紧凑排列,易受干扰的元器件不能相邻布置,以防止信号间耦合;
(2) 处理敏感信号的元件要远离电源、大功率器件等,并且不允许敏感信号线穿过大功率器件,热敏元件应远离发热元件,温度敏感元件宜置于温度最低的区域;
(3) 加大具有高电位差元器件之间的距离,防止它们放电而引发短路,并可在无铅时代减少CAF (Conductive Anodic Filament)发生的可能性。同时,高电压元器件应尽量布设在调试时手不易触及的地方,并加以绝缘保护;
(4) 对于高频电路,推荐采用菊花链布线或星形布线,并且高速数字信号应布置在与地线相邻的信号层,并且信号线尽可能短;
(5) ,因此,减少过孔数量可显著提高运行速度。

相比于分立元件,集成电路元器件具有密封性好、焊点少、失效率低的优点,应优先选用。同时,选用信号斜率较慢的器件,可降低信号所产生的高频成分,充分使用贴片元器件能缩短连线长度,降低阻抗,提高电磁兼容性。另外,应优先选用供应渠道稳定的元器件,以确保生产加工的连续进行。
元器件布置时,首先按一定的方式分组,同组的放在一起,不相容的器件要分开布置,以保证各元器件在空间上不相互干扰。另外,重量较大的元器件应采用支架固定。

印制板大小应适当,太大,成本增加;太小,散热困难,且相邻线间易串扰。推荐的PCB形状为长宽比约3:2的矩形。
在时钟频率超过5MHz或上升时间小于5ns的高频电路中,使用多层板能大幅降低PCB体积和减小电环路面积,从而有效降低电磁干扰。PCB分层时要确保信号线有相邻完整的映像回流平面,同时,为方便电源解耦,电源层应紧邻地层且在地层下面。根据以上原则,对于四层板,推荐的分层方法为:信号层、地层、电源层、信号层。六层板推荐的分层方法是信号层、地层、信号层、电源层、地层、信号层。

PCB布线总的原则是先布时钟、敏感信号线,再布高速信号线,最后布一般的不重要信号线。
布线时,在总的原则前提下,还需考虑以下细节:
(1) 在多层板布线中,相邻层之间最好采用“井”字形网状结构;
(2) 减少导线弯折,避免导线宽度突变,为防止特性阻抗变化,信号线拐角处应设计成弧形或用45度折线连接;
(3) PCB板最外层导线或元器件离印制板边缘距离不小于2 mm,不但可防