線路板EMC設(shè)計(jì)技術(shù)課件

線路板的EMC設(shè)計(jì)技術(shù)目錄基礎(chǔ)知識(shí)PCB分層設(shè)計(jì)PCB布局設(shè)計(jì)PCB布線設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)差模電流和共模電流在任何電路中都存在共模電流和差模電流。一般來(lái)說(shuō)差分模式信號(hào)攜帶數(shù)據(jù)或有用信號(hào)（信息）。共模模式是差分模式的負(fù)面效果?；A(chǔ)知識(shí)共模電流：大小不一定相等，方向（相位）相同,一地為回流。設(shè)備對(duì)外的干擾多以共模為主，差模干擾也存在，但是共模干擾強(qiáng)度常常比差模強(qiáng)度的大幾個(gè)數(shù)量級(jí)。外來(lái)的干擾也多以共模干擾為主，共模干擾本身一般不會(huì)對(duì)設(shè)備產(chǎn)生危害，但是如果共模干擾轉(zhuǎn)變?yōu)椴钅８蓴_，干擾就嚴(yán)重了，因?yàn)橛杏眯盘?hào)都是差模干擾。基礎(chǔ)知識(shí)差模輻射何共模輻射模型基礎(chǔ)知識(shí)總結(jié)：在線路板上抑制干擾的途徑有：1、減小差模信號(hào)回路面積；2、減小高頻噪聲電流（濾波、隔離及匹配）；3、減小共模電壓（接地設(shè)計(jì)）。PCB分層設(shè)計(jì)【設(shè)計(jì)原則】：時(shí)鐘頻率超過5MHz，或信號(hào)上升時(shí)間小于5ns時(shí)，一般需要使用多層板設(shè)計(jì)?！驹矸治觥浚翰捎枚鄬影逶O(shè)計(jì)時(shí)，信號(hào)回路面積能夠得到很好的控制。PCB分層設(shè)計(jì)【設(shè)計(jì)原則】：對(duì)于多層板，關(guān)鍵布線層（時(shí)鐘線、總線、接口信號(hào)線、射頻線、復(fù)位信號(hào)線、片選信號(hào)線以及各種控制信號(hào)線等所在層）應(yīng)與完整地平面相鄰，優(yōu)選兩地平面之間?！驹矸治觥浚宏P(guān)鍵信號(hào)線一般都是強(qiáng)輻射或極其敏感的信號(hào)線，靠近地平面布線能夠使其信號(hào)回路面積減小，減小其輻射強(qiáng)度或提高抗干擾能力。PCB分層設(shè)計(jì)【設(shè)計(jì)原則】：對(duì)于單層板，關(guān)鍵信號(hào)線兩側(cè)應(yīng)該布“GuideGroundLine”?！驹矸治觥浚宏P(guān)鍵信號(hào)線兩側(cè)地“保衛(wèi)地線”一方面可以減小信號(hào)回路面積，另外，還可以防止信號(hào)線與其他信號(hào)線之間地串?dāng)_。PCB分層設(shè)計(jì)【設(shè)計(jì)原則】：多層板中，電源平面應(yīng)相對(duì)于其相鄰地平面內(nèi)縮（建議值5H～20H）?！驹矸治觥浚弘娫雌矫嫦鄬?duì)于其回流地平面內(nèi)縮可以有效抑制“邊緣輻射”問題。PCB分層設(shè)計(jì)【設(shè)計(jì)原則】：布線層的投影平面應(yīng)該在其回流平面層區(qū)域內(nèi)?！驹矸治觥浚翰季€層如果不在其回流平面層地投影區(qū)域內(nèi)，在布線時(shí)將會(huì)有信號(hào)線在投影區(qū)域外，導(dǎo)致“邊緣輻射”問題，并且還會(huì)導(dǎo)致信號(hào)回路面積地增大，導(dǎo)致差模輻射增大。PCB分層設(shè)計(jì)【設(shè)計(jì)原則】：在多層板中，單板TOP、BOTTOM層是否無(wú)≥50MHz的信號(hào)線。【原理分析】：最好將高頻信號(hào)走在兩個(gè)平面層之間，以抑制其對(duì)空間的輻射。PCB分層設(shè)計(jì)【設(shè)計(jì)原則】：在單層板中，電源走線附近必須有地線與其緊鄰、平行走線?！驹矸治觥浚簻p小電源電流回路面積。PCB分層設(shè)計(jì)【設(shè)計(jì)原則】：在雙層板中，電源走線附近必須有地線與其緊鄰、平行走線。【原理分析】：減小電源電流回路面積。PCB分層設(shè)計(jì)【設(shè)計(jì)原則】：在分層設(shè)計(jì)時(shí)，盡量避免布線層相鄰的設(shè)置。如果無(wú)法避免布線層相鄰，應(yīng)該適當(dāng)拉大兩布線層之間的層間距，縮小布線層與其信號(hào)回路之間的層間距?！驹矸治觥浚合噜彶季€層上的平行信號(hào)走線會(huì)導(dǎo)致信號(hào)串?dāng)_。PCB分層設(shè)計(jì)推薦分層設(shè)計(jì)：層數(shù)123456789104S1G1P1S26S1G1S2P1G2S36S1G1S2S3P1S48S1G1S2G2P1S3G3S48S1G1S2P1G2S3P2S410S1G1S2P1S3G2P2S4G3S510S1G1S2S3G2P1S4S5G3S6PCB布局設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)PCB分層設(shè)計(jì)PCB布局設(shè)計(jì)PCB布線設(shè)計(jì)關(guān)鍵電路EMC設(shè)計(jì)附錄PCB布局設(shè)計(jì)【設(shè)計(jì)原則】：PCB布局設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分遵守沿信號(hào)流向直線放置的設(shè)計(jì)原則，盡量避免來(lái)回環(huán)繞?！驹矸治觥浚罕苊庑盘?hào)直接耦合，影響信號(hào)質(zhì)量。PCB布局設(shè)計(jì)【設(shè)計(jì)原則】：當(dāng)線路板上同時(shí)存在高、中、低速電路時(shí)，應(yīng)該遵從下圖中的布局原則?！驹矸治觥浚罕苊飧哳l電路噪聲通過接口向外輻射。PCB布局設(shè)計(jì)【設(shè)計(jì)原則】：存在較大電流變化的單元電路或器件（如電源模塊的輸入輸出端、風(fēng)扇及繼電器）附近應(yīng)放置儲(chǔ)能和高頻濾波電容?！驹矸治觥浚簝?chǔ)能電容的存在可以減小大電流回路的回路面積。PCB布局設(shè)計(jì)【設(shè)計(jì)原則】：線路板電源輸入口的濾波電路應(yīng)應(yīng)靠近接口放置?！驹矸治觥浚罕苊庖呀?jīng)經(jīng)過了濾波的線路被再次耦合。PCB布局設(shè)計(jì)【設(shè)計(jì)原則】：如果接口處既有濾波又有防護(hù)電路，應(yīng)該遵從先防護(hù)后濾波的原則。【原理分析】：防護(hù)電路用來(lái)進(jìn)行外來(lái)過壓和過流抑制，如果將防護(hù)電路放置在濾波電路之后，濾波電路會(huì)被過壓和過流損壞。PCB布局設(shè)計(jì)【設(shè)計(jì)原則】：布局時(shí)要保證濾波電路（濾波器）、隔離以及防護(hù)電路的輸入輸出線不要相互耦合。【原理分析】：電路的輸入輸出走線相互耦合時(shí)會(huì)削弱濾波、隔離或防護(hù)效果。PCB布局設(shè)計(jì)濾波器件的布局。濾波器件并排放置，以防止濾波后的電路被再次干擾。濾波器件并排放置PCB布局設(shè)計(jì)【設(shè)計(jì)原則】：?jiǎn)伟迳先绻O(shè)計(jì)了接口“干凈地”，則濾波、隔離器件應(yīng)放置在“干凈地”和工作地之間的隔離帶上。【原理分析】：避免濾波或隔離器件通過平面層互相耦合，削弱效果。PCB布局設(shè)計(jì)【設(shè)計(jì)原則】：“干凈地”上，除了濾波和防護(hù)器件之外，不能放置任何其他器件?！驹矸治觥浚骸案蓛舻亍痹O(shè)計(jì)的目的是保證接口輻射最小，并且“干凈地”極易被外來(lái)干擾耦合，所以“干凈地”上不要有其他無(wú)關(guān)的電路和器件。PCB布局設(shè)計(jì)【設(shè)計(jì)原則】：晶體、晶振、繼電器、開關(guān)電源等強(qiáng)輻射器件遠(yuǎn)離單板接口連接器至少1000mil?！驹矸治觥浚簩⒏蓴_會(huì)直接向外輻射或在外出電纜上耦合出電流來(lái)向外輻射。PCB布局設(shè)計(jì)【設(shè)計(jì)原則】：敏感電路或器件（如復(fù)位電路等）遠(yuǎn)離單板各邊緣特別是單板接口側(cè)邊緣至少1000mil。【原理分析】：類似于單板接口等地方是最容易被外來(lái)干擾（如靜電）耦合的地方，而象復(fù)位電路等敏感電路極易引起系統(tǒng)的誤操作。PCB布局設(shè)計(jì)【設(shè)計(jì)原則】：為IC濾波的各濾波電容應(yīng)盡可能靠近芯片的供電管腳放置?！驹矸治觥浚弘娙蓦x管腳越近，高頻回路面積越小，從而輻射越小。PCB走線設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)PCB分層設(shè)計(jì)PCB布局設(shè)計(jì)PCB布線設(shè)計(jì)PCB走線設(shè)計(jì)【設(shè)計(jì)原則】：PCB走線不能有直角走線。【原理分析】：直角走線導(dǎo)致阻抗不連續(xù)，導(dǎo)致信號(hào)發(fā)射，從而產(chǎn)生振鈴或過沖，形成強(qiáng)烈的EMI輻射。PCB走線設(shè)計(jì)【設(shè)計(jì)原則】：PCB走線特別是時(shí)鐘線與總線的粗細(xì)應(yīng)保持一致?！驹矸治觥浚捍旨?xì)不一致時(shí)，走線阻抗會(huì)發(fā)生突變，導(dǎo)致如同前頁(yè)中的問題。GND晶振R強(qiáng)烈的EMI源PCB走線設(shè)計(jì)【設(shè)計(jì)原則】：盡可能避免相鄰布線層的層設(shè)置，無(wú)法避免時(shí)，盡量使兩布線層中的走線相互垂直或平行走線長(zhǎng)度小于1000mil?！驹矸治觥浚簻p小平行走線之間的串?dāng)_。PCB走線設(shè)計(jì)【設(shè)計(jì)原則】：如果單板有內(nèi)部信號(hào)走線層，則時(shí)鐘等關(guān)鍵信號(hào)線布在內(nèi)層（優(yōu)先考慮優(yōu)選布線層）。【原理分析】：將關(guān)鍵信號(hào)布在內(nèi)部走線層可以起到屏蔽作用。PCB走線設(shè)計(jì)【設(shè)計(jì)原則】：時(shí)鐘線兩側(cè)建議包地線，包地線每隔3000mil接地?！驹矸治觥浚罕ＷC包地線上各點(diǎn)電位相等。PCB走線設(shè)計(jì)【設(shè)計(jì)原則】：時(shí)鐘、總線、射頻線等關(guān)鍵信號(hào)走線和其他同層平行走線應(yīng)滿足3W原則。【原理分析】：避免信號(hào)之間的串?dāng)_。PCB走線設(shè)計(jì)【設(shè)計(jì)原則】：電流≥1A的電源所用的表貼保險(xiǎn)絲、磁珠、電感、鉭電容的焊盤應(yīng)不少于兩個(gè)過孔接到平面層。【原理分析】：減小過孔等效阻抗。PCB走線設(shè)計(jì)【設(shè)計(jì)原則】：差分信號(hào)線應(yīng)同層、等長(zhǎng)、并行走線，保持阻抗一致，差分線間無(wú)其它走線?！驹矸治觥浚罕ＷC差分線對(duì)的共模阻抗相等，提高其抗干擾能力。PCB走線設(shè)計(jì)【設(shè)計(jì)原則】：關(guān)鍵信號(hào)走線一定不能跨分割區(qū)走線（包括過孔、焊盤導(dǎo)致的參考平面間隙）。【原理分析】：跨分割區(qū)走線會(huì)導(dǎo)致信號(hào)回路面積的增大。PCB走線設(shè)計(jì)【設(shè)計(jì)原則】：?jiǎn)伟迳系臑V波器（濾波電路）下方不要有其他無(wú)關(guān)信號(hào)走線?！驹矸治觥浚悍植茧娙輹?huì)削弱濾波器的濾波效果。PCB走線設(shè)計(jì)【設(shè)計(jì)原則】：濾波器（濾波電路）的輸入、輸出信號(hào)線不能相互平行、交叉走線。【原理分析】：避免濾波前后的走線直接噪聲耦合。PCB走線設(shè)計(jì)【設(shè)計(jì)原則】：關(guān)鍵信號(hào)線距參考平面邊沿≥3H（H為線距離參考平面的高度）?！驹矸治觥浚阂种七吘壿椛湫?yīng)。PCB走線設(shè)計(jì)【設(shè)計(jì)原則】：對(duì)于金屬外殼接地元件，應(yīng)在其投影區(qū)的頂層上鋪接地銅皮。【原理分析】：通過金屬外殼和接地銅皮之間的分布電容來(lái)抑制其對(duì)外輻射和提高抗擾度。PCB走線設(shè)計(jì)【設(shè)計(jì)原則】：在單層板或雙層板中，布線時(shí)應(yīng)該注意“回路面積最小化”設(shè)計(jì)【原理分析】：回路面積越小、回路對(duì)外輻射越小，并且抗干擾能力越強(qiáng)。PCB走線設(shè)計(jì)【設(shè)計(jì)原則】：信號(hào)線（特別是關(guān)鍵信號(hào)線）換層時(shí)，應(yīng)在其換層過孔附近設(shè)計(jì)地過孔?！驹矸治觥浚喝缟蠄D所示，可以減小信號(hào)回路面積。PCB走線設(shè)計(jì)【設(shè)計(jì)原則】：時(shí)鐘線、總線、射頻線等強(qiáng)輻射信號(hào)線遠(yuǎn)離接口外出信號(hào)線?！驹矸治觥浚罕苊鈴?qiáng)輻射信號(hào)線上的干擾耦合到外出信號(hào)線上，向外輻射。PCB走線設(shè)計(jì)【設(shè)計(jì)原則】：敏感信號(hào)線如復(fù)位信號(hào)線、片選信號(hào)線、系統(tǒng)控制信號(hào)等遠(yuǎn)離接口外出信號(hào)線?！驹矸治觥浚航涌谕獬鲂盘?hào)線常常帶進(jìn)外來(lái)干擾，耦合到敏感信號(hào)線時(shí)會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)誤操作。PCB走線設(shè)計(jì)【設(shè)計(jì)原則】：在單面板和雙面板中，濾波電容的走線應(yīng)先經(jīng)濾波電容濾波，再到器件管腳。【原理分析】：使電源電壓先經(jīng)過濾波再給IC供電，并且IC回饋給電源的噪聲也會(huì)被電容先濾掉。PCB走線設(shè)計(jì)【設(shè)計(jì)原則】：在單面板或雙面板中，如果電源線走線很長(zhǎng)，應(yīng)每隔3000mil對(duì)地加去耦合電容，電容取值為10uF＋1000pF?！驹矸治觥浚簽V除電源線上的噪聲。PCB走線設(shè)計(jì)【設(shè)計(jì)原則】：濾波電容的接地線和接電源線應(yīng)該盡可能粗、短?！驹矸治觥浚旱刃Т?lián)電感會(huì)降低電容的諧振頻率，削弱其高頻濾波效果?？偨Y(jié)PCBEMC設(shè)計(jì)的