印制电路板的电磁兼容性设计

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1、万方数据王艳拳等：印翱电路板的电磁兼容性设计印制电路板的电磁兼容性设计TheEMcDesignofP^ntedcircuitBo‘LlId王艳春祖静崔春生(中北大学电子测试技术国家重点实验室仪器科学与动态测试教育部重点实验室，山西太原030051)摘要：在电子设备的设计中，PcB设计作为电子设备设计中的关键性基础设计步骤，尤其在高速电子电路设备的设计中．PcB的电磁兼容性设计可谓是关键I}l的关键，它的电磁兼容性的优劣直接影响着电子设备的性能。本文在深入探讨PcB产生电磁干扰的原因和掌握电磁兼容原理的基础上，针对产生电磁干扰的类型

2、采取相应的措施，给出了PcB电磁兼容性设计的几种典型方法，重点阐述了PcB高速布局、布线等的娘则，完成了信号先整性的设计。具有普遍的实用参考价值。关键词：PcB；电磁干扰；电磁兼容1引言随着当今世界电子技术的飞速发展。对电子产品的电磁兼容性发出了挑战。一个性能好的电子产品必须考虑电磁兼容问题，既不能有电磁辐射干扰其他电子设备的正常工作，又要具备较低的敏感度，能抵抗规定的电磁干扰。电磁干扰会使电子设备、传输通道、系统和PcB组装件的性能下降。PCB作为电子元器件的载体，同样存在着电磁兼容问题，尤其是现代电子设备中大量采用数字电路、高

3、速逻辑电路、信号的传输速度大大提高，这也增大了引起了电磁辐射和受电磁干扰的因素，所以PCB的电磁兼容性问题已经成为迫在眉睫的需要解决的问题。2电磁兼容电磁兼容即EMC(ElecnD咖印eticC0mpatibilit)，)是研究在有限的空间，时间和频谱资源等条件下，各种用电设备(广义的还包括生物体)可以并存，并不致引起降级的一门学科。所谓电子设备的电磁兼容性，是指电子设备在预定的电磁环境中，能按一定的设计要求正常工作的性能或能力。3引起PCB电磁干扰的原因在PCB上有许多情况可以引起EMI，这是因为元件在特定情况下都有隐藏特性。比

4、如在高频段里，导线相当于一个电感和电阻的串联；一个电阻器相当于一个电感串联上一个电阻与电容的并联结构；一个电容相当于一个电感，电阻和电容器的串联；一个电感相当于一个电阻串上一个电感与电容的并联结构。如图l所示。认识到元件的高频寄生特性，并在PCB设计阶段采取措施解决此类电磁兼容问题非常重要。在高速数字电路中，PcB上的走线较长时，可能会出现天线效应。PCB上元器件的引线和走线一样，也具有寄生电容和电感。这些寄生电容和电感影响着导线的阻抗并且对频率敏感。根据走线长度和寄生电容的值，可能会产生一个电磁干扰发射天线。根据工程经验，实际应

5、用中走线要求小于特定波长的l／20，避免形成无意的发射源。LR导线—_厂rn弋——』八～卜—一I。R电阻LRC电容—，n吖、_——Ⅳ认／卜一卜_一电压L圈l元件的面颢哥生特性在纯数字电路中，电阻的主要作用是限流和控制电平。在高频电路的设计当中，寄生电容的存在对设计会产生很大的破坏。数字电路中的电容器的作用是电源总线去耦，旁路和储能作用。当电路超过电容的自谐振频率时。会出现电感特性。这种电感特性将使得电容失去本来的设计性能。在PcB中，电感用于对电磁干扰的控制。电感的阻抗随着频率的增加而线性增加，当频率很高时，高频信号的传递就会受到

6、一定的影响。4PCB抗干扰措施在设计PcB之前一定要尽可能多的了解设计信息，这些设计信息包括：PCB上布置的器件的数虽。器件的封装，有无大功率器件。芯片散热的特殊性要求，整体布局，器件布局，信号线的种类，PCB是否分区，即低速，高速，中速区。电源和地的种类。对电源和地的噪声容限的要万方数据《计i与测试技术》20’1年第38卷第1期求，时钟线的种类和速率、时钟线的来源和去枞时钟的延时和最长走线要求等。4．1PCB分层印制电路板有单层，双层及多层之分。单双面板一般用于低中密度布线的电路和集成度较低的电路。多层板适用于高密度布线、高集成

7、度芯片的高速数字电路。从抑制电磁干扰的角度分析，多层板可以减小线路板的电磁辐射并提高线路板的抗干扰能力。因此，在高速数字电路中，一般选多层PCB。多层PCB设计中一般需要采用20H和2w原则来确定印制线条间距和边距。20H原则：因为具有一定电压和较高频率的印制板边缘场会向空间辐射电磁能量，为减小这个效应，某一层的信号线印制板的物理尺寸应该比最靠近的接地板的物理尺寸小至少20H，其中H是2个印制板的层间距。根据这个原则，对于一般的多层PCB来说，20H一般为3mm右。2w原则：当2条印制线间距比较小时，两线之间会发生电磁串扰。串扰会

8、使有关电路功能失常。为避免发生这种干扰，应保持任何线条间距不小于一倍的印制线条宽度，即不小于2w，w为印制线路的宽度。印制线条的宽度则取决于线条阻抗的要求，太宽会减少布线的密度，增加成本；太窄会影响传输到终端的信号的波形和强度。4．2PCB的布局P