EMC PCB设计技术

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1、EMCPCB设计技术分类：学术研究2008-06-1823:11一、基础知识1.差模电流和共模电流关于辐射的一个重要基本观念是“电流导致辐射，而非电压”。静态电荷产生静电场，恒定电流产生磁场，时变电流即产生电场又产生磁场。在任何电路中都存在共模电流和差模电流。一般来说，差分模式信号携带数据或有用信号（信息）。共模模式是差分模式的负面效果。2.差模电流大小相等，方向（相位）相反。由于走线的分布电容、电感，信号走线阻抗不连续，以及信号回流路径流过了意料之外的通路等，差模电流会转换成共模电流。3.共模电

2、流大小不一定相等，方向（相位）相同。设备对外的干扰多以共模为主，差模干扰也存在，但是共模干扰强度常常比差模强度的大几个数量级。外来的干扰也多以共模干扰为主，共模干扰本身一般不会对设备产生危害，但是如果共模干扰转变为差模干扰，干扰就严重了，因为有用信号都是差模干扰。4.共模电流和差模电流的磁场分布差模电流的磁场主要集中在差模电流构成的回路面积之内，而回路面积之外的磁力线会相互抵消；而共模电流的磁场，在回路面积之外，共模电流产生的磁场方向相同，磁场强度反而加强。这个概念非常重要，PCB的很多EMC设计

3、都遵循这个规则。5.差模辐射何共模辐射模型6.差模辐射何共模辐射场强计算公式共模辐射场强：E=1.26×I×L×f/r其中：I为共模电流强度；L为共模电流路径长度；f为共模电流频率；r为测试点距离共模路径的距离。差模辐射场强：E=6.2×I×A×f2/r其中：I为差模电流强度；A为差模电流环路面积；f为差模电流频率；r为测试点距离差模环路的距离。7.总结：在线路板上抑制干扰的途径有：1、减小差模信号回路面积；2、减小高频噪声电流（滤波、隔离及匹配）；3、减小共模电压（接地设计）。在PCB的EMC设

4、计范畴中，上述的1、3点是PCBEMC设计的关键目的。二、PCB分层设计【设计原则】：时钟频率超过5MHz，或信号上升时间小于5ns时，一般需要使用多层板设计。【原理分析】：采用多层板设计时，信号回路面积能够得到很好的控制。【设计原则】：对于多层板，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。【原理分析】：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

5、抗干扰能力。【设计原则】：对于单层板，关键信号线两侧应该布“GuideGroundLine”。【原理分析】：关键信号线两侧地“保护地线”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。【设计原则】：对于双层板来说，要求关键信号线地投影平面上有大面积铺地，或者同单层板地处理办法，设计“GuideGroundLine”。【原理分析】：原因同多层板中的“关键信号线靠近地平面布线”。【设计原则】：多层板中，电源平面应相对于其相邻地平面内缩（建议值5H～20H）。【原理分析】：电源

6、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。【设计原则】：布线层的投影平面应该在其回流平面层区域内。【原理分析】：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。【设计原则】：在多层板中，单板TOP、BOTTOM层是否无≥50MHz的信号线。【原理分析】：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。【设计原则】：对于板级工作频率≥50MHz的单板，若第二层与倒数第二层为布线层、

7、则TOP、BOTTOM层应铺接地铜箔。【原理分析】：同上【设计原则】：多层板中，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。【原理分析】：电源平面和地平面相邻，可以有效地减小电源电流的回路面积。【设计原则】：在单层板中，电源走线附近必须有地线与其紧邻、平行走线。【原理分析】：减小电源电流回路面积。【设计原则】：在双层板中，电源走线附近必须有地线与其紧邻、平行走线。【原理分析】：减小电源电流回路面积。【设计原则】：在分层设计时，尽量避免布线层相邻的设置。如果无法避免布线层相邻，应该适

8、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。【原理分析】：相邻布线层上的平行信号走线会导致信号串扰。【设计原则】：相邻平面层应避免其投影平面重叠。【原理分析】：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。【推荐分层设计】：层数12345674S1G1P1S26S1G1S2P1G2S36S1G1S2S3P1S48S1G1S2G2P1S3G3S48S1G1S2P1G2S3P2S410S1G1S2P1S3G2P2S4G3S510S1G1S2S3G2P