PCB中的电磁兼容性设计-PCB设计软件.PDF

PCB 中的电磁兼容性设计 随着电气时代的发展，人类生活环境中各种电磁波源越来越多，例如无线电广播、电视、微 波通信;家庭用的电器;输电线路的工频电磁场;高频电磁场等。当这些电磁场的场强超过一定 限度、作用时间足够长时，就可能危及人体健康; 同时还会干扰其他电子设备和通信。对此， 都需要进行防护。对电子产品开发，生产、使用过程中常常提出电磁干扰、屏蔽等概念。电 子产品正常运行时其核心是电路板及其安装在上面的元器件、零部件等之间的一个协调工作 过程。要提高电子产品的性能指标减少电磁干扰的影响是非常重要的。 一、 PCB 板设计 印制线路板(PCB)是电子产品中电路元件和器件的支撑件，它提供电路元件和器件之间的电 气连接，它是各种电子设备最基本的组成部分，PCB 的性能直接关系到电子设备质量、性能 的好坏。随着集成电路、SMT 技术、微组装技术的发展，高密度、多功能的电子产品越来越 多，致使 PCB 上导线布设复杂、零件、元件繁多、安装密集，必然使它们之间的干扰越来 越严重，所以，抑制电磁干扰问题也就成为一个电子系统能否正常工作的关键。同样，随着 电于技术的发展，PCB 的密度越来越高，PCB 设计的好坏对电路的干扰及抗干扰能力影响很 大。要使电子电路获得最佳性能，除了元器件的选择和电路设计之外，良好的 PCB 的设计 在电磁兼容性中也是一个非常重要的因素。 1.1 合理PCB 板层设计 根据电路的复杂程度，合理选择 PCB 的板层数理能有效降低电磁干扰，大幅度降低PCB 体 积和电流回路及分支走线的长度，大幅度降低信号间的交叉干扰。实验表明，同种材料时， 四层板比双层板的噪声低 20dB，但是，板层数越高，制造工艺越复杂，制造成本越高。在 多层板布线中，相邻层之间最好采用“井”字形网状布线结构，即相邻层各自走线的方向相 互垂直。例如，印制板的上面面横向布线，下一面纵向布线，再用过孔相连。 1.2 合理PCB 尺寸设计 PCB 板尺寸过大时，将会导致印制导线增长，阻抗增加，抗噪声能力下降，设备体积增大成 本也相应增加。如果尺寸过小，则散热不好，且邻近线条易受干扰。总的来说，在机械层 (Mechanical Layer)确定物理边框即PCB 的外形尺寸，禁止布线层(Keepout Layer)确定布局和 布线的有效区。一般根据电路的功能单元的多少，对电路的全部元器件进行总体，最后确定 PCB 板的最佳形状和尺寸。通常选用矩形，长宽比为3：2。电路板面尺寸大于150 mmx200 mm 时应考虑电路板的机械强度。 二、 PCB 的布置 在PCB 设计中，产品设计师往往只注重提高密度，减小占用空间，制作简单，或追求美观， 布局均匀，忽视了线路布局对电磁兼容性的影响，使大量的信号辐射到空间形成相互干扰。 一个拙劣的PCB 布线能导致更多的电磁兼容问题，而不是消除这些问题。 电子设备中数字电路、模拟电路以及电源电路的元件布局和布线其特点各不相同，它们产生 的干扰以及抑制干扰的方法不相同。高频、低频电路由于频率不同，其干扰以及抑制干扰的 方法也不相同。所以在元件布局时，应该将数字电路、模拟电路以及电源电路分别放置，将 高频电路与低频电路分开。有条件的应使之各自隔离或单独做成一块电路板。布局中还应特 别注意强、弱信号的器件分布及信号传输方向途径等问题。 2.1 PCB 的元件布置 PCB 元器件的布置方面与其它逻辑电路一样，应把相互有关的器件尽量放得靠近些，这样可 以获得较好的抗噪声效果。元件在印刷线路板上排列的位置要充分考虑抗电磁干扰问题。原 则之一是各部件之间的引线要尽量短。在布局上，要把模拟信号部分，高速数字电路部分， 噪声源部分(如继电器，大电流开关等)这3 部分合理地分开，使相互间的信号耦合为最小。 时钟发生器、晶振和CPU 的时钟输入端都易产生噪声，要相互靠近些。易产生噪声的器件、 小电流电路、大电流电路等应尽量远离逻辑电路。如有可能，应另做电路板，这一点十分重 要。 PCB 元器件通用布局要求：电路元件和信号通路的布局必须最大限度地减少无用信号的相互 耦合。 1)低电平信号通道不能靠近高电平信号通道和无滤波的电源线，包括能产生瞬态过程的电路。 2)将低电平的模拟电路和数字电路分开，避免模拟电路、数字电路和电源公共回路产生公共 阻抗耦合。 3)高、中、低速逻辑电路在PCB 上要用不同区域。 4)安排电路时要使得信号线长度最小。 5)保证相邻板之间、同一板相邻层面之间、同一层面相邻布线之间不能有过长的平行信号线。 6) 电磁干扰(EMI)滤波器要尽可