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第9 讲 印刷电路板的电磁兼容(1) 第9 讲 印刷电路板的电磁兼容（1） “自由与责任，权利与义务，是交易的两个方面。”Donald Kennedy(斯坦福大学前校长) 《学术责任》 信息化社会的电子产品越来越趋向高速、宽带、高灵敏度、高密集度和小型化，这种趋势导致 EMC 问题更加严重。计算机系统中的PCB 就是一个典型的代表，PCB 的电磁兼容(EMC) 问题，是目前微型计算 机设计中亟待解决的技术难题。 当今电子技术的发展日新月异，大规模超大规模集成电路越来越多地应用到通用系统中。同时，深亚 微米工艺在IC 设计中的使用，使得芯片的集成规模更大。IC 芯片的发展从封装形式来看，是芯片体积越 来越小、引脚数越来越多。同时，由于近年来IC 工艺的发展，使得其速度越来越高。印刷电路板（PCB ） 作为电子产品中电路元件和器件的电气连接的支撑元件，其电路的布局布线密度越来越大，而同时信号的 频率还在提高。这样的情况已经导致信号在互连线上的传输具有反射、串音干扰、延迟和畸变等，同时PCB 上布线网络以及各种元件也会产生射频辐射，从而使得如何处理高速信号的电磁兼容问题成为PCB 设计能 否成功的关键因素。 以往为了保证设计的印刷电路板（PCB ）具有高质量和高可靠性，设计者通常要对PCB 板进行热温分 析，机械可靠性分析。对于低频设计,PCB 的线迹互连和板层的影响可以不考虑，当频率超过50MHz 时， 互连关系必须以传输线考虑，而在评定系统性能时也必须考虑印刷电路板板材的电参数。因此，高速系统 的设计必须面对印刷电路板上互连延迟引起的时序问题以及串扰、传输线效应等信号完整性问题；同时 PCB 布线网络的几何拓扑结构，PCB 绝缘层的电介质特性以及每一布线层的电气特性也会影响信号完整 性。在高速PCB 及系统设计中，高频信号线、集成电路的引脚、各类接插件等都可能成为具有天线特性的 辐射干扰源，能够发射电磁波影响其他系统和本系统内其他子系统的正常工作。 以前，要评估一个电子产品的EMC 特性，就必须把产品原型拿到开阔场或EMC 实验室进行测量。这 种测量非常昂贵，而且非常耗时，并有可能会耽误产品的上市时间。而且如果在这个阶段发现了问题，要 求进行设计修改的话，费用将相当高。在实际的电子产品设计过程中，如果先期设计就考虑 PCB 的 EMC/EMI 问题，那么会使设计人员省下不少的精力，同时还能节省设计时间和资金，缩短产品的开发周 期。所以，在设计阶段就进行串音、辐射噪声等 EMI 问题的预测是非常必要的，也只有通过准确的EMI 预测，才能保证高质量的PCB 设计，才能事先采取必要措施减小电磁干扰（EMI ），从而保证电子设备的 电磁兼容性。 95%的EMC 问题与以下几个方面有关： 规则（regulation ） 射频干扰（RFI ） 静电放电（ESD ） 电源骚扰（Power Disturbance ） 自兼容性（Self-compatibility） 电磁环境 一个处在特殊环境中的产品必须与其他的电子设备的工作兼容。因此我们必须理解电磁环境的兼容。 一个周期信号如果在频域内来看，它会产生一个宽的频谱。当出现EMC 问题时，工程师应该从逻辑上分 析产生的原因，一个EMC 模型有三个要素： 1 第9 讲 印刷电路板的电磁兼容(1) (1) 必须有骚扰源； (2) 要有一个骚扰的接收器； (3) 在源和接收器之间要有耦合的路径。 当干扰产生时，这三个要素同时存在。如果其中任意一个要素不存在了，干扰就不存在了。因此工程 师的主要任务就是确定最容易消除的因素然后消除它。通常设计PCB 时消除大多数的射频干扰源是最划算 的方法，即所谓的抑制方法。干扰源是产生原始波形的有源元件。我们所需要的就是：在设计PCB 时，仅 仅为那些需要射频能量的板子部分提供射频能量。第二和第三个要素一般采用封闭的办法处理。 对于PCB ，我们要就以下几个方面讨论： (1) 噪声源，主要是：时钟发生电路，塑料封装的元件的辐射，不正确的线迹布线，电气长线的长度， 很差的阻抗控制以及联接电缆的互联。