【正文】 55PCB EMC設(shè)計(jì)規(guī)范目錄 第一部分 布局 1 層的設(shè)置 合理的層數(shù) Vcc、GND的層數(shù) 信號(hào)層數(shù) 單板的性能指標(biāo)與成本要求 電源層、地層、信號(hào)層的相對(duì)位置 Vcc、GND 平面的阻抗以及電源、地之間的EMC環(huán)境問題 Vcc、GND 作為參考平面，兩者的作用與區(qū)別 電源層、地層、信號(hào)層的相對(duì)位置 2 模塊劃分及特殊器件的布局 模塊劃分 .1 按功能劃分 2 . 按頻率劃分 按信號(hào)類型分 綜合布局 特殊器件的布局 電源部分 時(shí)鐘部分 電感線圈 總線驅(qū)動(dòng)部分 濾波器件 3 濾波 概述 濾波器件 電阻 電感 電容 鐵氧體磁珠 共模電感 濾波電路 濾波電路的形式 濾波電路的布局與布線 電容在PCB的EMC設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 濾波電容的種類 電容自諧振問題 ESR對(duì)并聯(lián)電容幅頻特性的影響 ESL對(duì)并聯(lián)電容幅頻特性的影響 電容器的選擇 去耦電容與旁路電容的設(shè)計(jì)建議 儲(chǔ)能電容的設(shè)計(jì) 4 地的分割與匯接接地的含義接地的目的基本的接地方式單點(diǎn)接地多點(diǎn)接地浮地以上各種方式組成的混合接地方式關(guān)于接地方式的一般選取原則背板接地方式單板接地方式第二部分布線1傳輸線模型及反射、串?dāng)_概述：傳輸線模型傳輸線的種類微帶線（microstrip）帶狀線（Stripline）傳輸線的反射串?dāng)_2優(yōu)選布線層表層與內(nèi)層走線的比較 微帶線（Microstrip） 微帶線與帶狀線的比較 布線層的優(yōu)先級(jí)別 3 阻抗控制 特征阻抗的物理意義 輸入阻抗： 特征阻抗 偶模阻抗、奇模阻抗、差分阻抗 生產(chǎn)工藝對(duì)對(duì)阻抗控制的影響 差分阻抗控制 當(dāng)介質(zhì)厚度為5mil時(shí)的差分阻抗隨差分線間距的變化趨勢(shì) 當(dāng)介質(zhì)厚度為13 mil時(shí)的差分阻抗隨差分線間距的變化趨勢(shì) 當(dāng)介質(zhì)厚度為25 mil時(shí)的差分阻抗隨差分線間距的變化趨勢(shì) 屏蔽地線對(duì)阻抗的影響 地線與信號(hào)線之間的間距對(duì)信號(hào)線阻抗的影響 屏蔽地線線寬對(duì)阻抗的影響 阻抗控制案例 4 特殊信號(hào)的處理 5 過孔 過孔模型 過孔的數(shù)學(xué)模型 對(duì)過孔模型的影響因素 過孔對(duì)信號(hào)傳導(dǎo)與輻射發(fā)射影響 過孔對(duì)阻抗控制的影響 過孔數(shù)量對(duì)信號(hào)質(zhì)量的影響 6 跨分割區(qū)及開槽的處理 開槽的產(chǎn)生 對(duì)電源/地平面分割造成的開槽 開槽對(duì)PCB板EMC性能的影響 高速信號(hào)與低速信號(hào)的面電流分布 分地”的概念 信號(hào)跨越電源平面或地平面上的開槽的問題 對(duì)開槽的處理 需要嚴(yán)格的阻抗控制的高速信號(hào)線，其軌線嚴(yán)禁跨分割走線 當(dāng)PCB板上存在不相容電路時(shí)，應(yīng)該進(jìn)行分地的處理 當(dāng)跨開槽走線不可避免時(shí)，應(yīng)該進(jìn)行橋接 接插件（對(duì)外）不應(yīng)放置在地層隔逢上 高密度接插件的處理 跨“靜地”分割的處理 7 信號(hào)質(zhì)量與EMC EMC簡(jiǎn)介 信號(hào)質(zhì)量簡(jiǎn)介 EMC與信號(hào)質(zhì)量的相同點(diǎn) EMC與信號(hào)質(zhì)量的不同點(diǎn) EMC與信號(hào)質(zhì)量關(guān)系小結(jié) 第三部分 背板的EMC設(shè)計(jì) 1 背板槽位的排列 單板信號(hào)的互連要求 單板板位結(jié)構(gòu) 板位結(jié)構(gòu)影響； 板間互連電平、驅(qū)動(dòng)器件的選擇 2 背板的EMC設(shè)計(jì) 接插件的信號(hào)排布與EMC設(shè)計(jì) 接插件的選型 接插件模型與針信號(hào)排布 阻抗匹配 電源、地分配 電源分割及熱插拔對(duì)電源的影響 地分割與各種地的連接 第四部分 射頻PCB的EMC設(shè)計(jì) 1 板材 普通板材 射頻專用板材 2 隔離與屏蔽 隔離 器件布局 敏感電路和強(qiáng)輻射電路 屏蔽材料和方法 屏蔽腔的尺寸 3 濾波 電源和控制線的濾波 頻率合成器數(shù)據(jù)線、時(shí)鐘線、使能線的濾波 4 接地 接地分類 大面積接地 分組就近接地 射頻器件接地 接地時(shí)應(yīng)注意的問題 接地平面的分布 5 布線 阻抗控制 轉(zhuǎn)角 微帶線布線 微帶線耦合器 微帶線功分器 微帶線基本元件 帶狀線布線 射頻信號(hào)走線兩邊包地銅皮 6 其它設(shè)計(jì)考慮第一部分 布局 1 層的設(shè)置 在PCB的EMC設(shè)計(jì)考慮中，首先涉及的便是層的設(shè)置； 單板的層數(shù)由電源、地的層數(shù)和信號(hào)層數(shù)組成；電源層、地層、信號(hào)層的相對(duì)位置以及電源、地平面的分割對(duì)單板的EMC指標(biāo)至關(guān)重要。 合理的層數(shù) 根據(jù)單板的電源、地的種類、信號(hào)密度、板級(jí)工作頻率、有特殊布線要求的信號(hào)數(shù)量，以及綜合單板的性能指標(biāo)要求與成本承受能力，確定單板的層數(shù)；對(duì)于EMC指標(biāo)要求苛刻（如：產(chǎn)品需認(rèn)證CISPR16 CLASS B）而相對(duì)成本能承受的情況下，適當(dāng)增加地平面乃是PCB的EMC設(shè)計(jì)的殺手锏之一。 Vcc、GND的層數(shù) 單板電源的層數(shù)由其種類數(shù)量決定；對(duì)于單一電源供電的PCB，一個(gè)電源平面足夠了；對(duì)于多種電源，若互不交錯(cuò)，可考慮采取電源層分割（保證相鄰層的關(guān)鍵信號(hào)布線不跨分割區(qū)）；對(duì)于電源互相交錯(cuò)（尤其是象8260等IC，多種電源供電，且互相交錯(cuò)）的單板，則必須考慮采用2個(gè)或以上的電源平面，每個(gè)電源平面的設(shè)置需滿足以下條件： 單一電源或多種互不交錯(cuò)的電源； 相鄰層的關(guān)鍵信號(hào)不跨分割區(qū)；地的層數(shù)除滿足電源平面的要求外，還要考慮：元件面下面（第2層或倒數(shù)第2層）有相對(duì)完整的地平面；高頻、高速、時(shí)鐘等關(guān)鍵信號(hào)有一相鄰地平面；關(guān)鍵電源有一對(duì)應(yīng)地平面相鄰（如48V與BGND相鄰）。信號(hào)層數(shù)在CAD室現(xiàn)行工具軟件中，在網(wǎng)表調(diào)入完畢后，EDA軟件能提供一布局、布線密度參數(shù)報(bào)告，由此參數(shù)可對(duì)信號(hào)所需的層數(shù)有個(gè)大致的判斷；經(jīng)驗(yàn)豐富的CAD工程師，能根據(jù)以上參數(shù)再結(jié)合板級(jí)工作頻率、有特殊布線要求的信號(hào)數(shù)量以及單板的性能指標(biāo)要求與成本承受能力，最后確定單板的信號(hào)層數(shù)。信號(hào)的層數(shù)主要取決于功能實(shí)現(xiàn)，從EMC的角度，需要考慮關(guān)鍵信號(hào)網(wǎng)絡(luò)（強(qiáng)輻射網(wǎng)絡(luò)以及易受干擾的小、弱信號(hào)）的屏蔽或隔離措施。單板的性能指標(biāo)與成本要求面對(duì)日趨殘酷的通訊市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，我們的產(chǎn)品開發(fā)面臨越來越大的壓力；時(shí)間、質(zhì)量、成本是我們能否戰(zhàn)勝對(duì)手乃至生存的基本條件。對(duì)于高端產(chǎn)品，為了盡快將質(zhì)量過硬的產(chǎn)品推向市場(chǎng)，適當(dāng)?shù)某杀驹黾釉谒y免；而對(duì)于成熟產(chǎn)品或價(jià)格壓力較大的產(chǎn)品，我們必須盡量減少層數(shù)、降低加工難度，用性價(jià)比合適的產(chǎn)品參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。對(duì)于消費(fèi)類產(chǎn)品，如，電視、VCD、計(jì)算機(jī)的主板一般都使用6層以下的PCB板，而且會(huì)為了滿足大批量生產(chǎn)的要求、嚴(yán)格遵守有關(guān)工藝規(guī)范、犧牲部分性能指標(biāo)。 電源層、地層、信號(hào)層的相對(duì)位置 Vcc、GND 平面的阻抗以及電源、地之間的EMC環(huán)境問題 （此問題有待深入研究、以下列出現(xiàn)有部分觀點(diǎn)，僅供參考） *電源、地平面存在自身的特性阻抗，電源平面的阻抗比地平面阻抗高； *為降低電源平面的阻抗，盡量將PCB的主電源平面與其對(duì)應(yīng)的地平面相鄰排布并且盡量靠近，利用兩者的耦合電容，降低電源平面的阻抗； *電源地平面構(gòu)成的平面電容與PCB上的退耦電容一起構(gòu)成頻響曲線比較復(fù)雜的電源地電容，它的有效退耦頻帶比較寬，（但存在諧振問題）。 Vcc、GND 作為參考平面，兩者的作用與區(qū)別 電源、地平面均能用作參考平面，且有一定的屏蔽作用；但相對(duì)而言，電源平面具有較高的特性阻抗，與參考電平存在較大的電位勢(shì)差；從屏蔽的角度，地平面一般均作了接地處理，并作為基準(zhǔn)電平參考點(diǎn)，其屏蔽效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于電源平面； 在選擇參考平面時(shí)，應(yīng)優(yōu)選地平面。 電源層、地層、信號(hào)層的相對(duì)位置 對(duì)于電源、地的層數(shù)以及信號(hào)層數(shù)確定后，它們之間的相對(duì)排布位置是每一個(gè)EMC工程師都不能回避的話題； 單板 層的排布一般原則： a. 元件面下面（第二層）為地平面，提供器件屏蔽層以及為頂層布線提供參考平面； b. 所有信號(hào)層盡可能與地平面相鄰； c. 盡量避免兩信號(hào)層直接相鄰； d. 主電源盡可能與其對(duì)應(yīng)地相鄰； e. 兼顧層壓結(jié)構(gòu)對(duì)稱。 對(duì)于母板的層排布，鑒于我司現(xiàn)有母板很難控制平行長(zhǎng)距離布線，對(duì)于板級(jí) 工作頻率在50MHZ以上的（50MHZ以下的情況可參照，適當(dāng)放寬），建議排布原則： a. 元件面、焊接面為完整的地平面（屏蔽）； b. 無(wú)相鄰平行布線層； c. 所有信號(hào)層盡可能與地平面相鄰； d. 關(guān)鍵信號(hào)與地層相鄰，不跨分割區(qū)。 注：具體PCB的層的設(shè)置時(shí)，要對(duì)以上原則進(jìn)行靈活掌握，在領(lǐng)會(huì)以上原則的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際單板的需求，如：是否需要一關(guān)鍵布線層、電源、地平面的分割情況等，確定層的排布，切忌生搬硬套，或摳住一點(diǎn)不放。鑒于篇幅有限，本文僅列出一般原則，供大家參考。 以下為單板層的排布的具體探討： *四層板，優(yōu)選方案1，可用方案3。方案1 TOP GND POWER BOTTOM 此方案為現(xiàn)行四層PCB的主選層設(shè)置方案，在元件面下有一地平面，關(guān)鍵信號(hào)優(yōu)選布 TOP層；至于層厚設(shè)置，有以下建議： 滿足阻抗控制 芯板（GND到POWER）不宜過厚，以降低電源、地平面的分布阻抗；保證電源平面的去藕效果； 為了達(dá)到一定的屏蔽效果，有人試圖把電源、地平面放在TOP、BOTTOM層，即采用方案2：此方案為了達(dá)到想要的屏蔽效果，至少存在以下缺陷： *電源、地相距過遠(yuǎn)，電源平面阻抗較大 *電源、地平面由于元件焊盤等影響，極不完整 *由于參考面不完整，信號(hào)阻抗不連續(xù) 實(shí)際上，由于大量采用表貼器件，對(duì)于器件越來越密的情況下，本方案的電源、地幾乎無(wú)法作為完整的參考平面，預(yù)期的屏蔽效果很難實(shí)現(xiàn)；方案2使用范圍有限。但在個(gè)別單板中，方案2不失為最佳層設(shè)置方案。以下為方案2在XX產(chǎn)品的接口濾波板中的使用案例；案例（特例）：在XX產(chǎn)品的接口濾波板XXX的設(shè)計(jì)過程中，出現(xiàn)了以下情況：A，整板無(wú)電源平面，只有GND、PGND各占一個(gè)平面；B，整板走線簡(jiǎn)單，但作為接口濾波板，布線的輻射必須關(guān)注；C，該板貼片元件較少，多數(shù)為插件。分析：1，由于該板無(wú)電源平面，電源平面阻抗問題也就不存在了；2，由于貼片元件少（單面布局），若表層做平面層，內(nèi)層走線，參考平面的完整性基本得到保證，而且第二層可鋪銅保證少量頂層走線的參考平面；3，作為接口濾波板，PCB布線的輻射必須關(guān)注，若內(nèi)層走線，表層為GND、PGND，走線得到很好的屏蔽，傳輸線的輻射得到控制；鑒于以上原因，在本板的層的排布時(shí)，我們決定采用方案2，即：GND、SSPGND，由于表層仍有少量短走線，而底層則為完整的地平面，我們?cè)赟1布線層鋪銅，保證了表層走線的參考平面；在傳輸XX產(chǎn)品的五塊接口濾波板中，出于以上同樣的分析，設(shè)計(jì)人員吳均決定采用方案2，同樣不失為層的設(shè)置經(jīng)典。列舉以上特例，就是要告訴大家，要領(lǐng)會(huì)層的排布原則，而非機(jī)械照搬。方案3： TOP GND POWER BOTTOM 此方案同方案1類似，適用于主要器件在BOTTOM布局或關(guān)鍵信號(hào)底層布線的情況；一般情況下，限制使用此方案； 六層板，優(yōu)選方案3，可用方案1，備用方案4 對(duì)于六層板，優(yōu)先考慮方案3，優(yōu)選布線層S2，其次SS1。主電源及其對(duì)應(yīng)的地布在5層，層厚設(shè)置時(shí)，增大S2P之間的間距，縮小PG2之間的間距（相應(yīng)縮小G1S2層之間的間距），以減小電源平面的阻抗，減少電源對(duì)S2的影響；在成本要求較高的時(shí)候，可采用方案1，優(yōu)選布線層SS2，其次SS4，與方案1相比，方案2保證了電源、地平面相鄰，減少電源阻抗，但SSSS4全部裸露在外，只有S2才有較好的參考平面；對(duì)于局部、少量信號(hào)要求較高的場(chǎng)合，方案4比方案3更適合，它能提供極佳的布線層S2。對(duì)于單電源的情況下，方案2比方案1減少了相鄰布線層，增加了主電源與對(duì)應(yīng)地相鄰，保證了所有信號(hào)層與地平面相鄰，代價(jià)是：犧牲一布線層； 對(duì)于雙電源的情況，推薦采用方案3，方案3兼顧了無(wú)相鄰布線層、層壓結(jié)構(gòu)對(duì)稱、主電源與地相鄰等優(yōu)點(diǎn)，但S4應(yīng)減少關(guān)鍵布線； 方案4：無(wú)相鄰布線層、層壓結(jié)構(gòu)對(duì)稱，但電源平面阻抗較高；應(yīng)適當(dāng)加大356，縮小267之間層間距； 方案5：與方案4相比，保證了電源、地平面相鄰；但SS3相鄰，S4以P2作參考平面；對(duì)于底層關(guān)鍵布線較少以及SS3之間的線間竄擾能控制的情況下此方案可以考慮。*十層板：推薦方案可用方案4 方案3：擴(kuò)大34與78各自間距，縮小56間距，主電源及其對(duì)應(yīng)地應(yīng)置于7層；優(yōu)選布線層SSS4，其次SS5；本方案適合信號(hào)布線要求相差不大的場(chǎng)合，兼顧了性能、成本；推薦大家使用；但需注意避免SS3之間平行、長(zhǎng)距離布線； 方案4：EMC效果極佳，但與方案3比，犧牲一布線層；在成本要求不高、EMC指標(biāo)要求較高、且必須雙電源層的關(guān)鍵單板，建議采用此種方案；優(yōu)選布線層SS3, 對(duì)于單電源層的情況，首先考慮方案2，其次考慮方案1。方案1具有明顯的成本優(yōu)勢(shì)，但相鄰布線過多，平行長(zhǎng)線難以控制；以上方案中，方案4具有極好的EMC性能，方案3具有較佳 的性價(jià)比；對(duì)于14層及以上層數(shù)的單板，由于其組合情況的多樣性，這里不再一一列舉。大家可按照以上排布原則，根據(jù)實(shí)際情況具體分析。以上層排布作為一般原則，僅供參考，具體設(shè)計(jì)過程中大家可根據(jù)需要的電源層數(shù)、布線層數(shù)、特殊布線要求信號(hào)的數(shù)量、比例以及電源、地的分割情況，結(jié)合以上排布原則靈活掌握；對(duì)于個(gè)別有爭(zhēng)議的內(nèi)容我們盡可能提供相關(guān)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、案例，給予界定，在此之前，建議大家優(yōu)選推薦方案。2模塊劃分及特殊器件的布局談PCB的EMC設(shè)計(jì),不能不談PCB的模塊劃分及關(guān)鍵器件的布局。這一方面是某些頻率發(fā)生器件、驅(qū)動(dòng)器、電源模塊、濾波器件等在PCB上的相對(duì)位置和方向都會(huì)對(duì)電磁場(chǎng)的發(fā)射和接收產(chǎn)生巨大影響，另一方面以上布局的優(yōu)劣將直接影響到布線的質(zhì)量。