Chapter 1 设计高速电路板的注意事项
?叠层数问题
?特性阻抗
?延迟
?EMC
我最近针对一篇关于PCB特性阻抗的文章写了封信。该文阐述了工艺过程的变化是怎样引起实际阻抗发生变化的，以及怎样用精确的现场解决工具(field solver)来预见这种现象。我在信中指出,即使没有工艺的变化，其它因素也会引起实际阻抗很大的不同。在设计高速电路板时，自动化设计工具有时不能发现这种不很明显但却非常重要的问题。然而，只要在设计的早期步骤当中采取一些措施就可以避免这种问题。我把这种技术称做“防卫设计”(defensive design)。
叠层数问题
一个好的叠层结构是对大多数信号整体性问题和EMC问题的最好防范措施，同时也最易被人们误解。这里有几种因素在起作用，能解决一个问题的好方法可能会导致其它问题的恶化。很多系统设计供货商会建议电路板中至少应该有一个连续平面以控制特性阻抗和信号质量，只要成本能承受得起，这是个很好的建议。EMC咨询专家时常建议在外层上放置地线填充(ground fill)或地线层来控制电磁辐射和对电磁干扰的灵敏度，在一定条件下这也是一种好建议。
图1：用电容模型分析叠层结构中的信号问题
然而，由于瞬态电流的原因，在某些普通设计中采用这种方法可能会遇到麻烦。首先，我们来看一对电源层/地线层这种简单的情况：它可看作为一个电容(图1)。可以认为电源层和地线层是电容的两个极板。要想得到较大的电容值，就需将两个极板靠得更近(距离D)，并增大介电常数(ε▼r▼)。电容越大则阻抗越低，这是我们所希望的，因为这样可以抑制噪声。不管其它层怎样安排，主电源层和地线层应相邻，并处于叠层的中部。如果电源层和地线层间距较大，就会造成很大的电流环并带来很大的噪声。如果对一个8层板，将电源层放在一侧而将地线层放在另一侧，将会导致如下问题：
1. 最大的串扰。由于交互电容增大，各信号层之间的串扰比各层本身的串扰还大。
2. 最大的环流。电流围绕各电源层流动且与信号并行,大量电流进入主电源层并通过地线层返回。EMC特性
会由于环流的增大而恶化。
4. 由于容易造成焊锡短路，可能会增加产品的成本。
我们必须在性能和成本之间进行折衷选择,为此,我在这里对怎样安排数字电路板以获得最好的SI和EMC特性，谈谈自己的见解。
PCB的各层分布一般是对称的。依笔者拙见，不应将多于两个的信号层相邻放置；否则，很大程度上将失去对SI 的控制。最好将内部信号层成对地对称放置。除非有些信号需要联机到SMT器件,我们应尽量减少外层的信号布线。
图2：优秀设计方案的第一步是正确设计叠层结构
对层数较多的电路板,我们可将这种放置方法重复很多次(图2)。也可以增加额外的电源层和地线层；只要保证在两个电源层之间没有成对的信号层即可。
高速信号的布线应安排在同一对信号层内；除非遇到因SMT器件的连接而不得不违反这一原则。一种信号的所有走线都应有共同的返回路径(即地线层)。有两种思路和方法来判断什么样的两个层能看成一对：
1. 保证在相等距离的位置返回信号完全相等。这就是说,应将信号对称地布线在内部地线层的两侧。这样做的
优点是容易控制阻抗和环流；缺点是地线层上有很多过孔，而且有一些无用的层。
2. 相邻布线的两个信号层。优点是地线层中的过孔可控制到最少(用埋式过孔)；缺点是对某些关键信号这种方
法的有效性下降。
我喜欢采用第二种方法。组件驱动和接收信号的接地连接最好能够直接连接到与信号布线层相邻的层面。作为一个简单的布线原则，表层布线宽度按英寸计应小于按毫微妙计的驱动器上升时间的三分之一(例如：高速TTL的布线宽度为1英寸)。
如果是多电源供电，在各个电源金属线之间必须铺设地线层使它们隔开。不能形成电容,以免导致电源之间的AC 耦合。
上述措施都是为了减少环流和串扰，并增强阻抗控制能力。地线层还会形成一个有效的EMC“屏蔽盒”。在考虑对特性阻抗的影响的前提下，不用的表层区域都可以做成地线层。
特性阻抗
一种好的叠层结构就能够作到对阻抗的有效控制，其走线可形成易懂和可预测的传输线结构。现场解决工具能很好地处理这类问题，只要将变量数目控制到最少，就可以得到相当精确的结果。
但是，当三个以上的信号层叠在一起时，情况就不一定是这样了，其理由很微妙。目标阻抗值取决于器件的工艺技术。高速CMOS技术一般能达到约70Ω；高速TTL器件一般能达到约80Ω至100Ω。因为阻抗值通常对噪声容限和信号切换有很大的影响，所以进行阻抗选择时需要非常仔细；产品说明书对此应当给出指导。
现场解决工具的初始结果可能会遇到两种问题。首先是视野受到限制的问题，现场解决工具只对附近走线的影响做分析，而不考虑影响阻抗的其它层上的非平行走线。现场解决工具在布线前，即分配走线宽度时无法知道细节，但上述成对安排的方法可使这个问题变得最小。
值得一提的是不完全电源层(partial power planes)的影响。外层电路板上在布线后经常挤满了接地铜线,这样就有利于抑制EMI和平衡涂敷(balance plating)。如果只对外层采取这样的措施，则本文所推荐的叠层结构对特性阻抗的影响非常微小。
大量采用相邻信号层的效果是非常显著的。某些些现场解决工具不能发现铜箔的存在，因为它只能检查印制线和整个层面，所以对阻抗的分析结果是不正确的。当邻近的层上有金属时，它就象一个不太可靠的地线层一样。如果阻抗过低，瞬时电流就会很大,这是一个实际而且敏感的EMI问题。
导致阻抗分析工具失败的另一个原因是分布式电容。这些分析工具一般不能反映引脚和过孔的影响(这种影响通常用仿真器来进行分析)。这种影响可能会很大，特别是在背板上。其原因非常简单：
特性阻抗通常可用下述公式计算：
√L/C
其中，L和C分别是单位长度的电感和电容。
如果引脚是均匀排布的，附加的电容将大大影响这个计算结果。公式将变成：
√L/(C+C')
C'是单位长度的引脚电容。
如果象在背板上那样连接器之间用直线相连，就可用总线路电容以及除了第一和最后一个引脚之外的总引脚电容。这样，有效阻抗就就会降低，甚至可能从80Ω降到8Ω。为了求得有效值，需将原阻抗值除以：
√(1+C'/C)
这种计算对于组件选择是很重要的。
延迟
模拟时，应该考虑组件和封装的电容(有时还应包括电感)。要注意两个问题。首先,仿真器可能不能正确模拟分布式电容；其次，还要注意不同生产情况对不完全层面和非平行走线的影响。许多现场解决工具都不能分析没有全电源或地线层的叠层分布。然而，如果与信号层相邻的是一个地线层，那么计算出的延迟会相当糟糕，比如电容，会有最大的延迟；如果一个双面板的两层都布有许多地线和VCC铜箔，这种情况就更严重。如果过程不是自动化的话，在一个CAD系统中设置这些东西将会是很繁乱的。
EMC
EMC的影响因素很多，其中许多因素通常都没能得到分析，即使得到分析，也往往是在设计完成以后，这就太迟了。下面是一些影响EMC的因素：
1. 电源层的槽缝会构成了四分之一波长的天线。对于金属容器上需开安装槽的场合，应采用钻孔方法来代替。
2. 感性组件。我曾碰到过一位设计人员，他遵循了所有的设计规则，也作了仿真，但他的电路板仍然有很多
辐射信号。原因是：在顶层有两个电感相互平行放置，构成了变压器。
3. 由于不完全接地层的影响,内层低阻抗引起外层较大的瞬态电流。
采用防卫设计可以避免这些问题中的大多数。首先应该作出正确的叠层结构和布线方略，这样就有了好的开始。这里没有涉及某些基本问题，比如网络拓扑、信号失真原因和串扰计算方法；只是分析了一些敏感的问题，以帮助读者应用从EDA系统得到的结果。任何分析都要依赖于所采用的模型，分析不到的因素也会对结果产生影响。过于复杂就象太不精确一样，避免过多参量的变化，如印制线宽度等，有助于整齐、一致的设计。
如欲了解更多信息，请联系作者John Berrie:
Fax: 44-1454207803;
E-mail: John_Berrie@https://www.doczj.com/doc/5d16461602.html,
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Chapter 2 浅谈电磁兼容及其测试
一、前言
自从麦克斯韦建立电磁理论、赫芝发现电磁波百余年来，电磁能得到了充分的利用。尤其在科学发达的今天，广播、电视、通信、导航、雷达、遥测遥控及计算机等领域得到了迅速的发展，给人类创造了巨大的物质财富，特别是信息、网络技术的爆炸性发展，使世界的对话距离和时间骤然缩短，世界的面貌焕然一新，地球村的梦想将成为现实。然而，伴随电磁能的利用，也带来了电磁干扰的产生。元用的电磁场，通过辐射和传导的途径，以场和电流(电压)的形式，侵人工作着的敏感的电子设备，使其无法正常工作。而且，如同生态环境污染一样，随着科学技术的发展.电磁环境的污染也越来越严重。它不仅对电子产品的安全与可靠性产生危害，还会对人类及生态产生不良影响。当然，这种污染不会滞留和积累电磁能量，一旦电磁骚扰源停止工作，干扰也即消失。
电磁环境的不断恶化，引起了世界各工业发达国家的重视，特别是二十世纪七十年代以来，进行了大量的理论研究及实验工作。进而提出了如何使电子设备或系统在其所处的电磁环境中，能够正常的运衍，而对在该环境中工作的其它设备或系统也不引人不能承受的电磁干扰的新课题。这就是所谓的电磁兼容。
电磁兼容学是一门新兴的跨学科的综合性应用学科。作为边缘技术，它以电气和元线电技术的基本理论为基础，并涉及许多新的技术领域，如微波技术、微电子技术、计算机技术、通信和网络技术、以及新材料等等。电磁兼容技术研究的范围很广，儿乎所有现代化工业领域，如电力、通信、交通、航天、军工、计算机和医疗等都必须解决电磁兼容问题。研究的热点内容主要有： 电磁干扰源的特性及其传输特性；
电磁干扰的危害效应；
电磁干扰的抑制技术；
电磁频谱的利用和管理；
电磁兼容性标准与规范；
电磁兼容性的测量与试验技术；
电磁泄漏与静电放电等。
电磁兼容学又是技术与管理并重的实用工程学。开展这样的工程，需要投入大量的人力和财力。国际标准化组织已经和正在制定EMC的有关标准和规范。我国在这方面的起步虽然较晚，但发展很快。随着市场经济的发展，我国要参与世界技术市场的竞争，进出口的电子产品都必须通过EMC检验。因此，我国政府和相关部门越来越关注EMC问题，不断制定了有关的强制性贯彻标准。各部门和军兵种也都开始研究并建立了不同规模的EMC实验室和检测中心。各种形式的技术研讨和交流，促进了EMC技术的普及、推广和应用。我国98年已立法强制对六类进口电子产品(计算机、显示器、打印机、开关电源、电视机和音响)及通信终端产品施行EMC检测。99年国家质量监督局发布了《EMC认证管理办法》。我国电子技术标准化研究所EMC测试实验室被美国联邦通信委员会通过了FCC认可。从2000年2月16日起，出口美国的信息技术设备和发射及接收设备，由该实验室出具的资料将被美国直接接受。目前，国内也正在审定和验收正式的EMC认证机构和实验室。
产品的EMC检测是实现电磁兼容不可缺少的技术手段，强制贯彻电磁兼容标准，则是保证产品质量和提高市场竞争力的先决条件。
二、电磁兼容基本概念
关于EMC的有关概念、定义和术语，在1995年颁布的国家标准GB/T4365“电磁兼容术语”中有详细的阐述。这里仅就几个主要概念作一些辅助说明。
1.电磁环境(Electromagnetic Environment)
指存在于给定场所的所有电磁现象的总和。
给定场所即空间。所有电磁现象包括全部时间与全部频谱。
2.电磁兼容性(Electmmagnetic Compatibiiity-EMC)
设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。
对于EMC这一概念，作为一门学科，可译为“电磁兼容”，而作为一个设备或系统的电磁兼容能力，可称为“电磁兼容性”。
由定义可以看出，EMC包括两个方面的含义，即设备或系统产生的电磁发射，不致影响其它设备或系统的功能；而本设备或系统的抗干扰能力，又足以使本设备或系统的功能不受其它干扰的影响。这就又引出了另外两个概念——电磁干扰和电磁敏感度。
3.电磁干扰(Electromagnetic Interference-EMI)
电磁骚扰引起的设备、传输信道或系统性能的下降。
所谓电磁骚扰(Electmmagnetic Disturbance)是指任何可能引起装置、设备或系统性能降低或者对有生命或元生命物质产生损害作用的电磁现象。它可能是电磁噪声、无用信号或传播媒介自身的变化，它可能引起设备或系统降级或损害，但不一定会形成后果。而电磁干扰则是由电磁骚扰引起的后果。电磁干扰是由干扰源、藕合信道和接收器三部分构成的。通常称作干扰的三要素。
根据干扰传播的途径，电磁干扰可分为辐射干扰和传导干扰。
辐射干扰(Radiated Interference)是通过空间并以电磁波的特性和规律传播的。但不是任何装置都能辐射电磁波的。
传导干扰(Conducted Interference)是沿着导体传播的干扰。所以传导干扰的传播要求在干扰源和接收器之间有一完整的电路连接。
4.电磁敏感度(Electmmagnetic SuseeptibilkrEMS)
在存在电磁骚扰的情况下，装置、设备或系统不能避免性能降低的能力。敏感度高，抗扰度低。其实二者是一个问题的两个方面，即从不同角度反映装置、设备或系统的抗干扰能力。以电平来表示，敏感度电平(刚刚开始出现性能降低时的电平)越小，说明敏感度越高，抗扰度就越低；而抗扰度电平越高，说明抗扰度也越高，敏感度就越低。
电磁敏感度也分为辐射敏感度和传导敏感度。
三、电磁干扰的危害
人们常说的射频干扰(Radio Frequency Interference-RFI)是指元线电广播范围的干扰。1934年在巴黎举行的国际无线电干扰特别委员会(CISPR)，就是第一次开始对电磁干扰及其控制技术的世界性有组织的研究。在人类进入信息化社会的今天，电磁波作为一种资源已在OHz~400GHz宽频范围内，广泛地用于信息技术产品中，如汽车、通信、计算机、家电等产品，大量地拥人社会和家庭。伴之而来的电磁干扰也就从甚低频到微波波段，无孔不入地辐射或传导至运行中的子设备或系统以及周围的环境。给设备或系统以及生态带来各种各样的危害。现就几个领域的电磁骚扰现象作简要介绍。
(一)信息技术设备的电磁干扰不容忽视
信息技术设备(Informatbn Technohgy Equipmem-ITE)是指用于以下目的的设备：
接收来自外部源的资料(如通过键盘、资料线输入)；
对接收到的资料进行某些处理；
提供资料输出。
过去，人们往往认为，计算机是以逻辑为特征的数字系统，受自身和外来电磁干扰影响不会很大。尽管在系统设计和工程实现中，也自觉或不自觉地进行着防止和消除各种干扰的工作，然而，提到掌握和运用EMC技术上来认识和研究，其意识性还欠缺。然而，随着微电子技术的发展，计算机己朝高速度、高灵敏度、高集成和多功能方向发展，系统已是含有多种元器件和许多分系统的低压传输信息的复杂设备。高速和高密，会使系统的辐射加重，低压、高灵敏度会使系统的抗扰度降低。因此，由于电磁环境的干扰和系统内部的相互窜扰，严重地威胁着计算机和数字系统工作的稳定性、可靠性和安全性。如兼容机经常出现死机的现象就是典型一例。
(二)信息技术设备的电磁泄揭威胁着信息安全
计算机的键盘、显示屏等都会使信息辐射泄漏出去。如果泄漏的是有用信息，一旦被敌方截获，将会造成巨大损失。美国是最早利用电磁辐射泄漏获取情报和重视防信息泄漏的国家。美国曾有人在纽约做过试验，将辐射信号截获设备“资料扫描仪”装在汽车上，从曼哈顿南端的贝特利公园，沿华尔街缓行，对沿途的海关大楼、联邦储备银行、世界贸易中心、市政厅、警察总局、纽约电话局以及联合国总部等单位正在工作的计算机进行辐射信号监测。惊奇地发现，纽约是一个巨大的信息库。如果截获者，对其有兴趣，便可通过放大、特征提取、解密、译码等技术或信息处理等，获得有用的情报。据资料介绍，当今的截获技术相当先进，可在1公里之内，获取清晰的屏幕图像。在通信方面，则往往是以传导波的方式泄漏和截获。因为，通信领域的信号传播方式主要是电缆、光缆和无线电波。所以，网络时代，传导形式的泄密更加严重。美国曾在20世纪70年代，一个潜水员在前苏联领海纵深内部的鄂霍次克海120米深的海底军事通信电缆上安装了一个6米长的窃听设备，它大量记录了所有经过电缆的通信信号。由于没有采取任何加密措施，而使大量军事通信情报轻易地落在了美国人手中。美国在信息泄漏的制技术方面也很高明。美国国家安全局和美国国防部从二十世纪六十年代就开始研究制定和逐步完善的防电磁泄漏标准，就是用于计算机及信息设备防信息泄漏的研究被称作Tempest技术。IBM开发的Tempest个人计算机、打印机、显示器等产品.就有明显的市场竞争力。在网络时代，信息泄漏被认为是对网络安全的最大威胁。所以，防信息泄漏已不再只是对军事领域才有意义，而在经济领域及各行各业都应引起足够的重视了。
我们都知道，在飞机上不允许使用笔记本计算机、手机和听CD片等。其原因就在于避免这些设备产生电磁骚扰。一旦电磁骚扰通过飞机上的电缆线藕合到机上的敏感设备，就可能形成干扰，使设备工作不稳，甚至失控。如果这些骚扰通过机舱的窗户向外辐射，使空间的电磁环境更加复杂，而机身上有大量的传感器和数十付天线，就会因干扰而增加飞机偏离航线或造成其它事故的可能性。本来飞机设计对电磁兼容性，尤其是抗扰性的要求就是非常高的。
现代交通工具越来越多的依赖于电子系统。对车载接收、监控和定位等电子控制系统来说，如果电磁抗扰度不够，就很容易受空间电磁环境干扰而不能正常工作，甚至失控造成事故。如气囊的保护失灵、定位错误等。铁路道岔的信号自动控制，如果因电磁干扰造成误控，将会给列车的行驶带来不堪设想的灾难。
(四)微波领域的电磁干扰
卫星地面站和雷达装置都会受到诸如：特高频波段的电视信号、核电信号等干扰。如美国正在研制的新一代大功率徽波武器，其频率在l~100GHz范围，可想，强的微波辐射将会给电子设备或系统以及生物带来多么严重的破坏和杀伤。
移动电话正在我国蓬勃发展，可是它所产生的电磁干扰给持手机的人们带来许多困扰和惊恐。目前，国家尚无关于移动电话的电磁辐射卫生标准，也无手机电磁辐射测试方法的标准.但据有关部门的初步检测和分析，认为手机的电磁辐射为点频微波辐波。手机在使用过程中，其电磁辐射以手机与基站(网)取得联系时最大，第一声铃响后，辐射逐渐减小。所以，在手机接通后的最初几秒之内，最好不要马上将手机贴耳接听。因为人的大脑和眼睛对辐射是比较敏感的，以免造成伤害。当然，在通话过程中，声调的高低、声音的大小和快慢也会使辐射有所不同。另外，手机的类型不同，天线的内置或外置，其辐射都会有些差别。
(五)EMI对医疗卫生设备或系统的危害
当今，许多医疗设备都采用了先进的电子和信息技术。这些设备的抗扰度如何，直接关系到人们的生命安危。如心脏起膊器，往往就会受到来自计算机、手机等的电磁干扰，使其功能发生变化。据说，一付由生物电控制的假肢，在高压线下受到电磁干扰后人仰车翻。所以医疗设备的电磁兼容性设计尤为重要，医疗单位的电磁环境值得关注。
另外，雷电和静电放电的危害，也属电磁危害范畴，其危害的严重性是人们多有体会和认识的。
四、坚持电磁兼容设计，确保产品质量
EMC学科的建立和一系列电磁兼容标准的制定，为我们从理论与实践的结合上实现产品或系统的电磁兼容提供了指导。
EMC设计的目标是通过EMC测试和认证。
EMC设计的最终目的是为了使我们的设备或系统能在预定的电磁环境中正常、稳定的工作，并对该电磁环境中的任何事物不构成电磁骚扰，即实现电磁兼容。
EMC设计涉及的内容很多。从原理上讲，要研究
干扰的三要素(干扰源、干扰的藕合信道和接收器)和
抑制干扰措施等。从技术来说，主要是如何运用滤波、
接地和屏蔽三大技术。
电磁兼容设计的基本原则和方法，首先是根据产品设计对EMC提出的要求和相应的指针，然后，依据电磁兼容的有关标准和规范，将设计产品的电磁兼容性指针要求分解成元器件级、电路级、模块级和产品级的指针要求，再按照各级要实现的功能要求，逐级分层次的进行设计。
电磁兼容性设计应考虑的问题很多，但从根据上讲，就是如何提高设备的抗扰度和防止电磁泄漏。通常采取的措施，一方面设备或系统本身应选用互相干扰最小的设备、电路和部件，并进行合理的布局。再就是通过接地、屏蔽及滤波技术，抑制与隔离电磁骚扰。对不同的设备或系统有不同的设计方法和措施。下面具体谈点粗浅认识。
(一)元器件的选择和电路的分析是EMC设计的基础
以计算机为例.它是以数字电路为主，以低电平传输信号的设备。所用的数字集成电路既是干扰源，又是干扰的敏感器件，以内存为代表的MOS器件就是一个典型例子。内存瞬间工作时能产生很大电流，加之工作频率可达百兆以上，因而易产生窜扰，造成误动作或通过公共阻抗干扰其它电路。但另一方面，MOS器件本身的抗扰性又很差。数字电路传送脉冲信号，产生的辐射频率范围很宽，如时钟产生器、高速逻辑电路等都会产生高频干扰和电磁泄漏，同时也会受通信、电视等频段的电磁骚扰。因此，在设计时要考虑选用抗干扰器件，合理确定指针和运用接地、屏蔽等技术。
(二)电珠系统的电磁兼容性设计
无论是信息技术设备还是无线电电子、电气产品都要有电源供电。电源有外电源和内电源，电源是典型的也是危害严重的电磁干扰源。如电网的冲击，尖峰电压可高达千伏以上，会给设备或系统带来毁灭性的破坏。另外，电源干线是多种干扰信号侵人设备的途
电网引出的交流经稳压、低通滤波、电源变压器绕组间的隔离、屏蔽以及浪涌抑制和过压过流保护等。
(三)接地系统的抗干扰设计
良好的接地可以保护设备或系统的正常操作以及人身安全。可以消除各种电磁干扰和雷击等。所以接地设计是非常重要的，但也是难度较大的课题。地线的种类很多，有逻辑地、信号地、屏蔽地、保护地等。接地的方式也可分单点接地、多点接地、混合接地和悬浮地等。理想的接地面应为零电位，各接地点之间无电位差。但实际上，任何“地”或接地线都有电阻。当有电流通过时，就会产生压降，使地线上的电位不为零，两个接地点之间就会存在地电压。当电路多点接地，井有信号联系时，就将构成地环路干扰电压。因此，接地技术十分讲究，如信号接地与电源接地要分开，复杂电路采用多点接地和公共地等。
(四)印制电路板的EMC设计
元器件、电路和地线引起的骚扰都会在印制电路板上反映出来。因此，印制电路板的EMC工程设计非常关键。印制电路板的布线要合理，如采用多层板，电源线与地线靠近，时钟线、信号线与地线的臣离要近等，以减少电路工作时引起内部噪声。严格执行印制电路板的工艺标准和规范，模拟和数字电路分层布局，以达到板上各电路之间的相互兼容。
另外，值得注意的是在进行EMC设计时，一定不能忽略对静电放电(ESD)的防护。ESD防护的关键，一是防止静电核的产生和积累，再就是阻隔ESD效应的发生。阻止披电的方法和措施很多，这里不做赘述。
五、掌握并运用EMC测试技术
EMC设计与EMC测试是相辅相成的。EMC设计的好坏是要通过EMC测试来衡量的。只有在产品的EMC设计和研制的全过程中，进行EMC的兼容性预测和评估，才能及早发现可能存在的电磁干扰，并采取必要的抑制和防护措施，从而确保系统的电磁兼容性。否则，当产品定型或系统建成后再发现不兼容的题，则需在人力、物力上花很大的代价去修改设计或采用补救的措施。然而，往往难以彻底的解决问题，而给系统的使用带来许多麻烦。
EMC测试包括测试方法、测量仪器和试验场所，测试方法以各类标准为依据，测量仪器以频域为基础，试验场地是进行EMC测试的先决条件，也是衡量EMC工作水平的重要因素。EMC检测受场地的影响很大，尤其以电磁辐射发射、辐射接收与辐射敏感度的测试对场地的要求最为严格。目前，国内外常用的试验场地有：开阔场、半电波暗室、屏蔽室和横电磁波小室等。
作为EMC测试的实验室大体有两种类型：一种是经过EMC权威机构审定和质量体系认证而且具有法定测试资格的综合性设计与测试实验室。或称检测中心。它包括有进行传导干扰、传导敏感度及静电放电敏感度测试的屏蔽室，有进行辐射敏感度测试的消声屏蔽室，有用来进行辐射发射测试的开阔场地和配备齐全的测试与控制仪器设备。要建立这样一套完善的实验室需投入几百万甚至数千万元人民币。目前，国内已有数家已建成或正在投资兴建。
另一种类型就是根据本单位的实际需要和经费情况而建立的具有一定测试功能的EMC实验室。比起大型的综合实验室，这类测试实验室规模小，造价低。主要适用于预兼容测试和EMC评估。也就是为了使产品在最后进行EMC认证之前，具有自测试和评估的手段。如有不足，还可充分利用社会成果，内外合作，相互比对和交流，以达节约开支，改进设计，不断提高产品的电磁兼容性之目的。
在测试仪器方面，以频谱分析仪为核心的自动检测系统，可以快捷、准确地提供EMC有关参数。新型的EMC扫描仪与频谱仪相结合，实现了电磁辐射的可视化。可对系统的单个元器件，PCB板、整机与电缆等进行全方位的三维测试，显示真实的电磁辐射状况。
EMC测试必须依据EMC标准和规范给出的测试方法进行，并以标准规定的极限值作为判据。对于预兼容测试，尽管不可能保证产品通过所有项目的标准测试，但至少可以消除绝大部分的电磁干扰，从而提高产品的可信度。而且能够指出你如何改进设计、抑制EMI 发射。
六、结束语
EMC作为一门多学科的高新技术，以其在质量保证体系中的重要作用而逐渐被人们所认识。坚持电磁兼容性设计，提高贯彻EMC 标准的意识性。消除电磁干扰，实现电磁兼容，从根本上提高产品的质量与可靠性。
引《东方电子网》
Chapter 3 开关电源可靠性设计研究
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（忘了出处了,表示报歉）
摘要：对影响军用PWM型开关稳压电源可靠性的因素作出较为详细的分析比较，并从工程实际出发提出一些提高开关电源可靠性的建议。
关键词：开关电源 可靠性
1 引言
电子产品，特别是军用稳压电源的设计是一个系统工程，不但要考虑电源本身参数设计，还要考虑电气设计、电磁兼容设计、热设计、安全性设计、三防设计等方面。因为任何方面那怕是最微小的疏忽，都可能导致整个电源的崩溃，所以我们应充分认识到电源产品可靠性设计的重要性。
2 开关电源电气可靠性设计
2.1 供电方式的选择
集中式供电系统各输出之间的偏差以及由于传输距离的不同而造成的压差降低了供电质量，而且应用单台电源供电，当电源发生故障时可能导致系统瘫痪。分布式供电系统因供电单元靠近负载，改善了动态响应特性，供电质量好，传输损耗小，效率高，节约能源，可靠性高，容易组成N＋1冗余供电系统，扩展功率也相对比较容易。所以采用分布式供电系统可以满足高可靠性设备的要求。
2.2 电路拓扑的选择
开关电源一般采用单端正激式、单端反激式、双管正激式、双单端正激式、双正激式、推挽式、半桥、全桥等八种拓扑。单端正激式、单端反激式、双单端正激式、推挽式的开关管的承压在两倍输入电压以上，如果按60％降额使用，则使开关管不易选型。在推挽和全桥拓扑中可能出现单向偏磁饱和，使开关管损坏，而半桥电路因为具有自动抗不平衡能力，所以就不会出现这个问题。双管正激式和半桥电路开关管的承压仅为电源的最大输入电压，即使按60％降额使用，选用开关管也比较容易。在高可靠性工程上一般选用这两类电路拓扑。
2.3 控制策略的选择
在中小功率的电源中，电流型PWM控制是大量采用的方法，它较电压控制型有如下优点：逐周期电流限制，比电压型控制更快，不会因过流而使开关管损坏，大大减小过载与短路的保护；优良的电网电压调整率；迅捷的瞬态响应；环路稳定，易补偿；纹波比电压控制型小得多。生产实践表明电流控制型的50W开关电源的输出纹波在25mV左右，远优于电压控制型。
硬开关技术因开关损耗的限制，开关频率一般在350kHz以下，软开关技术是应用谐振原理，使开关器件在零电压或零电流状态下通断，实现开关损耗为零，从而可将开关频率提高到兆赫级水平，这种应用软开关技术的变换器综合了PWM变换器和谐振变换器两者的优点，接近理想的特性，如低开关损耗、恒频控制、合适的储能组件尺寸、较宽的控制范围及负载范围，但是此项技术主要应用于大功率电源，中小功率电源中仍以PWM技术为主。
2.4 元器件的选用
因为元器件直接决定了电源的可靠性，所以元器件的选用非常重要。元器件的失效主要集中在以下四个方面：
（1)制造质量问题
质量问题造成的失效与工作应力无关。质量不合格的可以通过严格的检验加以剔除，在工程应用时应选用定点生产厂家的成熟产品，不允许使用没有经过认证的产品。
（2)元器件可靠性问题
元器件可靠性问题即基本失效率的问题，这是一种随机性质的失效，与质量问题的区别是元器件的失效率取决于工作应力水平。在一定的应力水平下，元器件的失效率会大大下降。为剔除不符合使用要求的元器件，包括电参数不合格、密封性能不合格、外观不合格、稳定性差、早期失效等，应进行筛选试验，这是一种非破坏性试验。通过筛选可使元器件失效率降低1～2个数量级，当然筛选试验代价(时间与费用)很大，但综合维修、后勤保障、整架联试等还是合算的，研制周期也不会延长。电源设备主要元器件的筛选试验一般要求：
①电阻在室温下按技术条件进行100％测试，剔除不合格品。
②普通电容器在室温下按技术条件进行100％测试，剔除不合格品。
③接插件按技术条件抽样检测各种参数。
④半导体器件按以下程序进行筛选：
筛选结束后应计算剔除率Q
Q=(n / N)×100%
式中：N——受试样品总数；
n——被剔除的样品数；
如果Q超过标准规定的上限值，则本批元器件全部不准上机，并按有关规定处理。
在符合标准规定时，则将筛选合格的元器件打漆点标注，然后入专用库房供装机使用。
（3)设计问题
首先是恰当地选用合适的元器件：
①尽量选用硅半导体器件，少用或不用锗半导体器件。
②多采用集成电路，减少分立器件的数目。
③开关管选用MOSFET能简化驱动电路，减少损耗。
④输出整流管尽量采用具有软恢复特性的二极管。
⑤应选择金属封装、陶瓷封装、玻璃封装的器件。禁止选用塑料封装的器件。
⑥集成电路必须是一类品或者是符合MIL－M－38510、MIL－S－19500标准B－1以上质量等级的军品。
⑦设计时尽量少用继电器，确有必要时应选用接触良好的密封继电器。
⑧原则上不选用电位器，必须保留的应进行固封处理。
⑨吸收电容器与开关管和输出整流管的距离应当很近，因流过高频电流，故易升温，所以要求这些电容器具有高频低损耗和耐高温的特性。
在潮湿和盐雾环境下，铝电解电容会发生外壳腐蚀、容量漂移、漏电流增大等情况，所以在舰船和潮湿环境，最好不要用铝电解电容。由于受空间粒子轰击时，电解质会分解，所以铝电解电容也不适用于航天电子设备的电源中。
钽电解电容温度和频率特性较好，耐高低温，储存时间长，性能稳定可靠，但钽电解电容较重、容积比低、不耐反压、高压品种(>125V)较少、价格昂贵。
关于降额设计：
电子元器件的基本失效率取决于工作应力(包括电、温度、振动、冲击、频率、速度、碰撞等)。除个别低应力失效的元器件外，其它均表现为工作应力越高，失效率越高的特性。为了使元器件的失效率降低，所以在电路设计时要进行降额设计。降额程度，除可靠性外还需考虑体积、重量、成本等因素。不同的元器件降额标准亦不同，实践表明，大部分电子元器件的基本失效率取决于电应力和温度，因而降额也主要是控制这两种应力，以下为开关电源常用元器件的降额系数：
①电阻的功率降额系数在0.1～0.5之间。
②二极管的功率降额系数在0.4以下，反向耐压在0.5以下。
③发光二极管电压降额系数在0.6以下，功率降额系数在0.6以下。
④功率开关管电压降额系数在0.6以下，电流降额系数在0.5以下。
⑤普通铝电解电容和无极性电容的电压降额系数在0.3～0.7之间。
⑥钽电容的电压降额系数在0.3以下。
⑦电感和变压器的电流降额系数在0.6以下。
（4)损耗问题
损耗引起的元器件失效取决于工作时间的长短，与工作应力无关。铝电解电容长期在高频下工作会使电解液逐渐损失，同时容量亦同步下降，当电解液损失40％时，容量下降20％；电解液损失0％时，容量下降40％，此时电容器芯子已基本干涸，不能再予使用。为防止发生故障，一般情况下应在图纸上标明铝电解电容器更换的时间，到期强迫更换。
2.5 保护电路的设置
为使电源能在各种恶劣环境下可靠地工作，应设置多种保护电路，如防浪涌冲击、过压、欠压、过载、短路、过热等保护电路。
3 电磁兼容性(EMC)设计
开关电源因采用脉冲宽度调制(PWM)技术，其脉冲波形呈矩形，上升沿与下降沿均包含大量的谐波成分，另外输出整流管的反向恢复也会产生电磁干扰(EMI)，这是影响可靠性的不利因素，因而使电磁兼容性成为系统的重要问题。
如图1所示，产生电磁干扰有三个必要条件：干扰源、传输介质、敏感的接收单元，EMC设计就是破坏这三个条件中的一个。
图1形成电磁干扰的三个条件
屏蔽技术、接地技术、密封技术等。EMI按传播途径分为传导干扰和辐射干扰。传导噪声的频率范围很宽，从10kHz～30MHz，我们虽然知道产生干扰的原因，但从效率上来讲，通过控制脉冲波形的上升与下降时间来解决未必是一个好办法，解决办法之一是加装电源EMI滤波器、输出滤波器及吸收电路，参见图2。电源EMI滤波器实际上是一种低通滤波器，它毫无衰减地把50Hz或400Hz交流电能传递给电子设备，却大大衰减传入的干扰信号，同时又能抑制设备本身产生的干扰信号，防止它窜入电网，危害公网其它设备。选择EMI滤波器是根据插入损耗的大小来选择滤波器网络结构和元器件参数，根据实际要求选择额定电压、额定电流、漏电流、绝缘电阻、温度条件等参数。电源EMI滤波器最好安装在机壳电源线进口的插座附近。抑制输出噪声的对策基本上按10kHz～150kHz、150kHz～10MHz、10MHz以上三个频段来解决。10kHz～150kHz范围内主要是常态噪声，一般采用通用LC滤波器来解决。150kHz～10MHz范围内主要是共模成分的噪声，通常采用共模抑制滤波器来解决。共模扼流圈要采用导磁率高、频率特性较佳的铁氧体磁性材料，电感量在（1～2）mH、电容量在3300pF～4700pF之间，如果控制低频段的噪声，可以适当加大LC的取值。在10MHz以上频率段的对策是改进滤波器的外形。输出整流二极管的反向恢复也会引起电磁干扰，这种情况可以采用RC吸收电路来抑制电流的上升率，通常R在(2～20)Ω之间，C在1000pF～10nF之间，C应选用高频瓷介电容。
良好的布局和布线技术也是控制噪声的一个重要手段。为减少噪声的发生和防止由噪声导致的误动作，应注意以下几点：
①尽量缩小由高频脉冲电流所包围的面积。
②缓冲电路尽量贴近开关管和输出整流二极管。
③脉冲电流流过的区域远离输入输出端子，使噪声源和出口分离。
④控制电路和功率电路分开，采用单点接地方式，大面积接地容易引起天线作用，所以建议不要采用大面积接地方式。
⑤必要时可以将输出滤波电感安置在地回路上。
⑥采用多只低ESR（等效串联电阻）的电容并联滤波。
⑦采用铜箔进行低感低阻配线。
⑧相邻印制线之间不应有过长的并行线，走线尽量避免平行，采用垂直交叉方式，线宽不要突变，也不要突然拐角。禁止环形走线。
⑨滤波器的输入和输出线必须分开。禁止将开关电源的输入线和输出线捆扎在一起。
对于辐射干扰主要应用密封屏蔽技术，在结构上实行电磁封闭，要求外壳各部分之间具有良好的电磁接触，以保证电磁的连续性。目前为减少重量大都采用铝合金外壳，但铝合金导磁性能差，因而外壳需要镀一层镍或喷涂导电漆，内壁贴覆高导磁率的屏蔽材料。外壳永久连接处用导电胶粘牢或采用连续焊缝结构，需拆卸的可以用导电橡胶条压紧来保证电磁连续性。导电材料要求导电性能高、有弹性、具有最小的宽厚比。
4 电源设备可靠性热设计
除了电应力之外，温度是影响设备可靠性最重要的因素。电源设备内部的温升将导致元器件的失效，当温度超过一定值时，失效率将呈指数规律增加，温度超过极限值时将导致元器件失效。国外统计资料表明电子元器件温度每升高2℃，可靠性下降10％；温升50℃时的寿命只有温升25℃时的1/6。需要在技术上采取措施限制机箱及元器件的温升，这就是热设计。热设计的原则，一是减少发热量，即选用更优的控制方式和技术，如移相控制技术、同步整流技术等，另外就是选用低功耗的器件，减少发热器件的数目，加大加粗印制线的宽度，提高电源的效率。二是加强散热，即利用传导、辐射、对流技术将热量转移，这包括采用散热器、风冷(自然对流和强迫风冷)、液冷(水、油)、热电致冷、热管等方法。
强迫风冷的散热量比自然冷却大十倍以上，但是要增加风机、风机电源、联锁装置等，这不仅使设备的成本和复杂性增加，而且使系统的可靠性下降，另外还增加了噪声和振动，因而在一般情况下应尽量采用自然冷却，而不采用风冷、液冷之类的冷却方式。在元器件布局时，应将发热器件安放在下风位置或在印制板的上部，散热器采用氧化发黑工艺处理，以提高辐射率，不允许用黑漆涂覆。喷涂三防漆后会影响散热效果，需要适当加大裕量。散热器安装器件的平面要求光滑平整，一般在接触面涂上硅脂以提高导热率。变压器和电感线圈应选用较粗的导线来抑制温升。
5 安全性设计
对于电源而言，安全性历来被确定为最重要的性能之一，不安全的产品不但不能完成规定的功能，而且还有可能发生严重事故，造成机毁人亡的巨大损失。为保证产品具有相当高的安全性，必须进行安全性设计。电源产品安全性设计的内容主要是防止触电和烧伤。
对于商用设备市场，具有代表性的安全标准有UL、CSA、VDE等，内容因用途而异，容许泄漏电流在0.5mA～5mA之间，我国军用标准GJB1412规定的泄漏电流小于5mA。电源设备对地泄漏电流的大小取决于EMI滤波器电容Cy的容量，如图2所示。从EMI滤波器角度出发电容Cy的容量越大越好，但从安全性角度出发电容Cy的容量越小越好，电容Cy的容量根据安全标准来决定。若电容Cx的
头座原则上产品端(非电源端)为针，电网端(电源端)为孔；电源设备之输入端为针，输出端为孔。
为了防止烧伤，对于可能与人体接触的暴露部件(散热器、机壳等)，当环境温度为25℃时，其最高温度不应超过60℃，面板和手动调节部分的最高温度不超过50℃。
6 三防设计
三防设计是指防潮设计、防盐雾设计和防霉菌设计。
在设计时，对于密封有要求的元器件应采取密封措施；对于不可修复的组合装置可采用环氧树脂灌封；所用元器件、原材料的吸湿度应较小，不得使用含有棉、麻、丝等易霉制品；对密封机箱、机柜应设置防护网，以防昆虫和啮齿动物进入；直接暴露在大气中装置的外顶部不应采用凹陷结构，避免积水导致腐蚀；可以选用耐蚀材料，再通过镀、涂或化学处理使电子设备及其零部件的表面覆盖一层金属或非金属保护膜，隔离周围介质；在结构上采用密封或半密封形式来隔绝外部不利环境；对印制板及组件表面涂覆专用的三防清漆可以有效地避免导线之间的电晕、击穿，提高电源的可靠性；电感、变压器应进行浸漆、端封，以防潮气进入引发短路事故。
7 结语
以上建议只适用于军用电源，对于商用和工业用产品可以在某些方面作出不同的选择。总之，电源设备可靠性的高低，不仅与电气设计，而且同元器件、结构、装配、工艺、加工质量等方面有关。可靠性是以设计为基础，在实际工程应用上，还应通过各种试验取得反馈资料来完善设计，进一步提高电源的可靠性。
Chapter 4 印刷布线图的基本设计方法和原则要求
一、印刷线路组件布局结构设计讨论
一台性能优良的仪器，除选择高质量的元器件，合理的电路外，印刷线路板的组件布局和电气联机方向的正确结构设计是决定仪器能否可靠工作的一个关键问题，对同一种组件和参数的电路，由于组件布局设计和电气联机方向的不同会产生不同的结果，其结果可能存在很大的差异。因而，必须把如何正确设计印刷线路板组件布局的结构和正确选择布线方向及整体仪器的工艺结构三方面联合起来考虑，合理的工艺结构，既可消除因布线不当而产生的噪声干扰，同时便于生产中的安装、调试与检修等。
下面我们针对上述问题进行讨论，由于优良“结构”没有一个严格的“定义”和“模式”，因而下面讨论，只起抛砖引玉的作用，仅供参考。每一种仪器的结构必须根据具体要求（电气性能、整机结构安装及面板布局等要求），采取相应的结构设计方案，并对几种可行设计方案进行比较和反复修改。
印刷板电源、地总线的布线结构选择----系统结构：模拟电路和数字电路在组件布局图的设计和布线方法上有许多相同和不同之处。模拟电路中，由于放大器的存在，由布线产生的极小噪声电压，都会引起输出信号的严重失真，在数字电路中，TTL噪声容限为0.4V～0.6V,CMOS噪声容限为Vcc的0.3～0.45倍,故数字电路具有较强的抗干扰的能力。
良好的电源和地总线方式的合理选择是仪器可靠工作的重要保证，相当多的干扰源是通过电源和地总线产生的，其中地线引起的噪声干扰最大。
二、印刷电路板图设计的基本原则要求
１．印刷电路板的设计，从确定板的尺寸大小开始，印刷电路板的尺寸因受机箱外壳大小限制，以能恰好安放入外壳内为宜，其次，应考虑印刷电路板与外接元器件（主要是电位器、插口或另外印刷电路板）的连接方式。印刷电路板与外接组件一般是通过塑料导线或金属隔离线进行连接。但有时也设计成插座形式。即：在设备内安装一个插入式印刷电路板要留出充当插口的接触位置。
对于安装在印刷电路板上的较大的组件，要加金属附件固定，以提高耐振、耐冲击性能。
２．布线图设计的基本方法
首先需要对所选用组件器及各种插座的规格、尺寸、面积等有完全的了解；对各部件的位置安排作合理的、仔细的考虑，主要是从电磁场兼容性、抗干扰的角度，走线短，交叉少，电源，地的路径及去耦等方面考虑。各部件位置定出后，就是各部件的联机，按照电路图连接有关引脚，完成的方法有多种，印刷线路图的设计有计算机辅助设计与手工设计方法两种。
最原始的是手工排列布图。这比较费事，往往要反复几次，才能最后完成，这在没有其它绘图设备时也可以，这种手工排列布图方法对刚学习印刷板图设计者来说也是很有帮助的。计算机辅助制图，现在有多种绘图软件，功能各异，但总的说来，绘制、修改较方便，并且可以存盘贮存和打印。
接着，确定印刷电路板所需的尺寸，并按原理图，将各个元器件位置初步确定下来，然后经过不断调整使布局更加合理，印刷电路板中各组件之间的接线安排方式如下：
（１）印刷电路中不允许有交叉电路，对于可能交叉的线条，可以用“钻”、“绕”两种办法解决。即，让某引线从别的电阻、电容、三极管脚下的空隙处“钻”过去，或从可能交叉的某条引线的一端“绕”过去，在特殊情况下如何电路很复杂，为简化设计也允许用导线跨接，解决交叉电路问题。
（２）电阻、二极管、管状电容器等组件有“立式”，“卧式”两种安装方式。立式指的是组件体垂直于电路板安装、焊接，其优点是节省空间，卧式指的是组件体平行并紧贴于电路板安装，焊接，其优点是组件安装的机械强度较好。这两种不同的安装组件，印刷电路板上的组件孔距是不一样的。
（３）同一级电路的接地点应尽量靠近，并且本级电路的电源滤波电容也应接在该级接地点上。特别是本级晶体管基极、发射极的接地点不能离得太远，否则因两个接地点间的铜箔太长会引起干扰与自激，采用这样“一点接地法”的电路，工作较稳定，不易自激。
（４）总地线必须严格按高频－中频－低频一级级地按弱电到强电的顺序排列原则，切不可随便翻来复去乱接，级与级间宁肯可接线长点，也要遵守这一规定。特别是变频头、再生头、调频头的接地线安排要求更为严格，如有不当就会产生自激以致无法工作。 调频头等高频电路常采用大面积包围式地线，以保证有良好的屏蔽效果。
（５）强电流引线（公共地线，功放电源引线等）应尽可能宽些，以降低布线电阻及其电压降，可减小寄生耦合而产生的自激。
（６）阻抗高的走线尽量短，阻抗低的走线可长一些，因为阻抗高的走线容易发笛和吸收信号，引起电路不稳定。电源线、地线、无反馈组件的基极走线、发射极引线等均属低阻抗走线，射极跟随器的基极走线、收录机两个声道的地线必须分开，各自成一路，一直到功效末端再合起来，如两路地线连来连去，极易产生串音，使分离度下降。
三、印刷板图设计中应注意下列几点
１．布线方向：从焊接面看，组件的排列方位尽可能保持与原理图相一致，布线方向最好与电路图走线方向相一致，因生产过程中通常需要在焊接面进行各种参数的检测，故这样做便于生产中的检查，调试及检修（注：指在满足电路性能及整机安装与面板布局要求的前提下）。
２．各组件排列，分布要合理和均匀，力求整齐，美观，结构严谨的工艺要求。
３．电阻，二极管的放置方式：分为平放与竖放两种：
（１）平放：当电路组件数量不多，而且电路板尺寸较大的情况下，一般是采用平放较好；对于1/4W以下的电阻平放时,两个焊盘间的距离一般取4/10英寸，1/2W的电阻平放时,两焊盘的间距一般取5/10英寸；二极管平放时，1N400X系列整流管,一般取3/10英寸;1N540X系列整流管,一般取4～5/10英寸。
（２）竖放：当电路组件数较多，而且电路板尺寸不大的情况下，一般是采用竖放，竖放时两个焊盘的间距一般取1～2/10英寸。
４．电位器：IC座的放置原则
（１）电位器：在稳压器中用来调节输出电压，故设计电位器应满中顺时针调节时输出电压升高，反时针调节器节时输出电压降低；在可调恒流充电器中电位器用来调节充电电流折大小，设计电位器时应满中顺时针调节时，电流增大。
电位器安放位轩应当满中整机结构安装及面板布局的要求，因此应尽可能放轩在板的边缘，旋转柄朝外。
（２）IC座：设计印刷板图时，在使用IC座的场合下，一定要特别注意IC座上定位槽放置的方位是否正确，并注意各个IC脚位是否正确，例如第1脚只能位于IC座的右下角线或者左上角，而且紧靠定位槽（从焊接面看）。
５．进出接线端布置
（１）相关联的两引线端不要距离太大，一般为2～3/10英寸左右较合适。
（２）进出线端尽可能集中在1至2个侧面，不要太过离散。
６．设计布线图时要注意管脚排列顺序，组件脚间距要合理。
７．在保证电路性能要求的前提下，设计时应力求走线合理，少用外接跨线，并按一定顺充要求走线，力求直观，便于安装，高度和检修。
８．设计布线图时走线尽量少拐弯，力求线条简单明了。
９．布线条宽窄和线条间距要适中，电容器两焊盘间距应尽可能与电容引线脚的间距相符；
１０．设计应按一定顺序方向进行，例如可以由左往右和由上而下的顺序进行
Chapter 5 无线设计中的电磁干扰频蔽新外
?开口提供了电磁干扰的泄漏信道
?在封装上使用电磁干扰垫圈
?电路板级电磁干扰屏蔽
无线接收机和发射机有意或无意地辐射电磁(EM)信号：无意的辐射来自导线、电路板印制线迹和其它传导源周围的电磁场。这些发射源的电压或电流转换频率决定了无意信号的频率。这些信号辐射到周围区域并耦合到附近的信号线、电缆以及其它导体上。
通过良好的电路设计及电路板布线可将这种辐射减至最小。具有独立接地层的多层印刷电路板也是减少这种辐射的有效方法。同时还应避免不必要的快速时钟波形上升时间。然而，当无线设备的工作频率在800 MHz或更高时，波长会变得很短。许多电路板印制线迹都有一定长度，因而容易成为四分之一或二分之一波长的天线。因此，在降低电路板级辐射的同时，还需要采取电磁干扰的屏蔽防护措施。
图 1: 加入屏蔽罩后电磁干扰的衰减
用带电罩壳防护电磁干扰的工作原理如下：当在电磁发射源和需保护的电路之间插入一高导电性金属时，该金属会反射和吸收部分辐射电场(图 1)。反射或吸收的量取决于多种不同因素。这些因素包括辐射的频率和波长、金属材料本身的导电性和渗透性以及该金属与发射源的距离等。在高频发射时，电磁防护材料的厚度并非是一个重要因素。用于无线设备的罩壳防护通常是简单的金属薄片或箔层(通常称之为“屏蔽罩”)。它可以是六边形的金属罩或金属化的塑料罩(称之为"法拉第笼")。在无线系统中，法拉第屏蔽罩非常普遍。防护罩必须与其底盘紧密结合并有效接地。可在塑料封罩上涂上导电性涂层使之金属化，以做成一个法拉第笼(见导电性油漆屏蔽塑料封罩)。大部分导电性涂层由充满金属粒子的丙烯酸树脂组成。金属电镀覆盖塑料壳体也可作为另一种屏蔽系统。
开口提供了电磁干扰的泄漏信道
罩壳式抗电磁干扰系统的性能可以达到一定程度。该系统可能是导电涂层、电镀层、箔层或模压层。但实际可获得的抗干扰性能则取决于连接各种器件与系统的开口种类，如冷却系统、输入/输出(I/O)连接器及电源、其它所需要的通路。当槽缝的开口长度接近于局部辐射信号波长时，便会成为电磁干扰泄漏的信道。
以工作频率为900MHz的无线设备为例。其基波波长约为33cm。以基频的十次谐波发射是很常见的。在这种情况下，十次谐波为9GHz，波长3.3cm。如果用含该尺寸槽型开口的法拉第笼屏蔽该设备则性能会有所下降。
一般而言，槽型开口出现在屏蔽罩的接缝处。也可能出现在屏蔽罩的两肋或屏蔽罩与电路板地线之间的隔离墙处。用可压缩或可变形的导电性电磁干扰垫圈可将不规则的缝隙转化为连续的、低阻抗的接口。
在封装上使用电磁干扰垫圈
现在，对于低成本的电磁干扰垫圈及其应用方法有了更多的选择。当需要小而精确的横截面时可用充满镀银或镀镍颗粒的导电性人造橡胶。在户外，当既需要环境密封又需要电磁干扰屏蔽时，这种材料比较有效。在模压金属屏蔽罩中常使用机织金属线网格垫圈。它们可以蚀透表面的氧化物及杂质。当间隙相对较大时，可使用带柔软泡沫核的导电织物。因为它们较柔软，适合于闭合力较小的应用场合。可以用铍铜弹簧销来密封那些需要考虑剪切力的门缝。所选垫圈种类不同，其安装方法也有所不同。可以使用压敏胶带(PSA)或粘贴带。可以通过摩擦将垫圈塞入凹槽或加热导电性的人造橡胶使之固化到盖子或橡胶固定架上。电磁干扰垫圈也可以用于自动装配成形(robotic form-in-place)的涂敷工艺中。
图 2: 在封闭压力下，以泡沫核为基体的导电织物、金属箔或金属丝网垫圈可提供电磁干扰屏蔽
自动装配成形技术可将导电性人造橡胶电磁干扰垫圈用于无线手机的密封部件(图2)。利用这种自动工艺技术，可以将导电人造橡胶化合物涂敷到金属或金属化塑料密封罩上，其涂敷精度极高，且结合力强，可沿三个轴向编程。它们可补偿注塑或铸造金属封闭罩表面的不均匀性。
由于横截面很小，可以通过自动装配成形技术对宽度为0.76 mm的垫圈垫片边缘进行涂敷。这使得人们可以设计更紧凑的封装。从而为电路板组件提供了更多的空间。自动成形的电磁干扰垫圈可以±0.10 mm的高度公差装配到普通无线屏蔽罩材料上。
中空或实心挤压导电人造橡胶可以用于无线防护罩的入口、外盖及面板。这些垫圈既可用于电磁干扰防护也可用于环境密封。它们特别适合户外使用。人造橡胶挤压适用于小密封力的情形和许多装配系统。通用的导电人造橡胶的成分允许选择UL94V-0额定值的易燃及耐腐蚀材料。某些导电性填充物可以蚀透薄氧化物表层或铬酸盐涂层。这为密封罩提供了更好的导电接触。
图 3: 在狭窄或不平坦的封装表面上，利用自动成形技术可精确涂敷导电人造橡胶电磁干扰垫圈。因此可进行更高密度的封装设计，从而为印刷电路板提供更大的空间。
在一些实际应用中，密封罩的封闭力不大或需要的垫圈偏转较大。通常可选择带泡沫核的垫圈(图3)。以泡沫为基
体的电磁干扰垫圈其核心通常是由开放的或闭合的单元尿烷或热塑性材料制造而成。导电性外层材料包围着泡沫核。这种外层材料由镀金的梭织物、针织镀银尼龙纱、强化玻璃纤维箔片或针织金属丝网制成。
泡沫核电磁干扰垫圈几乎和导电性人造橡胶一样通用。它们可做成各种各样的形状。其中包括连续的胶带和已切割定型的复杂样式，用于屏蔽输入/输出连接器面板。
针织金属丝网垫圈也可用于无线屏蔽设计的需要。当垫圈被装配到由金属浇铸的罩壳中的凹槽时，镀锡钢丝针织垫圈会产生一种类似于弹簧的弹性力。现在的金属丝网垫圈在很小的封闭力下可偏转80%。这使得人们可以使用低成本的封闭罩固定系统。
装有金属销的垫圈提高了抗电磁干扰的有效性。它们会产生弹性销擦拭运动并且具有较小的闭合特性。这种垫圈使用线性锯齿销，可用来作为垫圈片或单独用于接地。它们用铍铜(BeCu)制成。装有金属销的垫圈有很高的弹性并且耐预紧压力。它们通常用于需考虑剪切力的门缝口。
电路板级电磁干扰屏蔽
图 4:带导电人造橡胶垫圈的小型电镀塑料屏蔽罩。外盖直接安装到印刷电路板的地线上，可保证电路间电磁绝缘并防止电磁辐射泄漏。
对于印刷电路板级的电磁干扰屏蔽，可以采取新型屏蔽技术。这种技术包含一块小的金属电镀塑料防护盖(图4)。防护盖从需保护的电路上方直接安装到到印刷电路板的一端。其性能就象一个完整的人造橡胶垫圈一样。垫圈可充分偏转以保持连续的低阻抗信道。人造橡胶垫圈直接浇铸到塑料盖镀有镍铜的边缘区域。
用这种电路板防护罩，可以屏蔽电磁干扰，防止信号辐射。也可以用一个或多个金属屏蔽罐来代替。金属罐被安装到焊在电路板接地线迹上的隔离墙上。这种屏蔽罐系统通常成本较高而且费时。
也可以尝试使用特殊配方的人造橡胶，它们被精确浇铸到薄壁塑料定位架上。这种部件提供了小尺寸封装无线应用电路板的连续接地。
机械封装会严重影响到电磁干扰屏蔽系统的选择。压变性质、环境要求、结合表面的光洁度及垫圈的安装方法都很重要。无线器件及设备的封装精度越来越高。随着工作频率的提高，抗电磁干扰材料的生产厂商需要不断地开发性能好、成本低的新产品。
附栏
导电涂料屏蔽塑料基架
带塑料壳套的电子设备，如蜂窝电话，如果塑料壳未受屏蔽保护也会产生电磁干扰问题。
有许多低成本的导电涂料可资利用，它们都可以用手工或自动工艺来使用。最新的抗电磁干扰涂料是包含有镀银铜颗粒的单组分丙烯酸树脂。它们无需稀释就可直接喷涂。可以采用高容量/低压自动喷射系统。这种材料固化后，涂层在安装和操作过程中可耐磨损(图5)。另一
种喷涂导电涂层是电镀涂层塑料部件。合适的塑料部件内表面可电镀镍或铜。
在塑料机壳部件加上了屏蔽罩之后，通常要求部件交接处的导电性垫圈能防止电磁干扰泄漏。
有多种有效的电磁干扰垫圈可供选择。对于体积大的部件，自动成形的导电人造橡胶垫圈是一种有效的选择。它们可自动装配。垫圈可粘贴到喷涂过的表面上，也可应用于薄塑料壁上。
自动垫圈涂敷系统可与自动喷涂系统结合应用。
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Chapter 6 表面安装PCB设计工艺简析
烽火通信股份有限公司 鲜飞
摘 要 表面安装技术在许多电子产品的生产制造中被大量采用，本文就表面安装PCB设计时需考虑的一些制造工艺性问题进行了阐述，给SMT设计人员提供一个参考。
关键词 印制板 基准标志 导通孔 波峰焊 再流焊 可测性设计
以前的电子产品，“插件＋手焊”是PCB板的基本工艺过程，因而对PCB板的设计要求也十分单纯，随着表面安装技术的引入，制造工艺逐步溶于设计技术之中，对PCB板的设计要求就越来越苛刻，越来越需要统一化、规范化。产品开发人员在设计之初除了要考虑电路原理设计的可行性，同时还要统筹考虑PCB的设计和板上布局、工艺工序流程的先后次序及合理安排。本文结合作者多年的生产实践经验，对表面安装PCB设计中的制造工艺性问题进行了总结，提出来供广大设计人员参考。
一、焊接方式与PCB整体设计
再流焊几乎适用于所有贴装组件的焊接，波峰焊则只适用于焊接矩形片状元件、圆柱形元器件、SOT等和较小的SOP（管脚数少于28、脚间距1mm以上）。
鉴于生产的可操作性，PCB整体设计尽可能按以下顺序优化：
（１）单面混装，即在PCB单面布放贴片组件或插装组件。
（２）两面贴装，PCB单面或两面均布放贴片组件。
（３）双面混装，PCB Ａ面布放贴装组件和插装组件，Ｂ面布放适合于波峰焊的贴片组件。
根据上述推荐的PCB设计，以双面混装（如摄像机）为例，我们就可以设计如下生产工艺流程：
图1 双面混装PCB生产工艺流程
二、PCB基板的选用原则
装载SMD的基板，根据SMD的装载形式，对基板的性能要求有以下几点：
外观要求：基板外观应光滑平整，不可有翘曲或高低不平，基板表面不得出现裂纹，伤痕，锈斑等不良。
热膨胀系数的关系：表面贴装组件的组装形态会由于基板受热后的胀缩应力对组件产生影响，如果热膨胀系数的不同。这个应力会很大，造成组件接合部电极的剥离，降低产品的可靠性，一般组件尺寸小于 3.2×1.6mm时，只遭受部分应力，尺寸大于3.2×1.6mm时，就必须注意这个问题。
导热系数的关系：贴装与基板上的集成电路等期间，工作时的热量主要通过基板给予扩散，在贴装电路密集，发热量大时，基板必须具有高的导热系数。
耐热性的关系：由于表面贴装工艺要求，一块基板至组装结束，可能会经过数次焊接过程，通常耐焊接热要达到260℃，10秒的要求。
作为一个电子工程师设计电路是一项必备的硬功夫，但是原理设计再完美，如果电路板设计不合理性能将大打折扣，严重时甚至不能正常工作。根据我的经验，我总结出以下一些ＰＣＢ设计中应该注意的地方，希望能对您有所启示。 不管用什么软件，ＰＣＢ设计有个大致的程序，按顺序来会省时省力，因此我将按制作流程来介绍一下。（由于ｐｒｏｔｅｌ界面风格与ｗｉｎｄｏｗｓ视窗接近，操作习惯也相近，且有强大的仿真功能，使用的人比较多，将以此软件作说明。） 原理图设计是前期准备工作，经常见到初学者为了省事直接就去画ＰＣＢ板了，这样将得不偿失，对简单的板子，如果熟练流程，不妨可以跳过。但是对于初学者一定要按流程来，这样一方面可以养成良好的习惯，另一方面对复杂的电路也只有这样才能避免出错。 在画原理图时，层次设计时要注意各个文件最后要连接为一个整体，这同样对以后的工作有重要意义。由于，软件的差别有些软件会出现看似相连实际未连（电气性能上）的情况。如果不用相关检测工具检测，万一出了问题，等板子做好了才发现就晚了。因此一再强调按顺序来做的重要性，希望引起大家的注意。 原理图是根据设计的项目来的，只要电性连接正确没什么好说的。下面我们重点讨论一下具体的制板程序中的问题。 ｌ、制作物理边框 封闭的物理边框对以后的元件布局、走线来说是个基本平台，也对自动布局起着约束作用，否则，从原理图过来的元件会不知所措的。但这里一定要注意精确，否则以后出现安装问题麻烦可就大了。还有就是拐角地方最好用圆弧，一方面可以避免尖角划伤工人，同时又可以减轻应力作用。以前我的一个产品老是在运输过程中有个别机器出现面壳ＰＣＢ板断裂的情况，改用圆弧后就好了。 ２、元件和网络的引入 把元件和网络引人画好的边框中应该很简单，但是这里往往会出问题，一定要细心地按提示的错误逐个解决，不然后面要费更大的力气。这里的问题一般来说有以下一些：元件的封装形式找不到，元件网络问题，有未使用的元件或管脚，对照提示这些问题可以很快搞定的。 ３、元件的布局 元件的布局与走线对产品的寿命、稳定性、电磁兼容都有很大的影响，是应该特别注意的地方。一般来说应该有以下一些原则： ３．ｌ放置顺序 先放置与结构有关的固定位置的元器件，如电源插座、指示灯、开关、连接件之类，这些器件放置好后用软件的ＬＯＣＫ功能将其锁定，使之以后不会被误移动。再放置线路上的特殊元件和大的元器件，如发热元件、变压器、IC等。最后放置小器件。 ３．２注意散热
[讨论]今天终于弄懂了PCB高速电路板设计的方法和技巧受益匪浅啊 电容, 最大功率, 技巧 高速电路设计技术阻抗匹配是指负载阻抗与激励源内部阻抗互相适配，并且得到最大功率输出的一种工作状态。高速PCB布线时，为了防止信号的反射，要求线路的阻抗为50Ω。这是个大约的数字，一般规定同轴电缆基带50Ω，频带75Ω，对绞线则为100Ω，只是取整数而已，为了匹配方便。根据具体的电路分析采用并行AC端接，使用电阻和电容网络作为端接阻抗，端接电阻R要小于等于传输线阻抗Z0，电容C必须大于100pF，推荐使用0.1UF的多层陶瓷电容。电容有阻低频、通高频的作用，因此电阻R不是驱动源的直流负载，故这种端接方式无任何直流功耗。 串扰是指当信号在传输线上传播时，因电磁耦合对相邻的传输线产生不期望的电压噪声干扰。耦合分为容性耦合和感性耦合，过大的串扰可能引起电路的误触发，导致系统无法正常工作。根据串扰的一些特性，可以归纳出几种减小串扰的方法： 1、加大线间距，减小平行长度，必要时采用jog 方式布线。 2、高速信号线在满足条件的情况下，加入端接匹配可以减小或消除反射，从而减小串扰。 3、对于微带传输线和带状传输线，将走线高度限制在高于地线平面范围要求以内，可以显著减小串扰。 4、在布线空间允许的条件下，在串扰较严重的两条线之间插入一条地线，可以起到隔离的作用，从而减小串扰。传统的PCB设计由于缺乏高速分析和仿真指导，信号的质量无法得到保证，而且大部分问题必须等到制版测试后才能发现。这大大降低了设计的效率，提高了成本，在激烈的市场竞争下显然是不利的。于是针对高速PCB设计，业界人士提出了一种新的设计思路，成为“自上而下”的设计方法，经过多方面的方针分析和优化，避免了绝大部分可能产生的问题，节省了大量的时间，确保满足工程预算，产生高质量的印制板，避免繁琐而高耗的测试检错等。利用差分线传输数字信号就是高速数字电路中控制破坏信号完整性因素的一项有效措施。在印制电路板（PCB抄板）上的差分线，等效于工作在准TEM模的差分的微波集成传输线对。其中，位于PCB顶层或底层的差分线等效于耦合微带线，位于多层PCB内层的差分线，等效于宽边耦合带状线。数字信号在差分线上传输时是奇模传输方式，即正负两路信号的相位差是180，而噪声以共模的方式在一对差分线上耦合出现，在接受器中正负两路的电压或电流相减，从而可以获得信号消除共模噪声。而差分线对的低压幅或电流驱动输出实现了高速集成低功耗的要求。
P C B电路板设计注意 事项
作为一个电子工程师设计电路是一项必备的硬功夫，但是原理设计再完美，如果电路板设计不合理性能将大打折扣，严重时甚至不能正常工作。根据我的经验，我总结出以下一些ＰＣＢ设计中应该注意的地方，希望能对您有所启示。 不管用什么软件，ＰＣＢ设计有个大致的程序，按顺序来会省时省力，因此我将按制作流程来介绍一下。（由于ｐｒｏｔｅｌ界面风格与ｗｉｎｄｏｗｓ视窗接近，操作习惯也相近，且有强大的仿真功能，使用的人比较多，将以此软件作说明。） 原理图设计是前期准备工作，经常见到初学者为了省事直接就去画ＰＣＢ板了，这样将得不偿失，对简单的板子，如果熟练流程，不妨可以跳过。但是对于初学者一定要按流程来，这样一方面可以养成良好的习惯，另一方面对复杂的电路也只有这样才能避免出错。 在画原理图时，层次设计时要注意各个文件最后要连接为一个整体，这同样对以后的工作有重要意义。由于，软件的差别有些软件会出现看似相连实际未连（电气性能上）的情况。如果不用相关检测工具检测，万一出了问题，等板子做好了才发现就晚了。因此一再强调按顺序来做的重要性，希望引起大家的注意。 原理图是根据设计的项目来的，只要电性连接正确没什么好说的。下面我们重点讨论一下具体的制板程序中的问题。 ｌ、制作物理边框 封闭的物理边框对以后的元件布局、走线来说是个基本平台，也对自动布局起着约束作用，否则，从原理图过来的元件会不知所措的。但这里一定要注意精确，否则以后出现安装问题麻烦可就大了。还有就是拐角地方最好用圆弧，一方面可以避免尖角划伤工人，同时又可以减轻应力作用。以前我的一个产品老是在运输过程中有个别机器出现面壳ＰＣＢ板断裂的情况，改用圆弧后就好了。 ２、元件和网络的引入 把元件和网络引人画好的边框中应该很简单，但是这里往往会出问题，一定要细心地按提示的错误逐个解决，不然后面要费更大的力气。这里的问题一般来说有以下一些：元件的封装形式找不到，元件网络问题，有未使用的元件或管脚，对照提示这些问题可以很快搞定的。 ３、元件的布局 元件的布局与走线对产品的寿命、稳定性、电磁兼容都有很大的影响，是应该特别注意的地方。一般来说应该有以下一些原则： ３．ｌ放置顺序 先放置与结构有关的固定位置的元器件，如电源插座、指示灯、开关、连接件之类，这些器件放置好后用软件的ＬＯＣＫ功能将其锁定，使之以后不会被误移动。再放置线路上的特殊元件和大的元器件，如发热元件、变压器、IC等。最后放置小器件。 ３．２注意散热
安规设计注意事项 1.零件选用 (1)在零件选用方面,要求掌握: a .安规零件有哪些?(见三.安规零件介绍) b.安规零件要求 安规零件的要求就是要取得安规机构的认证或是符合相关安规标准; c.安规零件额定值 任何零件均必须依MANUFACTURE规定的额定值使用; I 额定电压; II 额定电流; III 温度额定值; (2). 零件的温升限制 a. 一般电子零件: 依零件规格之额定温度值,决定其温度上限 b. 线圈类: 依其绝缘系统耐温决定 Class A ΔT≦75℃ Class E ΔT≦90℃ Class B ΔT≦95℃ Class F ΔT≦115℃ Class H ΔT≦140℃ c. 人造橡胶或PVC被覆之线材及电源线类: 有标示耐温值T者ΔT≦(T-25)℃ 无标示耐温值T者ΔT≦50℃ d. Bobbin类: 无一定值,但须做125℃球压测试; e. 端子类: ΔT≦60℃ f. 温升限值 I. 如果有规定待测物的耐温值(Tmax),则: ΔT≦Tmax-Tmra II. 如果有规定待测物的温升限值(ΔTmax),则: ΔT≦ΔTmax+25-Tmra 其中Tmra=制造商所规定的设备允许操作室温或是25℃ (3).使用耐然零件: a.PCB: V-1以上; b.FBT, CRT, YOKE :V-2以上; c.WIRING HARNESS:V-2以上; d.CORD ANONORAGE: HB以上; e.其它所有零件: V-2以上或HF-2以上; f.例外情形: 下述零件与电子零件(限会在失误状况下,因温度过高而引燃的电子零件)若相隔13mm以上,或是相互间以至少V-1等级之障碍物隔开,则其耐燃等级要求如下: I.小型的齿轮,凸轮,皮带,轴承及其它小零件,不须防火证明; II.空气载液的导管,粉状物容器及发泡塑料零件,防火等级为HB以上或HBF以上 g.下述件不须防火证明: I.胶带;
高速PCB设计指南 第一篇 PCB布线 在PCB设计中，布线是完成产品设计的重要步骤，可以说前面的准备工作都是为它而做的，在整个PCB中，以布线的设计过程限定最高，技巧最细、工作量最大。PCB布线有单面布线、双面布线及多层布线。布线的方式也有两种：自动布线及交互式布线，在自动布线之前，可以用交互式预先对要求比较严格的线进行布线，输入端与输出端的边线应避免相邻平行，以免产生反射干扰。必要时应加地线隔离，两相邻层的布线要互相垂直，平行容易产生寄生耦合。 自动布线的布通率，依赖于良好的布局，布线规则可以预先设定，包括走线的弯曲次数、导通孔的数目、步进的数目等。一般先进行探索式布经线，快速地把短线连通，然后进行迷宫式布线，先把要布的连线进行全局的布线路径优化，它可以根据需要断开已布的线。并试着重新再布线，以改进总体效果。 对目前高密度的PCB设计已感觉到贯通孔不太适应了，它浪费了许多宝贵的布线通道，为解决这一矛盾，出现了盲孔和埋孔技术，它不仅完成了导通孔的作用，还省出许多布线通道使布线过程完成得更加方便，更加流畅，更为完善，PCB 板的设计过程是一个复杂而又简单的过程，要想很好地掌握它，还需广大电子工程设计人员去自已体会，才能得到其中的真谛。 1 电源、地线的处理
既使在整个PCB板中的布线完成得都很好，但由于电源、地线的考虑不周到而引起的干扰，会使产品的性能下降，有时甚至影响到产品的成功率。所以对电、地线的布线要认真对待，把电、地线所产生的噪音干扰降到最低限度，以保证产品的质量。 对每个从事电子产品设计的工程人员来说都明白地线与电源线之间噪音所产生的原因，现只对降低式抑制噪音作以表述： （1）、众所周知的是在电源、地线之间加上去耦电容。 （2）、尽量加宽电源、地线宽度，最好是地线比电源线宽，它们的关系是：地线＞电源线＞信号线，通常信号线宽为：0.2～0.3mm,最经细宽度可达0.05～0.07mm,电源线为1.2～2.5 mm 对数字电路的PCB可用宽的地导线组成一个回路, 即构成一个地网来使用(模拟电路的地不能这样使用) （3）、用大面积铜层作地线用,在印制板上把没被用上的地方都与地相连接作为地线用。或是做成多层板，电源，地线各占用一层。 2 数字电路与模拟电路的共地处理 现在有许多PCB不再是单一功能电路（数字或模拟电路），而是由数字电路和模拟电路混合构成的。因此在布线时就需要考虑它们之间互相干扰问题，特别是地线上的噪音干扰。 数字电路的频率高，模拟电路的敏感度强，对信号线来说，高频的信号线尽可能远离敏感的模拟电路器件，对地线来说，整人PCB对外界只有一个
印刷电路板图设计注意事项 一台性能优良的仪器，除选择高质量的元器件，合理的电路外，印刷线路板的组件布局和电气联机方向的正确结构设计是决定仪器能否可靠工作的一个关键问题，对同一种组件和参数的电路，由于组件布局设计和电气联机方向的不同会产生不同的结果，其结果可能存在很大的差异。因而，必须把如何正确设计印刷线路板组件布局的结构和正确选择布线方向及整体仪器的工艺结构三方面联合起来考虑，合理的工艺结构，既可消除因布线不当而产生的噪声干扰，同时便于生产中的安装、调试与检修等。 下面我们针对上述问题进行讨论，由于优良“结构”没有一个严格的“定义”和“模式”，因而下面讨论，只起抛砖引玉的作用，仅供参考。每一种仪器的结构必须根据具体要求（电气性能、整机结构安装及面板布局等要求），采取相应的结构设计方案，并对几种可行设计方案进行比较和反复修改。 印刷板电源、地总线的布线结构选择----系统结构：模拟电路和数字电路在组件布局图的设计和布线方法上有许多相同和不同之处。模拟电路中，由于放大器的存在，由布线产生的极小噪声电压，都会引起输出信号的严重失真，在数字电路中，TTL噪声容限为0.4V～0.6V,CMOS噪声容限为Vcc的0.3～0.45倍,故数字电路具有较强的抗干扰的能力。 良好的电源和地总线方式的合理选择是仪器可靠工作的重要保证，相当多的干扰源是通过电源和地总线产生的，其中地线引起的噪声干扰最大。 一、印刷电路板图设计的基本原则要求 1．印刷电路板的设计，从确定板的尺寸大小开始，印刷电路板的尺寸因受机箱外壳大小限制，以能恰好安放入外壳内为宜，其次，应考虑印刷电路板与外接元器件（主要是电位器、插口或另外印刷电路板）的连接方式。印刷电路板与外接组件一般是通过塑料导线或金属隔离线进行连接。但有时也设计成插座形式。即：在设备内安装一个插入式印刷电路板要留出充当插口的接触位置。 对于安装在印刷电路板上的较大的组件，要加金属附件固定，以提高耐振、耐冲击性能。 2．布线图设计的基本方法 首先需要对所选用组件器及各种插座的规格、尺寸、面积等有完全的了解；对各部件的位置安排作合理的、仔细的考虑，主要是从电磁场兼容性、抗干扰的角度，走线短，交叉少，电源，地的路径及去耦等方面考虑。各部件位置定出后，就是各部件的联机，按照电路图连接有关引脚，完成的方法有多种，印刷线路图的设计有计算机辅助设计与手工设计方法两种。 最原始的是手工排列布图。这比较费事，往往要反复几次，才能最后完成，这在没有其它绘图设备时也可以，这种手工排列布图方法对刚学习印刷板图设计者来说也是很有帮助的。计算机辅助制图，现在有多种绘图软件，功能各异，但总的说来，绘制、修改较方便，并且可以存盘贮存和打印。 接着，确定印刷电路板所需的尺寸，并按原理图，将各个元器件位置初步确定下来，然后经过不断调整使布局更加合理，印刷电路板中各组件之间的接线安排方式如下：
高速印刷电路板的设计考虑 2011年4月技术说明TN1033简介 背板是一种典型的用于系统内汇集所有电子模块的物理互连的方式。复杂的系统依靠背板上的连线、走线和连接器来处理大量的高速数据。多个背板模块之间的通信受到诸如连接器、走线长度、过孔和终端等部件的阻抗、电容以及电感参数的影响。设计高性能分布式负载背板的一个极为重要的因素是要了解如何进行设计来保证良好的信号完整性。 本技术说明介绍了几种拓扑连接结构间的基本区别。说明了在背板设计时需要考虑到的各种问题，并重点讨论了通过背板以点对点的传输线方式进行连接时的关键问题。包括印刷电路板走线结构、过孔、器件封装和背板连接器等方面。我们还为设计师们提供了一份印刷电路板设计的检查清单。给出了针对某些特定频率的讨论和指导。本文档还讨论了莱迪思半导体公司的FPGA产品线及其SERDES高速背板接口。这些接口通过CML差分缓冲接口提供高速串行数据流。 背板拓扑结构和概述 目前背板的系统互连拓扑结构主要有三种。它们分别是多点对多点、一点对多点和点对点。传统系统使用多点对多点/一点对多点连接的拓扑结构，为带有单个网络（节点）的多个器件提供有效的互连和通信，如图1所示。 图1:多点对多点背板结构 然而，这种网络结构有严格的数据速率限制。每个网络在卡与背板连接的节点上会有T型结构或者分支结构。这些T型结构会导致背板上信号路径传输线的不连续和不匹配。结果就会在高速传输时，卡与背板接口上都有大反射信号。这些反射信号会来回传送，持续较长的时间，在高速传输的情况下严重降低了信号的完整性。通常要等所传输数据的每个位的反射信号逐渐衰减后，才能实现可接受的信号通信。这大大限制了通信速率。因此，多点对多点和一点对多点的拓扑结构的速率极限一般都低于100 Mbps。由于实际走线长度和卡的插槽的增加，该速度极限很容易 就会低于10 Mbps。 点对点的互连拓扑结构消除了上面所述的信号路径的分支。消除了所产生的信号反射，从而大大提高了最大的数据速率。通过周详的设计考虑，这种背板互连可用于数据速率高达3 Gbps甚至更高的通信。 Lattice Semiconductor Corp.2011版权所有? 所有莱迪思的商标、注册商标、图案和标识符均在https://www.doczj.com/doc/5d16461602.html,/legal网站上列出。所有其它品牌或产品名称均 为其所有者的商标或注册商标。此处的参数规格和信息可能会更改，恕不另行通知。中文翻译文档仅为您提供方便。莱迪思将尽力为您提供准确的中文翻译文档，但鉴于翻译的难度，译文可能会与英文文档存在一些微小差别，其准确性也难以保证。请参考英文源文件，获取最新、最准确的信息。所有的翻译文档中的信息均以英
目录 1印制线路板（PCB）说明 .................................................................................................................... 错误!未定义书签。 1.1印制线路板定义 ........................................................................................................................... 错误!未定义书签。 1.2印制线路板基本组成 ................................................................................................................... 错误!未定义书签。 1.3印制线路板分类 ........................................................................................................................... 错误!未定义书签。2原理图入口条件 .................................................................................................................................... 错误!未定义书签。3原理图的使用 ........................................................................................................................................ 错误!未定义书签。4结构图入口条件（游） ........................................................................................................................ 错误!未定义书签。5结构图的使用 ........................................................................................................................................ 错误!未定义书签。6电路分类 ................................................................................................................................................ 错误!未定义书签。 6.1从安规角度分类 ........................................................................................................................... 错误!未定义书签。 6.2布局设计要求 ............................................................................................................................... 错误!未定义书签。 6.3各类电路距离要求 ....................................................................................................................... 错误!未定义书签。 6.4其他要求 ....................................................................................................................................... 错误!未定义书签。7规则设置 ................................................................................................................................................ 错误!未定义书签。 7.1规则分类 ....................................................................................................................................... 错误!未定义书签。 7.2基本设置 ....................................................................................................................................... 错误!未定义书签。 7.3特殊区域 ....................................................................................................................................... 错误!未定义书签。 7.4电源、地信号设置 ....................................................................................................................... 错误!未定义书签。 7.5时钟信号设置 ............................................................................................................................... 错误!未定义书签。 7.6差分线的设置 ............................................................................................................................... 错误!未定义书签。 7.7等长规则 ....................................................................................................................................... 错误!未定义书签。 7.8最大过孔数目规则 ....................................................................................................................... 错误!未定义书签。 7.9拓扑规则 ....................................................................................................................................... 错误!未定义书签。 7.10其他设置 ....................................................................................................................................... 错误!未定义书签。8安规、EMC ........................................................................................................................................... 错误!未定义书签。 8.1PCB板接口电源的EMC设计 .................................................................................................... 错误!未定义书签。 8.2板内模拟电源的设计 ................................................................................................................... 错误!未定义书签。 8.3关键芯片的电源设计 ................................................................................................................... 错误!未定义书签。 8.4普通电路布局EMC设计要求..................................................................................................... 错误!未定义书签。 8.5接口电路的EMC设计要求......................................................................................................... 错误!未定义书签。 8.6时钟电路的EMC设计要求......................................................................................................... 错误!未定义书签。 8.7其他特殊电路的EMC设计要求................................................................................................. 错误!未定义书签。 8.8其他EMC设计要求..................................................................................................................... 错误!未定义书签。9DFX设计 ............................................................................................................................................... 错误!未定义书签。 9.1空焊盘（DUMMY PAD）................................................................................................................ 错误!未定义书签。 9.20402阻容器件的应用条件 .......................................................................................................... 错误!未定义书签。10孔（结构） ........................................................................................................................................ 错误!未定义书签。
电路板设计时的注意事项 1.确定电路板的大概尺寸，根据大概尺寸购买合适的外壳，再根据外壳的尺寸画出电路板的外形图，电路板的外形由数控铣床加工，因此可以根据要求设计出比较复杂的形状； 2.标准元件库中没有的封装一定要自己去做，不要图省事对付画上； 3.注意DIP封装的元器件焊盘的尺寸，外径应为62mil，内径应为35mil，Protel99中的默认尺寸不恰当，应注意修改； 4.注意SIP（单列直插元器件）的焊盘尺寸，外径应为62mil，内径因为39mil，内径太小的话，插针有可能插不进去； 5.注意封装为RB-.2/.4或RAD0.2的铝电解电容或电感的焊盘尺寸，外径应为65mil以上，内径因为39mil，内径太小的话，引脚可能插不进去； 6.普通贴片电阻和贴片电容的封装选择0805； 7.注意电源线和地线的宽度不要小于20mil，电流特别大的走线宽度要加大到30mil或50mil，或者更大，100mil以上，对于专门设计的电源电路还要将覆铜加厚； 8.注意线路板上的元器件不要干涉，互相影响，要考虑到焊接、装配的方便； 9.CPU附近不要有很高的元器件，否则会影响仿真器的使用（仿真器插不进去）； 10.注意对地线覆铜，覆铜时注意和已有线路的间距，要在15mil以上，太小的话，万一加工工艺不好会导致线路短路； 11.对于高频信号线，走线应尽量短，线路太长的话会增加分部电容，导致信号错误； 12.注意各安装孔的内径、外径尺寸，太大、太小都会影响安装； 13.布线完毕后，将PCB图安装1:1的比例打印出来，对于不太把握的元器件可以放到打印出来的图纸上比较，看位置、尺寸是否合适，有时标准库中的封装不一定就和实际使用的元器件一致； 以上几点内容需要在布线时仔细对比检查，看看线路板上有没有错误。蓝色标出的是需要重点检查的内容。 两边的边界线要修改为TopOverlay否则将切槽。
P C B制图说明
印制电路板（PCB）设计规范 1mil=1/1000inch=0.00254cm=0.0254mm 1inch=1000mil=2.54cm=25.4mm 1mm=39.37mil 前言 本标准根据国家标准印制电路板设计和使用等标准编制而成。本标准于1998年07 月30日首次发布。 本标准起草单位： CAD研究部、硬件工程室 本标准主要起草人：吴多明韩朝伦胡庆虎龚良忠张珂梅泽良本标准批准人：周代琪 目录 1. 1 适用范围 2. 2 引用标准 3. 3 术语 4. 4 目的 .1 4.1 提供必须遵循的规则和约定 .2 4.2 提高PCB设计质量和设计效率 5. 5 设计任务受理 .3 5.1 PCB设计申请流程 .4 5.2 理解设计要求并制定设计计划 6. 6 设计过程 .5 6.1 创建网络表 .6 6.2 布局 .7 6.3 设置布线约束条件
.8 6.4 布线前仿真（布局评估，待扩充） .9 6.5 布线 .10 6.6 后仿真及设计优化（待补充） .11 6.7 工艺设计要求 7. 7 设计评审 .12 7.1 评审流程 .13 7.2 自检项目 附录1：传输线特性阻抗 附录2： PCB设计作业流程 Q/DKBA-Y004-1999 印制电路板（PCB）设计规范 1. 适用范围 本《规范》适用于华为公司CAD设计的所有印制电路板（简称PCB）。 2. 引用标准 下列标准包含的条文，通过在本标准中引用而构成本标准的条文。在标准出版时，所示 版本均为有效。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨，使用下列标准最新版本的 可能性。 [s1] (附注注释 shuwenyao 不确定 所引用的标准按国标、部标及国际标准排序；并按标准号由小到大排序。特别注意：所列标准一定是在正文中被引用过的。)
高速高密度PCB设计的现状 随着电子产品功能的日益复杂和性能的提高，印刷电路板的密度和其相关器件的频率都不断攀升，工程师面临的高速高密度PCB设计所带来的各种挑战也不断增加。下面为大家准备了关于高速高密度PCB设计的现状，欢迎阅读。 随着竞争的日益加剧，厂商面临的产品面世时间的压力也越来越大，如何利用先进的EDA工具以及最优化的方法和流程，高质量、高效率的完成设计，已经成为系统厂商和设计工程师不得不面对的问题。 热点：从信号完整性向电源完整性转移 谈到高速设计，人们首先想到的就是信号完整性问题。信号完整性主要是指信号在信号线上传输的质量，当电路中信号能以要求的时序、持续时间和电压幅度到达接收芯片管脚时，该电路就有很好的信号完整性。当信号不能正常响应或者信号质量不能使系统长期稳定工作时，就出现了信号完整性问题，信号完整性主要表现在延迟、反射、串扰、时序、振荡等几个方面。一般认为，当系统工作在50MHz 时，就会产生信号完整性问题，而随着系统和器件频率的不断攀升，信号完整性的问题也就愈发突出。元器件和PCB板的参数、元器件在PCB板上的布局、高速信号的布线等这些问题都会引起信号完整性问题，导致系统工作不稳定，甚至完全不能正常工作。 信号完整性技术经过几十年的发展，其理论和分析方法都已经较为成熟。对于信号完整性问题，陈兰兵认为，信号完整性不是某个
人的问题，它涉及到设计链的每一个环节，不但系统设计工程师、硬件工程师、PCB工程师要考虑，甚至在制造时也不能忽视。解决信号完整性问题，必须借助先进的仿真工具，如Cadence的SPECCTRAQuest 就是不错的仿真工具，利用它可以在设计前期进行建模、仿真，从而形成约束规则指导后期的布局布线，提高设计效率。随着Cadence 在今年6月推出的专门针对千兆赫信号的仿真器MGH——它是业界首个可以在几秒之内完成数万BIT千兆赫信号的仿真器——信号完整性 技术更臻完善。 相对于信号完整性，电源完整性是一种较新的技术，它被认为是高速高密度PCB设计目前最大的挑战之一。电源完整性是指在高速系统中，电源传输系统(PDS power deliver system)在不同频率上，阻抗特性不同，使PCB板上电源层与地层间的电压在电路板的各处不尽相同，从而造成供电不连续，产生电源噪声，使芯片不能正常工作;同时由于高频辐射，电源完整性问题还会带来EMC/EMI问题。如果不能很好地解决电源完整性问题，会严重影响系统的正常工作。 通常，电源完整性问题主要通过两个途径来解决：优化电路板的叠层设计及布局布线，以及增加退耦电容。退耦电容在系统频率小于300 ~ 400MHz时，可以起到抑止频率、滤波和阻抗控制的作用，在恰当的位置放置合适的退耦电容有助于减小系统电源完整性的问题。但是当系统频率更高时，退耦电容的作用很小。在这种情况下，只有通过优化电路板的层间距设计以及布局布线或者其他的降低电
封面:***电路板设计报告 **姓名，年级专业，日期等 主要内容： 1．电路原理图(原理图的截图) 工作频率：40HZ～20KHZ 额定输出功率：（P>1W8Ω、1KHZ） 主要用途：对输入的交流信号就行功率放大 电路性质：纯模拟电路 工作原理：利用运放NE555构成同向比例放大电路对输入信号的电压进行放大；运放的输出信号经过经过两级互补功率放大器；T1和T2、T3和T4组成互补 对称功率输出级。功率管T1为NPN，功率管T2为PNP，它们参数相等，互为对偶关系，均采用发射极输出模式，放大输入信号的电流。两个二极管VD2 和VD3给T1和T2一定的正偏压，使两个三极管在静态时处于微导通状态， 以克服交越失真。当运放的输出信号大于0时，T1管导通，T2管截止。T1管 以射极输出方式将正半周期的信号传递给下一级，此时正电源+12供电；当运 放的输出信号小于0时，T1管截止，T2管以射极输出方式将正半周期的信号 传递给下一级，此时负电源-12供电。这样，T1和T2管以互补的方式交替工作，正、负电源交替供电。T3、T4管的工作原理原理与T2、T1工作原理相同，进 一步对输入信号的电流进行了放大。 关键操作步骤：1.从元件库找到设计电路需要的元件并放置；当原
可以观察出此功率放大电路的工作频率范围。当波特图的幅值下降3DB时，所 对应的输入信号的频率就是该功率放大电路稳定工作的频率。 2.参数扫描： 参数扫描分析用来研究电路中某个元件的参数在一定范围内变化时对电路性能的影响。选择图1中电阻R1为参数扫描分析元件，分析其阻值变化对电路输出波形的影响。图1功率放大电路设置为交流信号输入方式，设置正弦波输入信号频率为1kHz、幅值为1V，依次执行Simulate／Analyses／Parametet Sweep(参数扫描)命令，设置扫描方式为Linear(线性扫描)，设置电阻Re扫描起始值为20kΩ，扫描终值为100kΩ，扫描点数为3，设置输出节点为10，得到如图3(a)所示参数扫描分析结果。当R1=20kΩ时，其输出的波形的幅值约为1V;R1=100kΩ时，其输出的波形的幅值约为5V；由此可知R1影响电路的电压放大倍数；与理论上同向比例放大电路计算的结果差不多。
印制电路板的设计是以电路原理图为根据，实现电路设计者所需要的功能。印刷电路板的设计主要指版图设计,需要考虑外部连接的布局。内部电子元件的优化布局。金属连线和通孔的优化布局。电磁保护。热耗散等各种因素。优秀的版图设计可以节约生产成本,达到良好的电路性能和散热性能。简单的版图设计可以用手工实现，复杂的版图设计需要借助计算机辅助设计(CAD)实现。 目录 PCB设计简介 具体方法 PＣB设计基本概念 ＰCB设计主要的流程 PＣB设计简介 具体方法 PCB设计基本概念 PCB设计主要的流程 展开 编辑本段PCB设计简介 在高速设计中,可控阻抗板和线路的特性阻抗是最重要和最普遍的问题之一。首先了解一下传输线的定义:传输线由两个具有一定长度的导体组成，一个导体用来发送信号,另一个用来接收信号（切记“回路”取代“地”的概念）。在一个多层板中,每一条线路都是传输线的组成部分,邻近的参考平面可作为第二条线路或回路。一条线路成为“性能良好”传输线的关键是使它的特性阻抗在整个线路中保持恒定。 线路板成为“可控阻抗板”的关键是使所有线路的特性阻抗满足一个规定值，通常在２5欧姆和７0欧姆之间。在多层线路板中，传输线性能良好的关键是使它的特性阻抗在整条线路中保持恒定。 但是，究竟什么是特性阻抗?理解特性阻抗最简单的方法是看信号在传输中碰到了什么。当沿着一条具有同样横截面传输线移动时,这类似图1所示的微波传输。假定把1伏特的电压阶梯波加到这条传输线中，如把1伏特的电池连接到传输线的前端(它位于发送线路和回路之间)，一旦连接,这个电压波信号沿着该线以光速传播,它的速度通常约为6英寸/纳秒。当然,这个信号确实是发送线路和回路之间的电压差,它可以从发送线路的任何一点和回路的相临点来衡量。图2是该电压信号的传输示意图。 Zｅn的方法是先“产生信号”，然后沿着这条传输线以6英寸/纳秒的速度传播。第一个0.01纳秒前进了0．0６英寸,这时发送线路有多余的正
《高速电路板设计与仿真》课程教学大纲 课程代码：030442003 课程英文名称：High Speed Printed Circuit Board Design and Emulation 课程类别：专业基础课 课程性质：选修 适用专业：电子科学与技术 课程总学时：40 讲课：40 实验：0 上机：0 大纲编写（修订）时间：2011.7 一、大纲使用说明 （一）课程的地位及教学目标 本课程是电子科学与技术专业的专业任选课, 属于专业技术基础课，是一门重要的实践课程。通过本课程的学习,学生能够利用先进的高端软件设计高速电路板，绘制出具有实际意义的原理图和印刷电路板图，具有对设计中的信号完整性、电磁兼容性、电源完整性等问题的分析能力，熟悉一定的电子工艺和印刷电路板的布局布线知识，为今后从事高端设计工作打下一定的基础。 （二）知识、能力及技能方面的基本要求 在知识方面，要求学生具有初步的半导体工艺、印制电路、芯片封装等方面的知识，还要了解信号完整性、电磁兼容性、电源完整性等方面的基本概念，如此才能设计出高质量的高速PCB。在能力方面，要求学生具备一些计算机方面的操作技能。 （三）实施说明 1.教学内容：包括原理图设计、PCB设计、高速信号仿真三部分，其中PCB设计为重点内容。应突出高速和高质量PCB的讲解,以适应高端设计要求。讲课要理论联系实际，设计具有实际意义的原理图和印刷电路板图，而不只是空讲理论知识。 2．教学方法：采用启发式教学，提高学生分析问题和解决问题的能力。鼓励学生通过实践和自学获取知识，培养学生的自学能力，调动学生自行设计的学习积极性和创新能力。 3．教学手段：本课程属于技术基础课，在教学中可采用电子教案、CAI课件及多媒体教学系统等先进教学手段，以确保在有限的学时内，全面、高质量地完成课程教学任务。 4．大纲实施时应贯彻学院工程训练与工程教育相结合的特点，注重学生的能力培养和专业素质的提高，尤其是培养学生的实际动手设计和操作的能力。 （四）对先修课的要求 本课程的先修课为电路、模拟电子电路、数字电子电路、计算机基础知识。 （五）对习题课、实践环节的要求 每次课后留有一定量的操作练习，要求学生课后在自己的电脑上学习操作。本课程无实验。 （六）课程考核方式 1．考核方式：考查 2．考核目标：考核学生是否掌握了软件的基本操作方法，重点考核学生的原理图绘制和印刷电路板的设计能力，所设计的项目是否具有实际意义。 3．成绩构成：本课程的总成绩由两部分组成：平时成绩（包括平时自行练习、出勤等）占20%，期末验收成绩（以综合作业完成情况给出成绩）占80%。按优、良、中、及格、不及格五级给出最后成绩。 （七）参考书目 《Cadence SPB 15.7工程实例入门》于争著，电子工业出版社， 2010.5.