PCB板EMC设计

EMC测试分类
EMC测试分两大类： • EMI( Electromagnetic Interference)电磁干 扰测试 • EMS( Electromagnetic Susceptibility)电磁 抗扰性测试
传感器EMS测试
对于我大公司大部分产品主要是关于EMS测试 1.RS( Radiated Susceptibility )辐射敏感度实验 测试被测设备对空间电磁骚扰的抗干扰性 2.PMS( Power frequency magnetic susceptibility )工频磁场辐射敏感度 实验 测试电气电子产品对工频磁场的抗干扰性 3.CS (Conducted susceptibility) 射频传导敏感度实验 测试被测试设备对沿电源线、控制线或信号线传输的电磁能量敏感度 4.SURGE 浪涌抗扰度实验 模拟电网中的故障：雷击（直接或间接）对设备的干扰，电网中开关的 中断操作。放电波形为开路电压1.25us/50us(上升沿1.25us，半波时间 1.25us），短路电流8us/20us的脉冲，特点式上升时间慢，时间较长， 能量较大。
7.阻抗匹配检查规则 同一网络的布线宽度应保持一致，线宽的变化会造成线路特性阻抗的不 均匀，当传输的速度较高时会产生反射，在设计中应该尽量避免这种情 况。在某些条件下，如接插件引出线，BGA封装的引出线类似的结构 时，可能无法避免线宽的变化，应该尽量减少中间不一致部分的有效长 度。
8 .屏蔽保护 对应地线回路规则，实际上也是为了尽量减小信号的回路面积，多见于 一些比较重要的信号，如时钟信号，同步信号；对一些特别重要，频率 特别高的信号，应该考虑采用铜轴电缆屏蔽结构设计，即将所布的线上 下左右用地线隔离，而且还要考虑好如何有效的让屏蔽地与实际地平面 有效结合。
EMC测试标准
电磁兼容标准
干扰发射
敏感度
传导
辐射
传导
辐射
电 源 线
信 号 / 控 制 线
电源线/信号线 天 线 端 口 电 场 磁 场 天 线 端 口 静 电 放 电
射 频
瞬 态
电 场
磁 场
EMC基本的控制技术
1.屏蔽 主要用于切断通过空间的静电耦合、感应耦合形成的电磁噪声传播途径 ，这三种耦合又对应于静电屏蔽、磁场屏蔽与电磁屏蔽，衡量屏蔽的采 用屏蔽效能这一指标。 2.滤波 在频域上处理电磁噪声的一种技术，其特点是将不需要的一部分频谱滤 掉。 3.接地 提供有用信号或无用信号，电磁噪声的公共通路。 接地的好坏则直接影 响到设备内部和外部的电磁兼容性。
4.屏蔽设计 在我公司产品屏蔽一般要注意的是电磁屏蔽。 屏蔽的类型： 结构屏蔽（屏蔽罩，金属壳） 电缆的屏蔽（屏蔽线） 缝隙的屏蔽（金属丝网衬垫，导电橡胶，导电泡棉） 外壳的屏蔽（喷导电漆，贴铜箔铝箔） 屏蔽的注意事项： 相同材质，厚度较厚的较好； 相同厚度，双层编织 好于单层编织； 铜箔好于铝箔； 缝隙之间的衬垫必须保持良好的搭界； 如果屏蔽层搭界时，务必将搭界处的绝缘漆打磨掉，再来屏蔽缝隙
二.PCB的分层
一般我公司常用信号PCB板用双面板和四层板 1.双面板
一般布局为S1、G/ S2、P(S1主要信号层，G地层，P电源层）。双层板 的关键信号线地投影平面上大面积铺地，如下图所示。
2.四层板 一般布局为 S1/G/P/S2。因为在主要信号层下的地平面为器件提供屏蔽 层及为顶层布线提供参考平面。所有的信号层尽可能的与地层相邻，并 尽量避免两信号层直接相连。
9.走线长度控制规则 即短线规则，在设计时应该尽量让布线长度尽量短，以减少由于走线过 长带来的干扰问题，特别是一些重要信号线，如时钟线，务必将其振荡 器放在离器件很近的地方。对驱动多个器件的情况，应根据具体情况决 定采用何种网络拓扑结构。
10.20H规则 电源和地层之间的电场是变化的，会在板边 缘处产生辐射的电磁干扰。电源平面应相对于其相 邻地平面内缩（建议值5H～20H ）。
a.关键信号的处理 关键信号一定不能跨分割面走线， 因为会导致回流面积增大；如果不 可避免跨分割面走线时，可在信号 跨分割附近采用桥接电容方式处 理，人为为其设置信号回路；还有 一种方式，就是前面提到的在信号 线两侧跟进两地线做包地处理，同 样是为了人为设置信号回路。
对于关键信号，信号线两侧应该做包地处理，以减小信号回流面积，另 一方面可防止信号之间串扰。
常用的抑制差模的元件：电容，差模电感 常用的抑制共模的元件：电容，共模电感，磁珠 差模辐射正常主要由电路中信号流形成回路时对外界产生，而共模辐射 主要由电缆向外辐射而成，如下图所示。
常用输入电源部分抑制如图所示： Cx：差模滤波电容uF级 Cy：共模滤波电容nF级 共模电感：mH级 差模电感：几百uH级
五.PCB板EMC控制
1.共模和差模干扰
差模干扰电流作用于两条信号线间，其传导方向与波形和信号电流一致；共模 干扰电流作用在信号线路和地线之间，干扰电流在两条信号线上各流过二分之一 且同向，并以地线为公共回路.信号 <0.5MHZ一般是差模干扰，0.5MHZ~5MHZ 共模和差模干扰并存，>5MHZ主要是共模干扰。
c.去耦电容的位置 尽量使电源与地线靠近
d.输出信号耦合 线路板信号输出口的滤波电路应应靠近接口放置，避免已经经过了滤波 的线路被再次耦合
e.在PCB板上，接口电路的滤波、
防护以及隔离器件应该靠近接口放 置，可以有效的实现防护、滤波和 隔离的效果。
3.接地设计 接地是抑制电磁干扰、提高电子设备电磁兼容性的重要手段之一。正确 的接地既能抑制干扰的影响，又能抑制设备向外辐射干扰；反之错误的 接地反而会引入严重的干扰，甚至使电子设备无法正常工作。接地分为 两类： 1）.保护接地 保护接地是为了保护设备、装置、电路及人身的安全，防止雷击、静电 损坏设备，或在设备故障情况下，保护人身安全。 2）.工作接地 工作地是单板、母板或系统之间信号的等电位参考点或参考平面，它给 信号回流提供了低的阻抗通道。信号质量很大程度上依赖于工作接地质 量的好坏。
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四.PCB板布线
1.转角 走线时应避免直角和锐角（特别是在高频电路 中），圆弧角半径应足够大，一般来说要保证 R>3W（W是线宽）。
2.3W规则
为了防止PCB板不同网路之间因较长的平行线引起的相互干扰即窜扰 （Cross Talk)，主要由于分布电容和电感作用。 加大平行线的间距，遵循3W规则，在平行线间插入接地隔离线，减小布 线层与地平面的距离。
a.常用地线设计规则：
(1)数字地与模拟地分开。若线路板上既有逻辑电路又有线性电路，应使 它们尽量分开。低频电路的地应尽量采用单点并联接地，实际布线有困 难时可部分串联后再并联接地。高频电路宜采用多点串联接地，地线应 短而租，高频元件周围尽量用栅格状大面积地箔。
(2)接地线应尽量加粗。若接地线用很纫的线条，则接地电位随电流的变 化而变化，使抗噪性能降低。因此应将接地线加粗，使它能通过三倍于 印制板上的允许电流。如有可能，接地线应在2~3mm以上。 (3)接地线构成闭环路。只由数字电路组成的印制板，其接地电路布成团 环路大多能提高抗噪声能力。
b.滤波电容接地： 滤波电容的接地线和接电源线应该尽可能粗、短，等效串连电感会降低 电容的谐振频率，消弱其高频滤波效果，如下图，×表示接地过孔。
c.接口地与滤波电容 单板上如果设计了接口地，则滤波、隔离器件应该放置在接口地和工作 地之间的隔离带上，以避免滤波或隔离器件通过平面层互相耦合，消弱 效果。
a.IC IC芯片电源滤波电路 IC芯片电源滤波电路，采用储能电容与高频电容配合使用。大电容（铝 电解电容或钽电容）滤低频，小电容（陶瓷电容）滤高频。
b.常用的信号线或排线的滤波电路 如下图所示，是输出信号π形滤波器。注意适当的选取R（R可以是单独 的电阻，电感或磁珠，也可以是排阻，排感或排磁珠）和C1,C2,C3,…的 值。
3.环路最小规则 由信号构成的环路面积要尽可能小，对外的 辐射越少，接受外界的干扰就越小。
4.开环检查 一般不允许出现一端浮空的布线。
5.闭环线方向控制规则 在相邻层走线方向成正交结构，避免将不同信号层 在相邻层走同一方向，当信号速率较高时，应考虑 地平面隔离信号布线层。
PCB板EMC设计讨论
一.EMC简介
• EMC( Electromagnetic Compatibility)是电 磁兼容的简称。 • 电磁兼容主要研究的是如何使在同一电磁 环境下工作的各种电气电子设备和元器件 都能正常工作，互不干扰，达到兼容的状 态。
电磁干扰三要素
骚扰源
耦合通道 敏感设备
• 骚扰源 产生电磁骚扰的元件、器件、设备和自然 现象。 • 耦合通道 把能量从骚扰源耦合到敏感器件上，并 使该设备响应的媒介 • 敏感设备 对电磁骚扰产生响应的设备
三.PCB布局
• • 关键信号尽量短，时钟信号尽可能短，若无法缩短，则在时钟两侧加 屏蔽地线，对于敏感的信号线，也考虑加屏蔽。 时钟信号电路一般有较大的辐射，应远离I/O电路和电缆连接器。低频 数字/模拟的I/O应靠近连接器布线，时钟电路，高速电路和存储器等 器件器件应靠边放，中低速逻辑模拟电路一般放在电路板中间如A/D 和D/A。 区域分割，不同功能电路放不同的位置。如把区域分成模拟电路，数 字电路，接口电路，时钟，电源电路。 A/D和D/A放在数字区域和模 拟区域的交接处。 基于电路上的信号流布局，高频、敏感信号的信号线进来短。功率放 大器和驱动控制电路应远离其他部分并局部开孔屏蔽。晶振、晶体应 就近IC放，基准电压源、稳压源（部分为开关电源）应远离数字信号 （*模拟地与数字地应分开最后只在一点连接）。
差分线抑制 差分信号线应同层、等长、并行走线，保持阻抗一致，差分线之间无其 他走线，以保证差分线对地共模阻抗相等，提高其抗干扰能力。
2.电容在PCB的EMC设计应用 去耦电容（Decouple Capacitor）:打破系统或电路端口之间的耦合，保 证电路正常工作。即用来滤除高频器件在电源板上引起的辐射电流，为 器件提供一个局域化的直流，还能减低印制电路中的电流冲击的峰值。 旁路电容（Bypass Capacitor）:一般在瞬态能量产生的地方为其提供一 个到地的低阻抗通路，是良好退耦的必备条件。同时能消除高频辐射噪 声。噪声会限制电路的带宽，产主共模干扰。 储能/容纳电容（Bulk Capacitor）：用来解决开关器件工作时电源电压 会产生突降的问题。 即在负载快速变化到最小时不会下跌。