輻射產(chǎn)生

 

輻射是由電流而非電壓引起的。靜態(tài)電荷產(chǎn)生靜電場(chǎng)，恒定電流產(chǎn)生磁場(chǎng)，時(shí)變電流既產(chǎn)生電場(chǎng)又產(chǎn)生磁場(chǎng)。任何電路中都存在共模電流和差模電流，差模信號(hào)攜帶數(shù)據(jù)或有用信號(hào)，共模信號(hào)是差模模式的負(fù)面效果。

差模電流

 

大小相等，方向（相位）相反。由于走線的分布，電容、電感、信號(hào)走線阻抗不連續(xù)，以及信號(hào)回流路徑流過(guò)了意料之外的通路等，差模電流會(huì)轉(zhuǎn)換成共模電流。

 

共模電流

 

大小不一定相等，方向（相位）相同。設(shè)備對(duì)外的干擾多以共模為主，差模干擾也存在，但共模干擾強(qiáng)度常常比差模大幾個(gè)數(shù)量級(jí)。外來(lái)的干擾也多以共模干擾為主，共模干擾本身一般不會(huì)對(duì)設(shè)備產(chǎn)生危害，但如果共模干擾轉(zhuǎn)變?yōu)椴钅８蓴_，就嚴(yán)重了，因?yàn)橛杏眯盘?hào)都是差模信號(hào)。差模電流的磁場(chǎng)主要集中在差模電流構(gòu)成的回路面積內(nèi)，而回路面積之外，磁力線會(huì)相互抵消；共模電流的磁場(chǎng)在回路面積之外，共模電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向相同。PCB的很多EMC設(shè)計(jì)都遵循以上理論。

 

在PCB板上抑制干擾的途徑有：

 

1、減小差模信號(hào)回路面積。

2、減小高頻噪聲回流（濾波、隔離及匹配）。

3、減小共模電壓（接地設(shè)計(jì)）。

 

PCB設(shè)計(jì)原則歸納

 

原則1：PCB時(shí)鐘頻率超過(guò)5MHz或信號(hào)上升時(shí)間小于5ns，一般需要使用多層板設(shè)計(jì)。

 

原因：采用多層板設(shè)計(jì)，信號(hào)回路面積能夠得到很好的控制。

 

原則2：對(duì)于多層板，關(guān)鍵布線層（時(shí)鐘線、總線、接口信號(hào)線、射頻線、復(fù)位信號(hào)線、片選信號(hào)線以及各種控制信號(hào)線等所在層）應(yīng)與完整地平面相鄰，優(yōu)選兩地平面之間。

 

原因：關(guān)鍵信號(hào)線一般都是強(qiáng)輻射或極其敏感的信號(hào)線，靠近地平面布線能夠使其信號(hào)回路面積減小，減小其輻射強(qiáng)度或提高抗干擾能力。

 

原則3：對(duì)于單層板，關(guān)鍵信號(hào)線兩側(cè)應(yīng)該包地處理。

 

原因：關(guān)鍵信號(hào)兩側(cè)包地，一方面可以減小信號(hào)回路面積，另外還可以防止信號(hào)線與其他信號(hào)線之間的串?dāng)_。

 

原則4：對(duì)于雙層板，關(guān)鍵信號(hào)線的投影平面上有大面積鋪地，或者與單面板一樣包地打孔處理。

 

原因：與多層板關(guān)鍵信號(hào)靠近地平面相同。

 

原則5：多層板中，電源平面應(yīng)相對(duì)于其相鄰地平面內(nèi)縮5H-20H（H為電源和地平面的距離）。

 

原因：電源平面相對(duì)于其回流地平面內(nèi)縮可以有效抑制邊緣輻射問(wèn)題。

 

原則6：布線層的投影平面應(yīng)該在其回流平面層區(qū)域內(nèi)。

 

原因：布線層如果不在回流平面層的投影區(qū)域內(nèi)，會(huì)導(dǎo)致邊緣輻射問(wèn)題，并且導(dǎo)致信號(hào)回路面積增大，從而導(dǎo)致差模輻射增大。

 

原則7：多層板中，單板TOP、BOTTOM層盡量無(wú)大于50MHZ的信號(hào)線。

 

原因：最好將高頻信號(hào)走在兩個(gè)平面層之間，以抑制其對(duì)空間的輻射。

 

原則8：對(duì)于板級(jí)工作頻率大于50MHz的單板，若第二層與倒數(shù)第二層為布線層，則TOP和BOOTTOM層應(yīng)鋪接地銅箔。

 

原因：最好將高頻信號(hào)走在兩個(gè)平面層之間，以抑制其對(duì)空間的輻射。

 

原則9：多層板中，單板主工作電源平面（使用最廣泛的電源平面）應(yīng)與其地平面緊鄰。

 

原因：電源平面和地平面相鄰可以有效地減小電源電路回路面積。

 

原則10：在單層板中，電源走線附近必須有地線與其緊鄰、平行走線。

 

原因：減小電源電流回路面積。

 

原則11：在雙層板中，電源走線附近必須有地線與其緊鄰、平行走線。

 

原因：減小電源電流回路面積。

 

原則12：在分層設(shè)計(jì)時(shí)，盡量避免布線層相鄰的設(shè)置。如果無(wú)法避免布線層相鄰，應(yīng)該適當(dāng)拉大兩布線層之間的層間距，縮小布線層與其信號(hào)回路之間的層間距。

 

原因：相鄰布線層上的平行信號(hào)走線會(huì)導(dǎo)致信號(hào)串?dāng)_。

 

原則13：相鄰平面層應(yīng)避免其投影平面重疊。

 

原因：投影重疊時(shí)，層與層之間的耦合電容會(huì)導(dǎo)致各層之間的噪聲互相耦合。

 

原則14：PCB布局設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分遵守沿信號(hào)流向直線放置的設(shè)計(jì)原則，盡量避免來(lái)回環(huán)繞。

 

原因：避免信號(hào)直接耦合，影響信號(hào)質(zhì)量。

 

原則15：多種模塊電路在同一PCB上放置時(shí)，數(shù)字電路與模擬電路、高速與低速電路應(yīng)分開(kāi)布局。

 

原因：避免數(shù)字電路、模擬電路、高速電路以及低速電路之間的互相干擾。

 

原則16：當(dāng)線路板上同時(shí)存在高、中、低速電路時(shí)，應(yīng)該遵從高、中速電路遠(yuǎn)離接口的原則。

 

原因：避免高頻電路噪聲通過(guò)接口向外輻射。

 

原則17：存在較大電流變化的單元電路或器件（如電源模塊的輸入輸出端、風(fēng)扇及繼電器）附近應(yīng)放置儲(chǔ)能和高頻濾波電容。

 

原因：儲(chǔ)能電容的存在可以減小大電流回路的回路面積。

 

原則18：線路板電源輸入口的濾波電路應(yīng)靠近接口放置。

 

原因：避免已經(jīng)經(jīng)過(guò)了濾波的線路被再次耦合。

 

原則19：在PCB板上，接口電路的濾波、防護(hù)以及隔離器件應(yīng)該靠近接口放置。

 

原因：可以有效的實(shí)現(xiàn)防護(hù)、濾波和隔離的效果。

 

原則20：如果接口處既有濾波又有防護(hù)電路，應(yīng)該遵從先防護(hù)后濾波的原則。

 

原因：防護(hù)電路用來(lái)進(jìn)行外來(lái)過(guò)壓和過(guò)流抑制，如果將防護(hù)電路放置在濾波電路之后，濾波電路會(huì)被過(guò)壓和過(guò)流損壞。

 

原則21：布局時(shí)要保證濾波電路（濾波器）、隔離以及防護(hù)電路的輸入輸出線不要相互耦合。

 

原因：上述電路的輸入輸出走線相互耦合時(shí)會(huì)削弱濾波、隔離或防護(hù)效果。

 

原則22：?jiǎn)伟迳先绻O(shè)計(jì)了接口“干凈地”，則濾波、隔離器件應(yīng)放置在“干凈地”和工作地之間的隔離帶上。

 

原因：避免濾波或隔離器件通過(guò)平面層互相耦合，削弱效果。