PCB设计-EMC设计规范

2020-03-19 loonlog 2671 2

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PCB设计过程中，最令人头疼的问题，也是最玄的问题，更是决定性能、成败的问题，就是EMC的问题了；EMC设计的不好，有可能干扰别人不能工作，也可能受别人或者受自己的干扰，自己不能好好工作，即使正常工作了，不能满足相关标准，产品就不能通过认证，就不能上市，也是很尴尬的；本人在军工企业干过，EMC过不了，会受很多相关单位的嘲笑，鸭梨山大。

以下规则，也是来自网络，站在巨人的肩膀上，共同学习，遇到新情况，继续更新。

充分考虑器件的摆放和方向
避免时钟谐波的重叠，将所有时钟的谐波分量以表列出
时钟环路越小越好！对时钟信号要格外注意！
尽可能采用包括电源/地平面的多层板结构
所有高速信号线必须有相邻层作为参考平面
信号层和参考平面层距离尽量小（<10mils）
信号频率超过25MHz的PCB应有2个（或更多）的GND层
20H原则，电源层边缘相对于邻近的GND层边缘内缩，内缩距离为电源/地平面间距的20倍
尽量让时钟信号在高速层（夹在电源或地平面之间的信号层）上走线
避免狭槽状的地或电源shape
信号线不得跨过分割的电源平面
在时钟驱动器的输出端提供过滤（或串联端接）措施，减小时钟上升/下降沿跳变，减小振铃（端接电阻大小通常33-70欧）
时钟和高速信号线远离IO区域
DIP封装器件至少用两颗同样值的去耦电容；矩形封装器件用四颗去耦电容；高速/功耗/噪声IC旁尽可能多放去耦电容
在大于50MHz的高速板上考虑使用埋容增加去耦效果
板上走线的阻抗控制&适当的端接措施
在阻抗控制的PCB上，信号换层时参考平面不要变化
在非阻抗控制的PCB上，时钟更换参考层时，在不同参考层间增加流通孔/transfer via或缝合电容
信号线长度（英寸单位）大于等于信号的上升/下降时间（纳秒单位）的话，必须对信号串联端接（通常是33欧）
仿真所有信号长度（英寸单位）大于等于信号上升/下降时间（纳秒单位）的信号
在IO区域将逻辑GND和CHASSIS连接一起（通过非常低阻抗的连接…），这很重要！
在时钟和振荡器位置，也提供类似的GND到CHASSIS的连接
可能需要到的额外的GND到CHASSIS的连接
高速的子板（可能包括高速器件和外部连接线）和母版间的GND/CHASSIS连接保证良好，不要仅仅依靠连接器的GND脚互连
对IO信号进行共模抑制，对PCB既定区域内的IO信号线分组
IO处（接口）的滤波电容到CHASSIS网络的阻抗必须很低
DC电源输入位置最好使用共模/差模抑制器件
塑料外壳的产品需要额外的金属参考平面/板
可以的话，在板级对器件采取屏蔽措施
所有的散热片接地

EMC设计建议

1、地平面的设计。低感抗的地回路是PCB设计过程中抑制EMC问题的最有效方法。扩大地平面区域，降低地回路的感抗，可以有效地降低辐射和串扰。

信号的地回路设计有多种方法，较差的方法是将器件随意地接到地网络。这种高感抗的地回路设计会引起不可预期的EMC问题。推荐的方法是用一个完整的地平面为信号回流提供最低阻抗的路径。显然，对于两层PCB，完整地平面是不切实际的。在这种情况下，设计者可以使用地网格的方法，如图1a所示。在这种情况下，回路感抗大小取决于网格间距大小。
信号的回流是非常重要的。更长的回流路径意味着更大的回流路径，由此带来天线效应和向外辐射能量。因此，信号回流应该走最短的路径，直接连到地平面。单点连接所有点，再把它们连到一起接到地平面是不可取的，这样不仅增加电流环路大小，而且增加了地弹的可能性。图1b示意了推荐的器件到地平面的连接方式。
法拉第电笼是另外一个减小EMC问题的办法。法拉第电笼是在PCB外围四周增加一圈地缝合孔，注意电笼外面不走线。如图1c所示，法拉第电笼有效地抑制了PCB到/来自板外的辐射/干扰。在表层推荐用一条宽度为200~400mils的地线将所有GND孔连接；在信号层，推荐用一条宽度为20~40mils的地线将这些GND孔连接，但不建议连线成环路。

2、器件隔离。根据功能，将元器件分组，不同组放在PCB板上的不同位置，如模拟信号、数字信号、电源部分，低速信号和高速信号等。各组信号应在它们各自分配区域内，信号经过不同组之间（从一个子系统到另外一个），应当在边界处增加过滤措施。

3、叠层设计。多于两层板的设计，应当有一个完整的地平面。在四层板……应当注意，在高速信号层和高速信号线之间应当有GND层。对于两层板，完整的GND平面不现实，可以采用地格点的方式。如果没有单独的电源平面，建议在电源走线下方平行走GND线以保证供电的稳定。

注：GND层相对于电源层和器件层向外延伸20h，屏蔽噪声。/h: 电源和地平面的间距

4、数字电路。处理数字电路的时候尤其要注意时钟信号和高速信号线，这些信号走线尽量短，且走线靠近地平面以保证辐射和串扰在可控范围内。对于这些信号，注意减少使用过孔、避免在PCB边缘走线或靠近连接器。这些信号也应远离电源平面，因为它们可能将噪声耦合到电源平面上去。

对于振荡器的处理，除了用GND隔离外。信号线注意不要平行或走在振荡器下方，与CLK信号保证有足够距离。振荡器与使用时钟的芯片尽量靠近。

注意回流总是沿着阻抗最低路径的。因此，负载回流的GND应与其信号路径尽量近，使电流回路面积最小。

差分对之间P/N线相互靠近，这样可以有效地进行共模抑制。

5、时钟端接。时钟信号线注意阻抗匹配，否则会引起信号反射。如果不对反射信号进行处理，这些信号会被辐射出去。有多种有效的端接方式，包括源端端接、末端端接和AC端接等。

6、模拟电路。模拟信号应远离高速跳变信号，通过GND将这些信号隔离。应用中常用低通滤波器滤除周边模拟信号的高频噪声。另外，模拟地和数字地应当分开。

7、去耦电容。电源上的任何噪声都有可能造成器件工作不正常，一般来说，耦合到电源上的是一些高频的杂讯，可以通过使用去耦电容滤除，去耦电容为高频杂讯提供电源到GND的低阻抗路径。信号回流路径构成电源到地的环状结构，将去耦电容尽量靠近IC管脚摆放，使得回流环面积最小。大面积的回流环路会增加辐射，成为潜在的EMC失效原因。

理论上，电容的电抗值随着频率的上升逐渐接近于零，然而并不存在这样的理想情况，封装和引脚都会增加电容的等效电感值。同时使用多个低ESL电容有助于增强去耦效果。

8、线缆。许多EMC问题是在高速信号通过电缆时，线缆充当天线造成的。理想情况下，电流从一端流入线缆，在另一端无衰减地流出。实际情况是寄生电容和电感的存在会造成辐射，产生EMI问题。通过双绞线抑制感应磁场，可以使耦合保持在低的水平。在使用带状线的时候，注意提供多个GND回路（多GND线）。对于高频信号，应在线缆两端都提供GND屏蔽线。

9、串扰。串扰存在于PCB上任意两条走线之间，串扰的大小与互感、互容、信号的边缘速率，以及走线的阻抗有关。在数字系统中，由互感引起的串扰一般会大于由互容引起的串扰。通过增加信号线之间的距离，或减小信号线与GND的距离都可以减小信号线之间的互感。

10、屏蔽。屏蔽不是降低EMC的电子学方法，而是一种机构手段。金属性（导体或磁性材料）外壳可以用来屏蔽对系统外的EMI。根据实际要求，屏蔽可以是针对部分或者整体的。屏蔽腔相当于一个封闭的接地容器，可以有效地吸收和反射辐射从而降低环状天线的大小。同样地，屏蔽也可以是不同部分间的隔离，衰减从一部分到另一部分辐射的能量。屏蔽通过衰减辐射波的E参数和H参数达到降低EMI的作用！

引用：

http://www.wangdali.net/emc10/

https://www.cypress.com/file/106951/download

http://www.hottconsultants.com/pdf_files/pcb_guide.pdf

推荐网站：

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