輻射產生

 

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

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、信號走線阻抗不連續(xù)，以及信號回流路徑流過了意料之外的通路等，差模電流會轉換成共模電流。

 

共模電流

 

大小不一定相等，方向（相位）相同。設備對外的干擾多以共模為主，差模干擾也存在，但共模干擾強度常常比差模大幾個數(shù)量級。外來的干擾也多以共模干擾為主，共模干擾本身一般不會對設備產生危害，但如果共模干擾轉變?yōu)椴钅８蓴_，就嚴重了，因為有用信號都是差模信號。差模電流的磁場主要集中在差模電流構成的回路面積內，而回路面積之外，磁力線會相互抵消；共模電流的磁場在回路面積之外，共模電流產生的磁場方向相同。PCB的很多EMC設計都遵循以上理論。

 

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（接地設計）。

 

PCB設計原則歸納

 

原則1：PCB時鐘頻率超過5MHz或信號上升時間小于5ns，一般需要使用多層板設計。

 

原因：采用多層板設計，信號回路面積能夠得到很好的控制。

 

原則2：對于多層板，關鍵布線層（時鐘線、總線、接口信號線、射頻線、復位信號線、片選信號線以及各種控制信號線等所在層）應與完整地平面相鄰，優(yōu)選兩地平面之間。

 

原因：關鍵信號線一般都是強輻射或極其敏感的信號線，靠近地平面布線能夠使其信號回路面積減小，減小其輻射強度或提高抗干擾能力。

 

原則3：對于單層板，關鍵信號線兩側應該包地處理。

 

原因：關鍵信號兩側包地，一方面可以減小信號回路面積，另外還可以防止信號線與其他信號線之間的串擾。

 

原則4：對于雙層板，關鍵信號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：與多層板關鍵信號靠近地平面相同。

 

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

 

原因：電源平面相對于其回流地平面內縮可以有效抑制邊緣輻射問題。

 

原則6：布線層的投影平面應該在其回流平面層區(qū)域內。

 

原因：布線層如果不在回流平面層的投影區(qū)域內，會導致邊緣輻射問題，并且導致信號回路面積增大，從而導致差模輻射增大。

 

原則7：多層板中，單板TOP、BOTTOM層盡量無大于50MHZ的信號線。

 

原因：最好將高頻信號走在兩個平面層之間，以抑制其對空間的輻射。

 

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

 

原因：最好將高頻信號走在兩個平面層之間，以抑制其對空間的輻射。

 

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：在分層設計時，盡量避免布線層相鄰的設置。如果無法避免布線層相鄰，應該適當拉大兩布線層之間的層間距，縮小布線層與其信號回路之間的層間距。

 

原因：相鄰布線層上的平行信號走線會導致信號串擾。

 

原則13：相鄰平面層應避免其投影平面重疊。

 

原因：投影重疊時，層與層之間的耦合電容會導致各層之間的噪聲互相耦合。

 

原則14：PCB布局設計時，應充分遵守沿信號流向直線放置的設計原則，盡量避免來回環(huán)繞。

 

原因：避免信號直接耦合，影響信號質量。

 

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

 

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：當線路板上同時存在高、中、低速電路時，應該遵從高、中速電路遠離接口的原則。

 

原因：避免高頻電路噪聲通過接口向外輻射。

 

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、風扇及繼電器）附近應放置儲能和高頻濾波電容。

 

原因：儲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靠近接口放置。

 

原因：避免已經經過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、防護以及隔離器件應該靠近接口放置。

 

原因：可以有效的實現(xiàn)防護、濾波和隔離的效果。

 

原則20：如果接口處既有濾波又有防護電路，應該遵從先防護后濾波的原則。

 

原因：防護電路用來進行外來過壓和過流抑制，如果將防護電路放置在濾波電路之后，濾波電路會被過壓和過流損壞。

 

原則21：布局時要保證濾波電路（濾波器）、隔離以及防護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會削弱濾波、隔離或防護效果。

 

原則22：單板上如果設計了接口“干凈地”，則濾波、隔離器件應放置在“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平面層互相耦合，削弱效果。