PCB电磁兼容设计要点

6.时钟电路之EMC设计

时钟电路在数字电路中占有重要地位，同时时钟电路也是产生电磁辐射的主要来源。一个具有2ns上升沿的时钟信号辐射能量的带宽可达160MHz，其可能辐射带宽可达十倍频，即1.6GHz。因此，设计好时钟电路是保证达到整机辐射指标的关键。时钟电路设计主要的问题有如下几个方面。
（1）阻抗控制：计算各种由印制板线条构成的微带线和微带波导的波阻抗、相移常数、衰减常数等等。许多设计手册都可以查到一些典型结构的波阻抗和衰减常数。特殊结构的微带线和微带波导的参数需要用计算电磁学的方法求解。
（2）传输延迟和阻抗匹配：由印制线条的相移常数计算时钟脉冲受到的延迟，当延迟达到一定数值时，就要进行阻抗匹配以免发生终端反射使时钟信号抖动或发生过冲。阻抗匹配方法有串联电阻、并联电阻、戴维南网络、RC 网络、二极管阵等。
（3）印制线条上接入较多容性负载的影响：接在印制线条上的容性负载对线条的波阻抗有较大的影响。特别是对总线结构的电路容性负载的影响往往是要考虑的关键因素。

表达传输线可以采用三种方式：
a、    用传输波阻抗（Z0）和传输时延（td）两个参数描述传输线。
b、    用传输波阻抗和（与波长有关的）规一化长度描述传输线。
c、    用单位长度的电感、电容和印制线的物理长度来描述传输线。
在印制板设计中经常采用第一种方式描述由印制线条构成的传输线。此时，传输时延的大小决定了印制线条是否需要采取阻抗控制的措施；当线条上有很多电容性负载时，线条的传输时延将会增大，与原来的传输时延有如下的关系，
td’为不考虑容性负载时的线条传输时延，C0 为不考虑容性负载时的线条分布电容，lm为无匹配的最大印制线条长度。还有许多其它时钟电路设计问题，如时钟区与其它功能区的隔离，同层板中时钟线条屏蔽等问题。

时钟电路电磁兼容设计技巧

（A）    首先要进行恰当的布线，布线层应安排与整块金属平面相邻。这样的安排是为了产生通量对消作用。
（B）    其次，时钟电路和高频电路是主要的干扰和辐射源一定要单独安排、远离敏感电路。
（C）    选择恰当的器件是设计成功的重要因素，特别在选择逻辑器件时，尽量选上升时间比五纳秒长的器件，决不要选比电路要求时序快的逻辑器件。
（D）    层间跳线应当最小
（E）    时钟布线的转接安排
时钟布线经连接器输出时，连接器上的插针要在时钟线插针周围布满接地插针。
（F）    时钟输出布线时不要采用向多个部件直接串行地连接〔称为菊花式连接〕；而应该经缓存器分别向其它多个部件直接提供时钟信号。

7.逻辑电路的使用

对在线路设计中所使用的逻辑集成电路的建议是：
凡是能不用高速逻辑电路的地方就不要用高速逻辑电路。
注意在IC近端的电源和地之间加旁路去耦电容（一般为104）。
注意长线传输过程中的波形畸变。
用R－S触发器作设备控制按钮与设备电子线路之间配合的缓冲。

8.设备内部的布线

在设备内部，布线不当是造成干扰的首要原因，大多数的干扰是发生在同一线束的电缆与电缆之间。所以正确的布线是设备可靠运行的基本保证之一。

8.1    线间的电磁耦合抑制方法
对磁场耦合：
1〕减小干扰源和敏感电路的环路面积。最好的办法是使用双绞线和屏蔽线，让信号线与接地线（或载流回路）扭绞在一起，以便使信号与接地线（或载流回路）之间的距离最近。
2〕增大线间的距离，使得干扰源与受感应的线路之间的互感尽可能地小。
3〕如有可能，使得干扰源的线路与受感应的线路呈直角（或接近直角）布线，这样可大大降低两线路间的耦合
对电容耦合：
1〕增大线路间的距离是减小电容耦合的最好办法。
2〕采用屏蔽层，屏蔽层要接地。
3〕降低敏感线路的输入阻抗。这对CMOS电路比较有效，这是因为CMOS电路的输入阻抗很高，与静电容分压后，干扰信号加到CMOS电路输入端子上成分很高。如有可能，在CMOS电路的人口端对地并联一个电容或一个阻值较低的电阻，这可以降低线路的输入阻抗，从而降低因静电容而引入的干扰。
4〕如有可能，敏感电路采用平衡线路作输入，平衡线路不接地。这样干扰源对平衡线路人口所施加的是共模干扰，利用平衡线路固有的共模抑制能力，克服干扰源对敏感线路的干扰。

8.2 一般的布线方法
在正式布线之前，首要的一点是将线路分类。主要的分类方法是按功率电平来进行，以每30dB功率电平分成若干组，见下表：
表1：按功率电平分类的布线方法
分级    功率范围    特点
A    ＞40dBm    高功率直流、交流和射频源（EMI源）
B    10～40dBm    低功率直流、交流和射频源（EMI源）
C    -20～10dBm    脉冲和数字源、视频输出电路（音频视频源）
D    -50～20dBm    音频和传感器敏感电路、视频输入电路（视频敏感电路）
E    -80～50dBm    射频、中频输出电路、安全保护电路（射频敏感电路）
F    ＜-80dBm    天线和射频电路