浅谈PCB板的电磁兼容设计

一、引言

印制电路板（PCB），易于制作，性能可靠，价格便宜，因而广泛应用于各种电子设备过程中。近年来，随着电子技术的迅速发展，印制电路板上的微处理器和逻辑电路中的时钟速率越来越快，信号的上升/下降时间越来越短。同时，板上期间密度和布线密度不断增加，导致印制电路板电磁干扰问题更加严重，PCB板的电磁兼容问题日益突出。

二、电磁干扰与电磁兼容概述

电磁干扰（Electro Magnetic Interference, EMI）是指任何能引起装置、设备或系统性能下降或对无生命物质产生损害作用的电磁现象。

电磁干扰可能是电磁噪声、无用信号或传播媒质自身的变化。有传导干扰和辐射干扰两种。传导干扰是指通过导电介质把一个电网络上的信号耦合（干扰）到另一个电网络；辐射干扰是指干扰源通过空间把其信号耦合（干扰）到另一个电网络。

电磁兼容（EMC）是指设备或系统在其辐射干扰是指干扰源通过空间把其信号耦合（干扰）到另一个电网络。环境中能正常工作，且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁干扰的能力。

简单的说，电子产品在通电工作时，既不通过传导、辐射、耦合等方式向外部发出超过标准规定的电磁干扰；同时又能够承受不定程度的来自外部或系统自身的电磁干扰而正常工作。一个系统满足以下条件，就是电磁兼容性：它不对任何其他系统产生影响；它不易受其他系统的影响；他不会自己干扰自己。

三、电磁兼容性设计在PCB板设计中的重要性

在高速PCB及系统设计中，高频信号线、集成电路的引脚、各类接插件等都可能成为具有天线特性的辐射干扰源，能发射电磁。并影响其他系统或本系统内其他子系统的正常工作。电子设备和系统的电磁兼容性指标已成为电子设备和系统设计在研制时的一个重要的技术要求。

大量实践证明，即使电路原理图设计正确，印制电路板设计不当，也会对电子设备的可靠性产生不利影响。例如，如果印制板两条西平行线靠得很近，则会形成信号波形的延迟，在传输线的终端形成反射噪声。所以现在有了抑制电子设备和系统的EMI国际标准，统称为电磁兼容（EMC）标准，它们可以作为普通设计者布线和布局时抑制电磁辐射和干扰的准则，对于军用电子产品设计者来说，标准会更加的严格，要求也更加苛刻。国内外的大量实验经验表明，在产品的研制和生产总越早的注意解决电磁兼容性，则越可以节约人力和财力，提高研发的效率。

四、PCB设计过程中可能产生的各种干扰

电子线路干扰可分为两类：内部干扰和外部干扰。内部干扰主要是因为受临近电路之间的寄生耦合以及内部组件之间的场耦合的影响，信号沿着传输路径有所衰减。详细说来，这些问题可以描述为信号丢失、信号沿路径反射以及与邻近信号线路的串话。

外部问题分为辐射问题和敏感度问题。辐射问题主要来源于时钟或其他周期性信号的谐波。补偿的方法是将周期信号局限在一个尽量小的区域并隔离与外界寄生耦合的路径。

对于外部影响的敏感度，例如ESD或无线频率的干扰，主要与耦合到I/O线上并传输到单元内部的能量有关。主要接受器是高速输入线和敏感的相邻线路，尤其是那些边缘的激励器件。

总体说来，印制电路板中的电磁干扰问题可以概括为公共阻抗耦合、串扰、高频载流导线产生的辐射，以及印制线条对高频辐射的感应等。

对于PCB板设计中的EMC分析主要考虑5点：
· 频率：问题在频谱的哪部分出现？
· 振幅：能量级别有多强，它导致有害影响的潜力有多大？
· 时间：出现的问题是连续的（周期信号），还是只要确定的操作循环内出现？
· 阻抗：源和接收机单元的阻抗是什么？二者之间传输媒质的阻抗是什么？
· 尺寸：导致辐射出现的发射设备的物理尺寸是多少？RF电流将产生电磁场，电磁场可以通过底盘的裂缝透出外壳。PCB上线路的长度与RF电流的传输路径有直接关系。

理解这5条有助于大大消除EMI是如何存在于PCB内的，从而针对性的解决问题。

五、对PCB板进行EMC设计

在电磁兼容层面分析印制电路板，要考虑三个基本问题：保证信号在板上可靠地传输，确保信号的完整性（Signal Integrity）；抑制电磁干扰EMI的传播；加强防护，防止因为抗扰度不足引起灵敏度故障（Susceptibility Failure）。

电源线地线之间应留出一定的空间，要是多层板尽量分开走线，不要在同一层，要安装高频特性好的去耦电容。下面具体介绍一下：

（一）：电路板整体布局及器件布置

（1）慎重选用器件。使用CMOS低速器件一般不会出现辐射问题，对于高频电路因考虑选用适宜的LSI，它不仅能缩小组建的面积而且内部面积小可