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行业动态

精心总结:印制电路板的电磁兼容性设计规范


一、元器件布局


印刷电路板进行EMC设计时,首先要考虑布局,PCB工程师必须和结构工程师、EMC工程师一起协调进行,做到两者兼顾,才能达到事半倍。


首先要考虑印刷电路板的结构尺寸大小,考虑如何对器件进行布置。如果器件分布很散,器件之间的传输线可能会很长,印制线路长,阻抗增加,抗噪声能力下降,成本也会增加。如果器件分布过于集中,则散热不好,且邻近线条易受耦合、串扰。因此根据电路的功能单元,对电路的全部元器件进行总体布局。同时考虑到电磁兼容性、热分布、敏感器件和非敏感器件、I/O接口、复位电路、时钟系统等因素。


一般来说,整体布局时应遵守以下基本原则:


1、当线路板上同时存在高、中、低速电路时,应该按逻辑速度分割:布置快速、中速和低速逻辑电路时,高速的器件(快逻辑、时钟振荡器等) 应安放在靠近连接器范围内,减少天线效应、低速逻辑和存储器,应安放在远离连接器范围内。这样对共阻抗耦合、辐射和交扰的减小都是有利的。

2、在单面板或双面板中,如果电源线走线很长,应每隔3000mil对地加去耦合电容,电容取值为10uF+1000pF,滤除电源线上高频噪声。


3、在单面板和双面板中,滤波电容的走线应先经滤波电容滤波,再到器件管脚,使电源电压先经过滤波再给IC供电,并且IC回馈给电源的噪声也会被电容先滤掉。至于去耦电容安放位置要根据实际情况来定,并不是绝对放在电源正极处,也可能放在电源负极处,原则上保证接地阻抗最小。

4、时钟线、总线、射频线等强辐射信号线远离接口外出信号线至少1000mil,避免强辐射信号线上的干扰耦合到外出信号线上向外辐射,晶体、晶振、继电器、开关电源等均为强辐射器件布局时应着重考虑。

5、滤波器(滤波电路)的输入、输出信号线不能相互平行、交叉走线,避免滤波前后的走线直接噪声耦合。

6、对于始端串联匹配电阻,应靠近其信号输出端放置,即驱动源放置。

7、为IC滤波的各滤波电容应尽可能靠近芯片的供电管脚放置,减少高频回路面积,从而减少辐射。

8、在PCB板上,接口电路的滤波、防护以及隔离器件应该靠近接口放置,并且遵循先防护后滤波的原则。

9、线路板电源输入口的滤波电路应靠近接口放置。

10、当接口电路采用隔离方式进行滤波设计时,其RC、LC电路应采用如下布局,且隔离区其他层不允许有其他走线。

11、靠近PCB板边缘4mm以内不允许放置元器件。


12、按照电路信号的流向安排各个功能电路单元的位置,使布局便于信号流通,并使信号尽可能保持一致的方向,信号走线最短、不产生回流。


13、以每个功能电路的核心元件为中心,围绕它来进行布局。元器件应均匀、整齐、紧凑地排列在PCB上,尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连线。


14、高频工作的电路,要考虑元器件之间的分布参数。一般电路应尽可能使元器件同一方向排列。


15、尽可能缩短高频元器件之间的参数,减少它们的分布参数和相互间的电磁干扰。易受干扰的器件不要相互挨得太近,输入和输出元件应尽可能远离。


16、元器件的位置应按电源电压、数字及模拟电路、速度快慢、电流大小等进行分组,以免相互干扰。根据元器件的位置可以确定印制板连接器各个引脚的安排。所有连接器应安排在印制板的一侧,尽量避免从两侧引出电缆,减少共模辐射。


17、高频滤波电容必须放在每个IC电源的引脚附近,减少对地回路,且要求每个电源引脚放一个高频小电容。


18、存在较大电流变化的单元电路或器件(如电源模块的I/O,风扇及继电器)附近应放置储能电容和高频滤波电容。


二、印制板布线


在印制板布线时,应先确定元器件在板上的位置,然后布置地线、电源线,再安排高速信号线,最后考虑低速信号线。应先布地线,这条规则很重要,地线最好布成网状布置。


1、电源线:在考虑安全条件下,电源线应尽可能靠近地线,以减小差模辐射的环面积,也有助于减小电路的交扰。

2、时钟线、信号线和地线的位置:信号线与地线距离应较近,形成的环面积较小,时钟线两边应尽可能进行包地线处理,防止时钟信号对其他信号的串扰,且包地线要可能多的打地过孔与地平面相连,减少接地阻抗,防止地线成为一个发射天线。


◇时钟线包地处理

3、时钟线和信号线尽量不要换层走线,如确因实际情况需换层时,在走线过孔处,需打地过孔。


◇时钟线过孔处、信号线过孔处打地过孔

4、时钟线、总线、射频线等关键信号走线和其他同层平行走线应满足3W原则。


5、输入输出线应尽可能避免相邻长距离的平等,减少输入输出间的串扰(差分线除外)。

6、电路板上的滤波器(滤波电路)下方不要有其他无关信号走线。


三、电源的EMC设计


电源方面的EMC设计不仅仅包括开关电源的EMC设计,还包括数字电路、模拟电路方面的电源EMC设计。


开关电源方面的EMC设计主要包括电源前端共模滤波器、差模滤波器设计、开关变压器缓冲回路的参数设计、开关管和快速二极管的吸收回路的设计、开关变压器的屏蔽设计等项目。主要根据具体产品来进行具体设计。


模拟电路和数字电路电源部分的EMC设计是非常重要的一个部分,主要包括BULK去耦电容的选择、IC去耦电容的选择、整体去耦电容的选择、磁珠的选择、滤波方式的选择等。


电源开关的交流回路、整流器交流回路包含高幅梯形电流,这些电流中谐波含量成分很高,其频率远大于开关基频,峰值幅值可高达持续输入/输出直流电流幅度的五倍,过渡时间通常为50ns,这两个回路最容易产生电磁干扰。因此应优先布好这些回路,每个回路中的三种主要器件:滤波电容、电源开关或整流器、电感或变压器应彼此相邻地进行设置,调整元器件位置使它们之间的电流回路路径尽可能的短。


开关电源的布线规则为:


1、所有传送交流信号的引线要尽可能的短而宽。


2、尽可能地减少环路面积,以抑制开关电源的辐射干扰。


3、根据印刷线路板电流的大小,尽可能地加粗电源线宽度,减少环路电阻。


4、电源线、地线的走线与电流的方向一致,增加抗噪声能力。

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