在高速電路板設(shè)計過程中，電磁兼容性設(shè)計是一個重點，也是難點。本文從層數(shù)設(shè)計和層的布局兩方面論述了如何減少耦合源傳播途徑等方面減少傳導(dǎo)耦合與輻射耦合所引起的電磁干擾，提高電磁兼容性。

在設(shè)計PCB時，對于單層板和雙層板而言，一般不用考慮電路板的疊層結(jié)構(gòu)。只有在設(shè)計四層以上的PCB時，才需要考慮PCB的疊層設(shè)計和阻抗控制問題。今天在這里不討論P(yáng)CB的阻抗控制方面的內(nèi)容，主要討論一下PCB疊層設(shè)計和電磁兼容之間的關(guān)系。

在PCB疊層設(shè)計中，一般的參考原則是：

(1)在兩個電源地層之間的信號層為最好布線層。

(2)與電源地層相鄰的信號層為較好布線層。

(3)與電源正極層相鄰的信號層為次級布線層。

(4)在設(shè)計疊層結(jié)構(gòu)時，需要考慮電磁干擾源在空間傳播特性上，距離越遠(yuǎn)，衰減越快，對信號層干擾越小的原則。

(5)電源地層具有屏蔽電磁干擾源的作用，其一方面屏蔽和抑制自身信號線產(chǎn)生的干擾源對外輻射，解決自身輻射發(fā)射超標(biāo)的問題;另外，其對外部干擾源也具備一定的屏蔽和抑制作用。

(6)電源正極層相對電源地層而言，對電磁干擾的屏蔽較弱。

(7)一般情況下，在設(shè)計疊層結(jié)構(gòu)時，最好在內(nèi)部疊層設(shè)計時，讓電源正極層和電源地層相鄰，以提高電源的穩(wěn)定性。但是，也不絕對，為了提高屏蔽效果，在信號布線較少，元器件較少的情況下，為了提高產(chǎn)品的電磁兼容性，在做四層板疊層設(shè)計時，把頂層和底層作為電源地層，內(nèi)部兩層可以設(shè)置一層信號層和一層電源正極層。

四層PCB的疊層設(shè)計一般采用頂層和底層為信號層，中間兩層為電源正極和電源地層。這樣的疊層設(shè)計，緊挨電源地層的信號布線層為相對較好的布線層，緊挨電源正極的信號布線層為次級布線層。一般情況下，建議把距離外殼較遠(yuǎn)的信號布線層和地層放在緊挨在一起，這樣可以把敏感信號放在該信號層，把其它信號線設(shè)計在另外一層。這樣做的原因是基于干擾源通過外殼引入內(nèi)部時，距離信號布線層越遠(yuǎn)，信號衰減的越多，對敏感信號線的干擾相對較小。

PCB 板層設(shè)計與電磁兼容性密切相關(guān)，合理設(shè)計可顯著提升電子設(shè)備的抗干擾能力和輻射控制。以下是具體關(guān)系及設(shè)計要點：

電磁兼容性核心問題

電磁兼容性(EMC)指設(shè)備在復(fù)雜電磁環(huán)境中正常工作，同時避免對其他設(shè)備造成干擾。不當(dāng)?shù)腜CB設(shè)計會導(dǎo)致信號失真、噪音過大、系統(tǒng)不穩(wěn)定等問題，尤其在高速電路或模數(shù)混合電路中，單面板和雙面板因缺乏地線屏蔽，輻射增強(qiáng)且抗干擾能力下降。 ?

層數(shù)配置原則

?電源層?：需根據(jù)電源數(shù)量和類型設(shè)計，單一電源可用單一電源層，高密度電路建議多個電源層分割供電。 ?

?信號層?：需考慮信號特性，高頻信號或特殊信號需獨立分層并增加地平面屏蔽。 ?

?地層?：與電源層相鄰可形成耦合電容，增強(qiáng)屏蔽效果。 ?

布局優(yōu)化策略

?信號層位置?：優(yōu)先選擇與電源地層相鄰的信號層，減少干擾。 ?

?疊層結(jié)構(gòu)?：四層板設(shè)計中，頂層和底層設(shè)為電源地層，內(nèi)部兩層分別設(shè)信號層和電源正極層，可提升屏蔽效果。 ?

?布線原則?：避免長距離平行走線，減少輻射耦合路徑。 ?

成本與性能平衡

在保證電磁兼容性的前提下，需權(quán)衡成本與層數(shù)設(shè)計。例如，高頻時鐘信號通常需要4層以上PCB以實現(xiàn)有效屏蔽。 ?

1電磁兼容

電磁兼容(EMC)是一門綜合性學(xué)科，主要研究電磁干擾和抗干擾的問題。電磁兼容性是指電子設(shè)備或系統(tǒng)在規(guī)定的電磁環(huán)境電平下，不因電磁干擾而降低性能，同時它們本身產(chǎn)生的電磁輻射不大于檢定的極限電平，不影響其它電子設(shè)備或系統(tǒng)的正常運(yùn)行，并達(dá)到設(shè)備與設(shè)備、系統(tǒng)與系統(tǒng)之間互不干擾、共同可靠地工作的要求。電磁兼容性 (EMC)包括兩個方面：產(chǎn)品的電磁輻射性和抗電磁干擾性口一個好的電子產(chǎn)品必須考慮電磁兼容問題，既不能有電磁輻射干擾其他電子設(shè)備，又要有較低的電磁敏感度，能抵抗規(guī)定的電磁干擾。電磁干擾是電磁騷擾引起的后果，它會使電子設(shè)備、傳輸通道、系統(tǒng)和印刷板組裝件的性能下降。印刷板作為電子設(shè)備的基礎(chǔ)部件，使用中同樣存在電場和磁場，有電、磁場存在就有電磁兼容問題，尤其是現(xiàn)代電子設(shè)備中大量采用數(shù)字電路、高速邏輯電路，信號的傳輸速度大大提高，這也增大了引起電磁輻射和受電磁干擾的因素，所以考慮電磁兼容問題是印刷電路板設(shè)計的重要內(nèi)容。

2印刷電路板上抑制電磁干擾設(shè)計

由于PCB上的電子器件和線路的密集度不斷增加，而信號的頻率也不斷提高，不可避免地會引入E訛(電磁兼容)和陰I(電磁干擾)的問題。

外部的傳導(dǎo)干擾和輻射干擾對PCB上的電路基本無影響，實際上在設(shè)計中采取正確的措施常常能同時起到抗干擾和抑制發(fā)射的作用。在設(shè)計印刷電路板時，首先要根據(jù)實際需要，選擇合適的印制板類型(板材和板層)，然后是確定元器件在板上的位置，再依次布局，設(shè)計地線、信號線。

2.1印刷電路板的選取

印刷電路板有單面、雙面和多層板之分。單面和雙面板一般用于低、中密度布線的電路和集成度較低的電路。多層板適用于高密度布線、高集成度芯片的高速數(shù)字電路。從電磁兼容的角度來說，多層板可以減小線路板的電磁輻射并提高線路板的抗干擾能力。因為在多層板中，可以設(shè)置專門的電源層和地層，使信號線與地線之間的距離僅為線印刷電路板的層間距離。這樣板上所有信號的回路面積就可以降至最小，從而有效減小差模輻射。

2.2元器件的布局

設(shè)計印刷電路板不僅僅是簡單地將各個元器件之間用印制導(dǎo)線連接起來，更重要的是應(yīng)當(dāng)考慮電路的特點和要求，正確的擺放元器件

l)按電路單元和相互有連接關(guān)系的元器件應(yīng)靠近布局。以減少元器件之間的走線和連線的長度，減低輻射和干擾。

2)按電路工作頻率或器件的開關(guān)速度的相對高低分區(qū)布局，從I/0端向板的遠(yuǎn)端電路工作頻率依次降低分布，在較高頻率區(qū)內(nèi)，高速震蕩器件不應(yīng)靠近工/0端。

3)容易產(chǎn)生電磁輻射的元器件(如：時鐘、震蕩器等)，遠(yuǎn)離電磁敏感器件或走線，必要時采取電磁屏蔽措施。

2.3信號線的布局

信號線的布置最好根據(jù)信號的流向順序安排，使電路板上的信號走向流暢。不相容的信號線應(yīng)相互遠(yuǎn)離，不要平行走線。同一層上的信號線保持一定間距，最好以相應(yīng)地線回路隔離，減少線間信號串?dāng)_。分布在不同層上的信號線走向應(yīng)相互垂直，這樣可以減少線間的電場和磁場禍合干擾。高速信號的回路面積盡可能小，以免發(fā)生輻射干擾。

1)高速信號線盡可能放在同一層，不要換層：2)使信號線平滑過度，避免由于線寬突變引起信號反射：3)印制線不要一部分緊鄰地線走，一部分不緊鄰造成阻抗突變;4)信號線不要離印制板邊緣太近，否則會引起特征阻抗變化，而且容易產(chǎn)生邊緣場，增加向外的輻射：5)對于導(dǎo)線特性阻抗要求嚴(yán)格的信號線，應(yīng)采用帶狀線或微帶線的布線形式，有利于導(dǎo)線寬度、厚度和絕緣層厚度調(diào)整特性阻抗;6)當(dāng)電路的工作頻率超過SMHz或器件的邊沿數(shù)率超過sns時，應(yīng)優(yōu)先選用多層板，有利于降低電磁干擾;7)高速信號傳輸線路中過孔盡量少，并且孔徑小，有利于降低孔的寄生電容，通常采用小孔徑的過孔、埋孔或盲孔。

2.4地線布局

1)將數(shù)字電路與模擬電路分開。電路板上既有高速邏輯電路，又有線性電路，應(yīng)使它們盡量分開，兩者的地線不要相混，分別與電源端地線相連。要盡量加大線性電路的接地面積。

2)正確選擇單點接地與多點接地。在低頻電路中，信號的工作頻率小于1陽z，它的布線和器件間的電感影響較小，而接地電路形成的環(huán)流對干擾影響較大，因而應(yīng)采用一點接地。當(dāng)信號工作頻率大于10MHz時，地線阻抗變得很大，此時應(yīng)盡量降低地線阻抗，應(yīng)采用就近多點接地。

3)盡量加粗接地線。若接地線很細(xì)，接地電位則隨電流的變化而變化，致使電子設(shè)備的定時信號電平不穩(wěn)，抗噪聲性能變壞。因此應(yīng)將接地線盡量加粗，使它能通過三倍于印制電路板的允許電流。

4)地線上的隔離孔不應(yīng)距離太近，隔離孔的絕緣環(huán)不能過大，以免形成無意的溝槽，影響上一層信號線的阻抗。

5)接地線構(gòu)成閉環(huán)路。設(shè)計只由數(shù)字電路組成的印刷電路板的地線系統(tǒng)時，將接地線做成閉環(huán)路可以明顯的提高抗噪聲能力。

1電磁兼容

電磁兼容(EMC)是一門綜合性學(xué)科，主要研究電磁干擾和抗干擾的問題。電磁兼容性是指電子設(shè)備或系統(tǒng)在規(guī)定的電磁環(huán)境電平下，不因電磁干擾而降低性能，同時它們本身產(chǎn)生的電磁輻射不大于檢定的極限電平，不影響其它電子設(shè)備或系統(tǒng)的正常運(yùn)行，并達(dá)到設(shè)備與設(shè)備、系統(tǒng)與系統(tǒng)之間互不干擾、共同可靠地工作的要求。電磁兼容性 (EMC)包括兩個方面：產(chǎn)品的電磁輻射性和抗電磁干擾性口一個好的電子產(chǎn)品必須考慮電磁兼容問題，既不能有電磁輻射干擾其他電子設(shè)備，又要有較低的電磁敏感度，能抵抗規(guī)定的電磁干擾。電磁干擾是電磁騷擾引起的后果，它會使電子設(shè)備、傳輸通道、系統(tǒng)和印刷板組裝件的性能下降。印刷板作為電子設(shè)備的基礎(chǔ)部件，使用中同樣存在電場和磁場，有電、磁場存在就有電磁兼容問題，尤其是現(xiàn)代電子設(shè)備中大量采用數(shù)字電路、高速邏輯電路，信號的傳輸速度大大提高，這也增大了引起電磁輻射和受電磁干擾的因素，所以考慮電磁兼容問題是印刷電路板設(shè)計的重要內(nèi)容。

2印刷電路板上抑制電磁干擾設(shè)計

由于PCB上的電子器件和線路的密集度不斷增加，而信號的頻率也不斷提高，不可避免地會引入E訛(電磁兼容)和陰I(電磁干擾)的問題。

外部的傳導(dǎo)干擾和輻射干擾對PCB上的電路基本無影響，實際上在設(shè)計中采取正確的措施常常能同時起到抗干擾和抑制發(fā)射的作用。在設(shè)計印刷電路板時，首先要根據(jù)實際需要，選擇合適的印制板類型(板材和板層)，然后是確定元器件在板上的位置，再依次布局，設(shè)計地線、信號線。

2.1印刷電路板的選取

印刷電路板有單面、雙面和多層板之分。單面和雙面板一般用于低、中密度布線的電路和集成度較低的電路。多層板適用于高密度布線、高集成度芯片的高速數(shù)字電路。從電磁兼容的角度來說，多層板可以減小線路板的電磁輻射并提高線路板的抗干擾能力。因為在多層板中，可以設(shè)置專門的電源層和地層，使信號線與地線之間的距離僅為線印刷電路板的層間距離。這樣板上所有信號的回路面積就可以降至最小，從而有效減小差模輻射。

2.2元器件的布局

設(shè)計印刷電路板不僅僅是簡單地將各個元器件之間用印制導(dǎo)線連接起來，更重要的是應(yīng)當(dāng)考慮電路的特點和要求，正確的擺放元器件

l)按電路單元和相互有連接關(guān)系的元器件應(yīng)靠近布局。以減少元器件之間的走線和連線的長度，減低輻射和干擾。

2)按電路工作頻率或器件的開關(guān)速度的相對高低分區(qū)布局，從I/0端向板的遠(yuǎn)端電路工作頻率依次降低分布，在較高頻率區(qū)內(nèi)，高速震蕩器件不應(yīng)靠近工/0端。

3)容易產(chǎn)生電磁輻射的元器件(如：時鐘、震蕩器等)，遠(yuǎn)離電磁敏感器件或走線，必要時采取電磁屏蔽措施。

2.3信號線的布局

信號線的布置最好根據(jù)信號的流向順序安排，使電路板上的信號走向流暢。不相容的信號線應(yīng)相互遠(yuǎn)離，不要平行走線。同一層上的信號線保持一定間距，最好以相應(yīng)地線回路隔離，減少線間信號串?dāng)_。分布在不同層上的信號線走向應(yīng)相互垂直，這樣可以減少線間的電場和磁場禍合干擾。高速信號的回路面積盡可能小，以免發(fā)生輻射干擾。

1)高速信號線盡可能放在同一層，不要換層：2)使信號線平滑過度，避免由于線寬突變引起信號反射：3)印制線不要一部分緊鄰地線走，一部分不緊鄰造成阻抗突變;4)信號線不要離印制板邊緣太近，否則會引起特征阻抗變化，而且容易產(chǎn)生邊緣場，增加向外的輻射：5)對于導(dǎo)線特性阻抗要求嚴(yán)格的信號線，應(yīng)采用帶狀線或微帶線的布線形式，有利于導(dǎo)線寬度、厚度和絕緣層厚度調(diào)整特性阻抗;6)當(dāng)電路的工作頻率超過SMHz或器件的邊沿數(shù)率超過sns時，應(yīng)優(yōu)先選用多層板，有利于降低電磁干擾;7)高速信號傳輸線路中過孔盡量少，并且孔徑小，有利于降低孔的寄生電容，通常采用小孔徑的過孔、埋孔或盲孔。

2.4地線布局

1)將數(shù)字電路與模擬電路分開。電路板上既有高速邏輯電路，又有線性電路，應(yīng)使它們盡量分開，兩者的地線不要相混，分別與電源端地線相連。要盡量加大線性電路的接地面積。

2)正確選擇單點接地與多點接地。在低頻電路中，信號的工作頻率小于1陽z，它的布線和器件間的電感影響較小，而接地電路形成的環(huán)流對干擾影響較大，因而應(yīng)采用一點接地。當(dāng)信號工作頻率大于10MHz時，地線阻抗變得很大，此時應(yīng)盡量降低地線阻抗，應(yīng)采用就近多點接地。

3)盡量加粗接地線。若接地線很細(xì)，接地電位則隨電流的變化而變化，致使電子設(shè)備的定時信號電平不穩(wěn)，抗噪聲性能變壞。因此應(yīng)將接地線盡量加粗，使它能通過三倍于印制電路板的允許電流。

4)地線上的隔離孔不應(yīng)距離太近，隔離孔的絕緣環(huán)不能過大，以免形成無意的溝槽，影響上一層信號線的阻抗。

5)接地線構(gòu)成閉環(huán)路。設(shè)計只由數(shù)字電路組成的印刷電路板的地線系統(tǒng)時，將接地線做成閉環(huán)路可以明顯的提高抗噪聲能力。

2.5印刷導(dǎo)線的寬度

導(dǎo)線寬度應(yīng)以滿足電氣性能而又便于生產(chǎn)為宜，它的最小值以承受的電流而定，但最小不宜小于0.Zmln，在高密度、高精度的印刷線路中，導(dǎo)線寬度和間距一般可取0.3nnn;導(dǎo)線寬度在大電流情況下還應(yīng)考慮到其溫升，單面板試驗表明，當(dāng)銅箔厚度為SOum、導(dǎo)線寬度1一1.smm、通過電流為2A時，溫升很小。

在DIP封裝的走線間，當(dāng)兩腳間通過2根線時，焊盤直徑可設(shè)為50mil，線寬與線距都為10耐l;當(dāng)兩腳間只通過1根導(dǎo)線時，焊盤直徑可設(shè)為64011，線寬與直徑都為12mil。

3軟件抗干擾措施

采用看門狗電路防止由于外界干擾硬件故障及程序出錯致使系統(tǒng)停機(jī)中斷或程序進(jìn)入死循環(huán);采用軟件濾波方法剔除高頻脈沖干擾。

4小結(jié)

印制電路板中的電磁兼容問題很復(fù)雜，要針對具體問題采取相應(yīng)的措施。設(shè)計中善于采用新的設(shè)計手段，吸取先進(jìn)的設(shè)計經(jīng)驗，利用成熟的安裝工藝，有效的減少電磁干擾。隨著PCB工藝的不斷提高和電磁兼容學(xué)的深入發(fā)展，其電子產(chǎn)品的電磁兼容性能也將會有顯著的提高。