PCB--EMC设计规范.doc

1、11PCB EMC 设计规范目录 第一部分 布局 1 层的设置 1.1 合理的层数 1.1.1 Vcc、GND 的层数 1.1.2 信号层数 1.2 单板的性能指标与成本要求 1.3 电源层、地层、信号层的相对位置 1.3.1 Vcc、GND 平面的阻抗以及电源、地之间的 EMC 环境问题 1.3.2 Vcc、GND 作为参考平面，两者的作用与区别 1.3.3 电源层、地层、信号层的相对位置 2 模块划分及特殊器件的布局 2.1 模块划分 2.1 .1 按功能划分 2 .1.2 按频率划分 2.1.3 按信号类型分 2.1.4 综合布局 2.2 特殊器件的布局 2.2.1 电源部分 2.2.2

2、 时钟部分 2.2.3 电感线圈2.2.4 总线驱动部分 2.2.5 滤波器件 3 滤波 3.1 概述 3.2 滤波器件 3.2.1 电阻 3.2.2 电感 3.2.3 电容 223.2.4 铁氧体磁珠 3.2.5 共模电感 3.3 滤波电路 3.3.1 滤波电路的形式 3.3.2 滤波电路的布局与布线 3.4 电容在 PCB 的 EMC 设计中的应用 3.4.1 滤波电容的种类 3.4.2 电容自谐振问题 3.4.3 ESR 对并联电容幅频特性的影响 3.4.4 ESL 对并联电容幅频特性的影响 3.4.5 电容器的选择 3.4.6 去耦电容与旁路电容的设计建议 3.4.7 储能电容的设计

3、4 地的分割与汇接4.1 接地的含义 4.2 接地的目的 4.3 基本的接地方式 4.3.1 单点接地 4.3.2 多点接地 4.3.3 浮地 4.3.4 以上各种方式组成的混合接地方式 4.4 关于接地方式的一般选取原则 4.4.2 背板接地方式 4.4.3 单板接地方式 第二部分 布线 1 传输线模型及反射、串扰 1.1 概述： 1.2 传输线模型 331.3 传输线的种类 1.3.1 微带线（microstrip ） 1.3.2 带状线（Stripline） 1.3.3 嵌入式微带线 1.4 传输线的反射 1.5 串扰 2 优选布线层 2.1 表层与内层走线的比较2.1.1 微带线（Mi

4、crostrip） 2.1.3 微带线与带状线的比较 2.2 布线层的优先级别 3 阻抗控制 3.1 特征阻抗的物理意义 3.1.1 输入阻抗： 3.1.2 特征阻抗 3.1.3 偶模阻抗、奇模阻抗、差分阻抗 3.2 生产工艺对对阻抗控制的影响 3.3 差分阻抗控制 3.3.1 当介质厚度为 5mil 时的差分阻抗随差分线间距的变化趋势 3.3.2 当介质厚度为 13 mil 时的差分阻抗随差分线间距的变化趋势 3.3.3 当介质厚度为 25 mil 时的差分阻抗随差分线间距的变化趋势 3.4 屏蔽地线对阻抗的影响 3.4.1 地线与信号线之间的间距对信号线阻抗的影响 3.4.2 屏蔽地线线宽

5、对阻抗的影响 3.5 阻抗控制案例 4 特殊信号的处理 5 过孔 5.1 过孔模型 5.1.1 过孔的数学模型 445.1.2 对过孔模型的影响因素5.2 过孔对信号传导与辐射发射影响 5.2.1 过孔对阻抗控制的影响 5.2.2 过孔数量对信号质量的影响 6 跨分割区及开槽的处理 6.1 开槽的产生 6.1.1 对电源/地平面分割造成的开槽 6.2 开槽对 PCB 板 EMC 性能的影响 6.2.1 高速信号与低速信号的面电流分布 6.2.2 分地”的概念 6.2.3 信号跨越电源平面或地平面上的开槽的问题 6.3 对开槽的处理 6.3.1 需要严格的阻抗控制的高速信号线，其轨线严禁跨分割走

6、线 6.3.2 当 PCB 板上存在不相容电路时，应该进行分地的处理 6.3.3 当跨开槽走线不可避免时，应该进行桥接 6.3.4 接插件（对外）不应放置在地层隔逢上 6.3.5 高密度接插件的处理 6.3.6 跨“静地”分割的处理 7 信号质量与 EMC 7.1 EMC 简介 7.2 信号质量简介 7.3 EMC 与信号质量的相同点 7.4 EMC 与信号质量的不同点7.5 EMC 与信号质量关系小结 第三部分 背板的 EMC 设计 1 背板槽位的排列 1.1 单板信号的互连要求 1.2 单板板位结构1.2.1 板位结构影响； 551.2.2 板间互连电平、驱动器件的选择 2 背板的 EMC

7、 设计 2.1 接插件的信号排布与 EMC 设计 2.1.1 接插件的选型 2.1.2 接插件模型与针信号排布 2.2 阻抗匹配 2.3 电源、地分配 2.3.1 电源分割及热插拔对电源的影响 2.3.2 地分割与各种地的连接 2.3.3 屏蔽层 第四部分 射频 PCB 的 EMC 设计 1 板材 1.1 普通板材 1.2 射频专用板材 2 隔离与屏蔽 2.1 隔离 2.2 器件布局 2.3 敏感电路和强辐射电路 2.4 屏蔽材料和方法 2.5 屏蔽腔的尺寸 3 滤波 3.1 电源和控制线的滤波 3.2 频率合成器数据线、时钟线、使能线的滤波 4 接地 4.1 接地分类 4.2 大面积接地 4

8、.3 分组就近接地 4.4 射频器件接地 4.4 接地时应注意的问题 664.5 接地平面的分布 5 布线 5.1 阻抗控制 5.2 转角 5.3 微带线布线 5.4 微带线耦合器 5.5 微带线功分器 5.6 微带线基本元件 5.7 带状线布线5.8 射频信号走线两边包地铜皮 6 其它设计考虑第一部分 布局 771 层的设置 在 PCB 的 EMC 设计考虑中，首先涉及的便是层的设置； 单板的层数由电源、地的层数和信号层数组成；电源层、地层、信号层的相对位置以及电源、地平面的分割对单板的 EMC 指标至关重要。 1.1 合理的层数 根据单板的电源、地的种类、信号密度、板级工作频率、有特殊布线

9、要求的信号数量，以及综合单板的性能指标要求与成本承受能力，确定单板的层数；对于 EMC 指标要求苛刻（如：产品需认证 CISPR16 CLASS B）而相对成本能承受的情况下，适当增加地平面乃是 PCB 的 EMC 设计的杀手锏之一。1.1.1 Vcc、GND 的层数 单板电源的层数由其种类数量决定；对于单一电源供电的 PCB，一个电源平面足够了；对于多种电源，若互不交错，可考虑采取电源层分割（保证相邻层的关键信号布线不跨分割区）；对于电源互相交错（尤其是象 8260 等 IC，多种电源供电，且互相交错）的单板，则必须考虑采用 2个或以上的电源平面，每个电源平面的设置需满足以下条件： 单一电源

10、或多种互不交错的电源； 相邻层的关键信号不跨分割区；地的层数除满足电源平面的要求外，还要考虑： 元件面下面（第 2 层或倒数第 2 层）有相对完整的地平面；高频、高速、时钟等关键信号有一相邻地平面；关键电源有一对应地平面相邻（如 48V 与 BGND 相邻）。1.1.2 信号层数 在 CAD 室现行工具软件中，在网表调入完毕后，EDA 软件能提供一布局、布线密度参数报告，由此参数可对信号所需的层数有个大致的判断； 经验丰富的CAD 工程师，能根据以上参数再结合板级工作频率、有特殊布线要求的信号数量以及单板的性能指标要求与成本承受能力，最后确定单板的信号层数。 信号的层数主要取决于功能实现，从

11、EMC 的角度，需要考虑关键信号网络（强辐射网络以及易受干扰的小、弱信号）的屏蔽或隔离措施。 1.2 单板的性能指标与成本要求 面对日趋残酷的通讯市场竞争，我们的产品开发面临越来越大的压力；时间、88质量、成本是我们能否战胜对手乃至生存的基本条件。对于高端产品，为了尽快将质量过硬的产品推向市场，适当的成本增加在所难免；而对于成熟产品或价格压力较大的产品，我们必须尽量减少层数、降低加工难度，用性价比合适的产品参与市场竞争。对于消费类产品，如，电视、VCD、计算机的主板一般都使用 6 层以下的 PCB 板，而且会为了满足大批量生产的要求、严格遵守有关工艺规范、牺牲部分性能指标。1.3 电源层、地层

12、、信号层的相对位置 1.3.1 Vcc、GND 平面的阻抗以及电源、地之间的 EMC 环境问题 （此问题有待深入研究、以下列出现有部分观点，仅供参考） *电源、地平面存在自身的特性阻抗，电源平面的阻抗比地平面阻抗高； *为降低电源平面的阻抗，尽量将 PCB 的主电源平面与其对应的地平面相邻排布并且尽量靠近，利用两者的耦合电容，降低电源平面的阻抗； *电源地平面构成的平面电容与 PCB 上的退耦电容一起构成频响曲线比较复杂的电源地电容，它的有效退耦频带比较宽，（但存在谐振问题）。 1.3.2 Vcc、GND 作为参考平面，两者的作用与区别 电源、地平面均能用作参考平面，且有一定的屏蔽作用；但相对

13、而言，电源平面具有较高的特性阻抗，与参考电平存在较大的电位势差；从屏蔽的角度，地平面一般均作了接地处理，并作为基准电平参考点，其屏蔽效果远远优于电源平面； 在选择参考平面时，应优选地平面。 1.3.3 电源层、地层、信号层的相对位置 对于电源、地的层数以及信号层数确定后，它们之间的相对排布位置是每一个 EMC 工程师都不能回避的话题； 单板 层的排布一般原则： a. 元件面下面（第二层）为地平面，提供器件屏蔽层以及为顶层布线提供参考平面； b. 所有信号层尽可能与地平面相邻； c. 尽量避免两信号层直接相邻； 99d. 主电源尽可能与其对应地相邻； e. 兼顾层压结构对称。 对于母板的层排布，

14、鉴于我司现有母板很难控制平行长距离布线，对于板级 工作频率在 50MHZ 以上的（50MHZ 以下的情况可参照，适当放宽），建议排布原则： a. 元件面、焊接面为完整的地平面（屏蔽）； b. 无相邻平行布线层； c. 所有信号层尽可能与地平面相邻； d. 关键信号与地层相邻，不跨分割区。 注：具体 PCB 的层的设置时，要对以上原则进行灵活掌握，在领会以上原则的基础上，根据实际单板的需求，如：是否需要一关键布线层、电源、地平面的分割情况等，确定层的排布，切忌生搬硬套，或抠住一点不放。鉴于篇幅有限，本文仅列出一般原则，供大家参考。 以下为单板层的排布的具体探讨： *四层板，优选方案 1，可用方案

15、 3。方案 1 TOP GND POWER BOTTOM 此方案为现行四层 PCB 的主选层设置方案，在元件面下有一地平面，关键信号优选布 TOP 层；至于层厚设置，有以下建议： 满足阻抗控制 芯板（GND 到 POWER）不宜过厚，以降低电源、地平面的分布阻抗；保证电源平面的去藕效果； 为了达到一定的屏蔽效果，有人试图把电源、地平面放在 TOP、BOTTOM 层，即采用方案 2：1010此方案为了达到想要的屏蔽效果，至少存在以下缺陷： *电源、地相距过远，电源平面阻抗较大 *电源、地平面由于元件焊盘等影响，极不完整 *由于参考面不完整，信号阻抗不连续 实际上，由于大量采用表贴器件，对于器件越

16、来越密的情况下，本方案的电源、地几乎无法作为完整的参考平面，预期的屏蔽效果很难实现；方案 2 使用范围有限。但在个别单板中，方案 2 不失为最佳层设置方案。以下为方案 2 在 XX 产品的接口滤波板中的使用案例； 案例（特例）：在 XX 产品的接口滤波板 XXX 的设计过程中，出现了以下情况： A，整板无电源平面，只有 GND、PGND 各占一个平面； B，整板走线简单，但作为接口滤波板，布线的辐射必须关注； C，该板贴片元件较少，多数为插件。 分析： 1，由于该板无电源平面，电源平面阻抗问题也就不存在了； 2，由于贴片元件少（单面布局），若表层做平面层，内层走线，参考平面的完整 性基本得到保证，而且第二层可铺铜保证少量顶层走线的参考平面； 3，作为接口滤波板，PCB 布线的辐射必须关注，若内层走线，表层为 GND、PGND，走线得到很好的屏蔽，传输线的辐射得到控制； 鉴于以上原因，在本板的层的排布时，我们决定采用方案 2，即：GND、S1、S2、PGND ，由于表层仍有少量短走线，而底层则为完整的地平面，我们在 S1 布线层铺铜，保证了表层走线的参考平面；