多层布线的发展及其在电源电路电磁兼容设计中的应用

2 电源电路电磁干扰分析及相应抑制措施

电磁兼容（EMC）是指对电磁环境进行设计的学科领域，通过研究和分析预测电磁干扰，提供抑制干扰的有效技术，进行合理设计，从而使电子系统和设备在共同电磁环境中不受干扰的影响而相容地正常工作。电磁兼容的研究对象就是电磁干扰。随着电子系统和设备数量的逐渐增多和性能的不断提高，电磁干扰将越来载严重。而电源电路作为任何电子设备所不可缺少的部分，其性能的好坏直接关系到了设备性能的优劣。对电源电路系统来讲，电磁干扰可分为辐射型和传导型。辐射型干扰表现为电场或磁场的形式，而传导型干扰总是以电压或电流的形式来表现。电源电路中功率器件的切换或电源电压的波动过程，可以在连线上产生很大的dv/dt和di/dt的信号。它可以耦合到其它连线上造成电磁干扰。因而元件的选择对于控制电磁干扰（EMI）至关重要，而且电路板的布局和连线也具有同等重要的影响。

2.1 电源电路中电磁干扰的产生

2.1.1 元件选择不合理

在电源电路中，高频开关器件、高频变压器、电感等的使用，为辐射型电磁干扰的产生带来了可能。

2.1.2 元器件布局不合理

元器件布局的合理性直接关系到电源电路EMI水平的好坏。电源电路中功率器件的切换可以在连续上产生很大的干扰信号，它可以耦合到其它连线上造成干扰问题，布局时要进行特殊注意。

2.1.3 布线不合理

电源电路中的走线，应该保护接地层不向电路的敏感部分耦合噪声，高频电流地于敏感电路会产生不可忽视的影响。研究表明，高频开关电源电路中的EMI指标往往可以在不增加任何元器件的改变线路的条件睛通过修改布线设计而得到改善。

2.2 多层布线对抑制电磁干扰的作用

这里从布线的角度，针对多层布线在抑制电磁干扰方面的作用加以分析。

2.2.1 布线中的一些规则

高速信号线要短，信号线和信号回路线所形成的环路面积要最小。为避免信号之间的相互串扰，两条信号线切忌平行，而应采取垂直交叉方式；或者拉开两线之间的距离；也可在两条平行的信号线之间增设一条地线。连线和电源线的走向尽量与数据传输方向垂直。地线的设计不应该断开，而应该设计成环路，这样可以避免地线上出现较大的电位差而引起地电位波动，导致信号波形产生振荡、电路误动作。

2.2.2 多层布线在抑制电磁干扰中的作用

上面给出了布线的一些规则。采用单面板、双面板设计电源电路时有些规则并不能得到很好地实现。多层布线的使用弥补了这些不足。高密度的电源电路板上，两个或更多导体靠得比较近时，它们之间存在容性耦合，一个导体上的大幅度电压变化会向其它导体耦合电流。一般可以通过增加它们之间的距离或在导体之间增加一条接地线来消除耦合，但应该保证接地层不向电路的敏感部分耦合噪声，否则会对敏感电路产生不可忽视的影响。采用多层布线方式，电源、地线和信号分别占有独立的层面（如图1所示），这样由整个层面构成的电源线和接地线阻抗相当低。电路板的分布电容由各层之间的距离和介电系数来决定，约为 10～1000pF/cm2。图1中的E层上下表面经过绝缘处理，既能预防线路板向外辐射噪声，又能防止线路板接受外来噪声；同时，电源线被密封在板内，几乎不接受任何外来噪声，而且内部几个供电面之间有很大的静电电容，形成阻抗极低的供电线路，极大地提高了抗噪性能。