电磁兼容原理和抑制技术（十一）

         本节最后举例说明典型公共阻抗的耦合问题。在瞬变频率下，高频门电路的瞬变电流总是驱使内阻过大的电源母线负荷加重。若瞬变电流在母线上的压降高于逻辑电路的抗扰度时，将出现电磁干扰问题。例如，肖特基晶体管——晶体管逻辑电路(TTL)具有3毫微秒的上升时间τr和30毫安的门瞬变电流I（输出端数=5），3毫微秒的上升时间导致产生F高达100兆赫的大量频率分量（F=1/πτr）。若电源印制线和回线是3毫米宽100毫米长（由表4.1查出阻抗≈59欧），则在母线上产生的共模电压等于I×(2/π)×Z=0.3×(2/π)×59≈1.1伏。由于肖特基TTL的抗扰度是300毫伏，该逻辑电路将失去作用。解决办法是：(1)缩短印制线长度，(2)对电源分配系统去耦，(3)使用较低阻抗的布线，或(4)尝试上述方法的组合。

        4.2.2 布线原则

        对多层印制电路板进行布线时，首先要考虑电磁兼容问题，可从两个基本定理出发：根据克希霍夫定理，任何时域信号由源到回路的传输都必须构成一个完整的回路；一个频域信号由源到负载的传输都必须有一个最低阻抗的路径。高频电磁场的辐射和传导也完全符合这个原则，即经由设计所指定的回路到达负载，否则就是通过一些分布参数如寄生电感，寄生电容到达负载，其结果是与寄生电感或电容耦合的一些器件就会受到电磁干扰；同样根据法拉第电磁感应定理，任何磁通变化都会在闭合回路中感生电动势及任何交变电流都会产生电磁场，这些电动势或电磁场也会通过意想不到的耦合去干扰一些周围的器件，但遗憾的是，人们往往忽略这些事实，例如在数字电路设计中，容易被人们忽略的是存在于器件、 印制线、连接器等的寄生电感、电容、导纳；又如多层印制板中有效抑制电磁干扰的通量对消技术，就是由被人们忽略的实金属平面产生的镜像电流作用实现的。

      1 层数的决定
       由于多层印制电路板可以减少信号返回线的数目、大大减小环路面积（为此降低电磁干扰40dB~60Db）、板上器件密度最大和几乎消除了电源线，所以正逐步发展成为一个被广泛采用的解决方案。

      在决定多层印制电路板的层数时，应遵循的一般原则有：
      (1)电源平面应接近接地平面而且要处在接地平面之下，目的是利用两个金属板之间的电容为电源平滑滤波，当然也会对电源平面上分布的辐射电流进行屏蔽。
      (2)要把数字电路和模拟电路分开，有条件的可将数字电路和模拟电路分在不同的层内。若没条件可采用开沟、加接地线条、或分隔线条等补救。数字电路和模拟电路的地和电源要分开，因为数字电路是频谱很宽的干扰源。
      (3)时钟电路和高频电路也是主要的辐射、干扰源，一定要远离敏感器件或电路，也就是说要单独布局。
      (4)在表面层布设的微带线和在中间层布设的带线波导要注意他们的波阻抗是不同的。
      (5) 对不同层布线时，由于不同层上的高频辐射和杂散电流都不相同，所以不能同等对待。
      (6)为了产生通量对消作用，布线时布线层应尽量与整块金属平面相邻。
      (7)为了获得或适应更高的时钟速率，时钟布线平面应靠进接地平面，但注意不是电源平面。如靠近电源平面会引起信号相移、阻抗变化引起的噪声变化等。
       (8)由于电源平面和接地平面上充满射频电流和浪涌，他可引起逻辑混乱、瞬间短路、总线信号过载，所以电源平面和接地平面上的分布电阻一定要减到最小。

       2  20-H和3-H原则
       在多层印制板设计布线，决定印制线条之间的距离和电源层与边缘的距离时，要遵循两条原则：
       (1)20-H原则：由W.Michael King提出所有具有一定电压的印制板都会向空间辐射电磁能量，为了尽量减少这个效应，印制板的物理尺寸都应比最靠近的接地板的物理尺寸小20H，H是两个印制板的间距；在一定频率下，两个金属板的边缘场会产生辐射，当减小其中一块金属板的尺寸时辐射也会减小，当尺寸小20H时辐射强度下降70%；尺寸小100H时辐射强度下降98%；按20-H原则，20H一般为3mm左右。
      (2) 3-H原则：发现两条印制线之间的距离≮3W时，可以避免发生两线之间的电磁串扰，W为印制线条的宽度。线条太宽会减少布线密度增加成本；线条太窄会影响传输到终端的信号波形和强度，因为印制线的宽度决定线条的阻抗。3-H原则适用于几乎所有的电路。