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印制电路板电磁兼容性设计规范

2025-09-245630安规与电磁兼容网

引言

本人结合自己在军队参与的电磁兼容设计工作实践,空军系统关于电子对抗进行的两次培训(雷达系统防雷、电子信息防泄露)及入司后参与706所杨继深主讲的EMC培训、701所周开基主讲的EMC培训、自己在地方电磁兼容实验室参与EMC整改的工作体验、特别是国际IEEE委员发表的关于EMC有关文章、与地方同行的交流体会,并结合公司的实验情况,对印制电路板的电磁兼容性设计进行了一下小结,希望对印制电路板的设计有所作用。

需要提醒注意的是:总结中只是提供了一些最基础的结论,对具体频率信号的走线长度计算、应考虑的谐波频率、波长、电路板级屏蔽、屏蔽体腔的设计、屏蔽体孔径的大小、数目、进出导线的处理、截止导波管直径、长度的计算及静电防护,雷电防护等知识没有进行描述。或许有些结论不一定正确,还需各位指正,本人将不胜感谢。

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、 印制电路板布线

在印制电路板布线时,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)应避免印制电路板导线的不连续性:◇迹线宽度不要突变 ◇导线不要突然拐角,信号走线避免“毛剌”、“锐角”、“直角”、“宽度不一致”等情况。

- 导线不要突然拐角

- 迹线宽度不要突变

(6)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)。

(7)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。

(8)晶振走线尽可能靠近IC,且在时钟线两边进行包地处理,时钟接地脚与CPU接地脚应同层直接靠近连接,减少晶振接地回路。时钟线的线宽至少10mil,护送地线的线宽至少20 mil。时钟晶振下最好露出地铜皮,增加电容耦合。

(9)关键信号线(如时钟线、总线、接口信号线、很射频线、复位线、片选线)一般都是强辐射源或敏感信号线,尽可能靠近地平面布线,使其信号回路面积减少,减少其辐射强度或提高抗干扰能力。

(10)高频信号线要远离时钟或晶振走线,如时钟线和高速信号线尽量不要平行走线,确因实际情况需平行走线,应用地线隔开。

(11)关键信号线距参考地平面边沿≥3H(H为线距离参考平面的高度),特别是电源走线

(12)模拟信号的高低电平信号线要分别走在地层两侧或电源两侧。

(13)差分信号线应同层、等长、并行走线,保护阻抗一致,差分线间不应有其他走线。当确因实际情况要打过孔时,应同时打过孔,且不能相距太远。

(14)关键信号线走线不要跨分区走线,如一定要跨分区走线,则在走线附近采用桥接方式,使信号形成完整回路。

(15)布线时应把回流面积最小化作为最高原则

(16)电源平面应相对于其相邻地平面内缩20H,当因结构限制时,也应保证5H

(17)信号线和地址线的走线应避免形成地排或地沟

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