电磁兼容控制技术--PCB设计概述

1、 上海市电磁兼容检测重点实验室上海市电磁兼容检测重点实验室徐强华徐强华l电路设计电路设计l屏蔽屏蔽l接地接地l滤波滤波在电子、电器产品的设计阶段从在电子、电器产品的设计阶段从等方面来考虑、解决产品的等方面来考虑、解决产品的EMC问题问题l通常，电磁兼容问题只用一种措施往往通常，电磁兼容问题只用一种措施往往不能取得预期的效果，最好用几种方法不能取得预期的效果，最好用几种方法相结合。相结合。l一个产品在设计定型的初级阶段，采用一个产品在设计定型的初级阶段，采用合适的电磁兼容性对策并采取恰当的措合适的电磁兼容性对策并采取恰当的措施，对保证产品的技术可靠性、控制产施，对保证产品的技术可靠性、控制产品成

2、本是至关重要的。品成本是至关重要的。 传导耦合传导耦合 ( ( 公共回路耦合公共回路耦合 、导线间的近场耦合、导线间的近场耦合 ) )辐射耦合辐射耦合 ( ( 近场耦合近场耦合 、远场耦合、远场耦合 ) ) l噪声源噪声源l耦合通道耦合通道l敏感的接收电路敏感的接收电路l在在噪声噪声源处进行源处进行抑制抑制；l在噪声传播路径上进行在噪声传播路径上进行抑制。抑制。l噪声源在保证产品或设备所固有的电气性能的噪声源在保证产品或设备所固有的电气性能的前提下，控制噪声源的直接发射强度，由强到前提下，控制噪声源的直接发射强度，由强到弱；弱；l改良产品的设计方略，从线路布置，外壳屏蔽改良产品的设计方略，从线

3、路布置，外壳屏蔽等方面，控制噪声传输路径的数量，由多到少；等方面，控制噪声传输路径的数量，由多到少；l用先进的电子电气线路，去除产品不必要的附用先进的电子电气线路，去除产品不必要的附加性能，控制噪声源的数量，由多到少。加性能，控制噪声源的数量，由多到少。l印制线路板是电子产品最基本的部印制线路板是电子产品最基本的部件，也是绝大部分电子元器件的载件，也是绝大部分电子元器件的载体。体。l实践证明：即使设计电路原理正确，实践证明：即使设计电路原理正确，印制线路板设计不当，也会对电子印制线路板设计不当，也会对电子设备的可靠性产生不利影响。设备的可靠性产生不利影响。l所以保证印制线路板的电磁兼容性所以保

4、证印制线路板的电磁兼容性是整个系统设计的关键。是整个系统设计的关键。 印制电路板有单层、双面和多层之分。单层和双面印印制电路板有单层、双面和多层之分。单层和双面印制电路板主要用于集成度较低的电路。多层印制电制电路板主要用于集成度较低的电路。多层印制电路板适用于高密度的布线场合。路板适用于高密度的布线场合。l1、减小辐射骚扰的角度出发，应尽量选用多层板，、减小辐射骚扰的角度出发，应尽量选用多层板，内层分别作电源层、地线层，用以降低供电线路阻内层分别作电源层、地线层，用以降低供电线路阻抗，抑制公共阻抗噪声，对信号线形成均匀的接地抗，抑制公共阻抗噪声，对信号线形成均匀的接地面，加大信号线和接地面间的

5、分布电容，抑制其向面，加大信号线和接地面间的分布电容，抑制其向空间辐射的能力。空间辐射的能力。l2、印制电路板的尺寸大小。、印制电路板的尺寸大小。PCB尺寸过大，印制线尺寸过大，印制线条长，线路阻抗增加，抗扰度能力下降，成本也增条长，线路阻抗增加，抗扰度能力下降，成本也增加；加；PCB尺寸过小，散热条件差，易产生邻近线干尺寸过小，散热条件差，易产生邻近线干扰。扰。 1 1、按照原电气原理的电路流程安排各个功能单、按照原电气原理的电路流程安排各个功能单元的位置，使布局便于信号流通，力求使信号元的位置，使布局便于信号流通，力求使信号尽可能保持一致的方向。尽可能保持一致的方向。2 2、以每个功能单元

6、电路的核心元件为中心，围、以每个功能单元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、紧凑绕它来进行布局。元器件应均匀、整齐、紧凑地排列在地排列在PCBPCB上，尽可能地减少和缩短各元器上，尽可能地减少和缩短各元器件之间的引线和连接。件之间的引线和连接。 3 3、在高频工作电路，要考虑元器件之间的分、在高频工作电路，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平行排列。布参数。一般电路应尽可能使元器件平行排列。 4 4、位于电路板边缘的元器件，离电路板边缘一、位于电路板边缘的元器件，离电路板边缘一般不小于般不小于2 2mmmm。电路板的最佳形状为矩形（如：电路板的最佳形状

7、为矩形（如：长宽比为长宽比为3:23:2或或4:34:3等）。电路板面尺寸大于等）。电路板面尺寸大于200200150150mmmm时，应考虑电路板所受的机械强度。时，应考虑电路板所受的机械强度。5 5、低电平信号线路应远离高电平信号线路（以、低电平信号线路应远离高电平信号线路（以及能产生快速瞬态过程的线路）和未经滤波的及能产生快速瞬态过程的线路）和未经滤波的电源线。电源线。6 6、为避免模拟电路、数字电路和电源公共回线、为避免模拟电路、数字电路和电源公共回线产生公共阻抗耦合，低电平的模拟电路应与数产生公共阻抗耦合，低电平的模拟电路应与数字电路分开。字电路分开。 7 7、高速（如：大于、高速（

8、如：大于10-20 10-20 MHzMHz）、）、中速（如：大中速（如：大于于1 1 MHzMHz）、）、低速逻辑电路在低速逻辑电路在PCBPCB上要用不同区上要用不同区域。域。8 8、PCBPCB线路布线时要使得信号线长度为最小。线路布线时要使得信号线长度为最小。9 9、保证相邻板之间、同一板相邻层面之间、同、保证相邻板之间、同一板相邻层面之间、同一层面相邻布线之间避免有过长（如：大于一层面相邻布线之间避免有过长（如：大于1010cmcm以上）的平行信号线。以上）的平行信号线。1010、电磁干扰（、电磁干扰（EMIEMI）滤波器要尽可能靠近被抑滤波器要尽可能靠近被抑制制EMIEMI源，且应

9、考虑布置在同一块线路板上。源，且应考虑布置在同一块线路板上。 1111、DC/DCDC/DC变换器、开关元件和整流器应尽可能变换器、开关元件和整流器应尽可能靠近变压器放置，以使其导出的引线长度为最靠近变压器放置，以使其导出的引线长度为最小。小。1212、尽可地能靠近整流二极管放置调压元件和抑、尽可地能靠近整流二极管放置调压元件和抑制用滤波电容器，且滤波电容器连接到整流二制用滤波电容器，且滤波电容器连接到整流二极管的距离为最短。极管的距离为最短。1313、在、在PCBPCB上要按工作频率、电流开关特性分区，上要按工作频率、电流开关特性分区，易产生噪声的元件与不易产生噪声的元件要隔易产生噪声的元件

10、与不易产生噪声的元件要隔离或远距离布置。无法实现时应考虑使用滤波离或远距离布置。无法实现时应考虑使用滤波器。器。 1414、对噪声敏感的电路布线时，要避免与大电流、对噪声敏感的电路布线时，要避免与大电流、高速开关电路、快速瞬变电路等平行。高速开关电路、快速瞬变电路等平行。1515、I/OI/O驱动电路尽可能地靠近印刷板边的连接驱动电路尽可能地靠近印刷板边的连接器。器。1616、元件引脚尽可能短，去耦电容引脚尽可能短，、元件引脚尽可能短，去耦电容引脚尽可能短，如使用无引线的贴片电容。如使用无引线的贴片电容。1717、时钟、总线信号要远离、时钟、总线信号要远离I/OI/O线和连接器。线和连接器。

11、1818、在高频电路中直角或夹角会影响电气性能，、在高频电路中直角或夹角会影响电气性能，可能导致高频发射。所以，导线拐弯处一般取可能导致高频发射。所以，导线拐弯处一般取圆弧形。导线弧的线宽不要突变，导线不要突圆弧形。导线弧的线宽不要突变，导线不要突然拐角然拐角(90(90度度) )。1919、CMOSCMOS的输入阻抗很高，且易受干扰，因此在的输入阻抗很高，且易受干扰，因此在设计电路时对不用端要通过电阻（如：设计电路时对不用端要通过电阻（如：1010kk）接地或接正电源。接地或接正电源。2020、元器件和信号电路的布局必须最大限度地减、元器件和信号电路的布局必须最大限度地减少无用信号的相互耦合

12、和高频信号的发射。少无用信号的相互耦合和高频信号的发射。 接地技术的目的：接地技术的目的：是使接地阻抗最小化，以此减是使接地阻抗最小化，以此减小从电路返回到电源之间的小从电路返回到电源之间的接地回路的电势。接地回路的电势。 1 1、正确选择单点接地与多点接地、正确选择单点接地与多点接地在低频电路中，信号的工作频率小于在低频电路中，信号的工作频率小于1 1MHzMHz，它的它的布线和器件间的电感影响较小，而接地电路形布线和器件间的电感影响较小，而接地电路形成的环流对干扰影响较大，因而应采用一点接成的环流对干扰影响较大，因而应采用一点接地。当信号工作频率大于地。当信号工作频率大于1010MHzMH

13、z时，地线阻抗时，地线阻抗变得很大，此时应尽量降低地线阻抗，应采用变得很大，此时应尽量降低地线阻抗，应采用就近多点接地。当工作频率在就近多点接地。当工作频率在110110MHzMHz时，如时，如果采用一点接地，其地线长度不应超过波长的果采用一点接地，其地线长度不应超过波长的1/201/20，否则应采用多点接地法。高频电路宜采，否则应采用多点接地法。高频电路宜采用多点串联接地，地线应短而粗，高频元件周用多点串联接地，地线应短而粗，高频元件周围尽量布置栅格状大面积接地铜箔。围尽量布置栅格状大面积接地铜箔。 2、将数字电路与模拟电路分开、将数字电路与模拟电路分开电路板上既有高速逻辑电路，又有线性电路

14、，应电路板上既有高速逻辑电路，又有线性电路，应使它们尽量分开，而两者的地线不要相混，分使它们尽量分开，而两者的地线不要相混，分别与电源端地线相连。要尽量加大线性电路的别与电源端地线相连。要尽量加大线性电路的接地面积。接地面积。3、尽量加粗接地线、尽量加粗接地线若接地线很细，接地电位则随电流的变化而变化，若接地线很细，接地电位则随电流的变化而变化，致使电子设备的定时信号电平不稳，抗噪声性致使电子设备的定时信号电平不稳，抗噪声性能变坏。因此应将接地线尽量加粗，使它能通能变坏。因此应将接地线尽量加粗，使它能通过三倍于印制线路板的允许电流。如有可能，过三倍于印制线路板的允许电流。如有可能，接地线的宽度

15、应大于接地线的宽度应大于3 3mmmm。 4、将接地线构成闭环路、将接地线构成闭环路设计只由数字电路组成的印制线路板的地线系统设计只由数字电路组成的印制线路板的地线系统时，将接地线做成闭环路可以明显的提高抗噪时，将接地线做成闭环路可以明显的提高抗噪声能力。其原因在于：印制线路板上有很多集声能力。其原因在于：印制线路板上有很多集成电路元件，尤其遇有耗电多的元件时，因受成电路元件，尤其遇有耗电多的元件时，因受接地线粗细的限制，会在地结上产生较大的电接地线粗细的限制，会在地结上产生较大的电位差，引起抗噪声能力下降，若将接地结构成位差，引起抗噪声能力下降，若将接地结构成环路，则会缩小电位差值，提高电子

16、设备的抗环路，则会缩小电位差值，提高电子设备的抗噪声能力。噪声能力。5、当采用多层线路板设计时，可将其中一层作、当采用多层线路板设计时，可将其中一层作为为“全地平面全地平面”，这样可减少接地阻抗，同时，这样可减少接地阻抗，同时又起到屏蔽作用。我们常常在印制板周边布一又起到屏蔽作用。我们常常在印制板周边布一圈宽的地线，也是起着同样的作用。圈宽的地线，也是起着同样的作用。6、单层、单层PCB的接地线的接地线在单层（单面）在单层（单面）PCBPCB中，接地线的宽度应尽可能中，接地线的宽度应尽可能的宽，且至少应为的宽，且至少应为1.51.5mm(60mil)mm(60mil)。由于在单层由于在单层PC

17、BPCB上无法实现星形布线，因此跳线和地线宽上无法实现星形布线，因此跳线和地线宽度的改变应当保持为最低，否则将引起线路阻度的改变应当保持为最低，否则将引起线路阻抗与电感的变化。抗与电感的变化。 7、双层、双层PCB的接地线的接地线在双层（双面）在双层（双面）PCB中，对于数字电路优先使用中，对于数字电路优先使用地线栅格地线栅格/点阵布线，这种布线方式可以减少接点阵布线，这种布线方式可以减少接地阻抗、接地回路和信号环路。像在单层地阻抗、接地回路和信号环路。像在单层PCB中那样，地线和电源线的宽度最少应为中那样，地线和电源线的宽度最少应为1.5mm。另外的一种布局是将接地层放在一边，信号和电另外的

18、一种布局是将接地层放在一边，信号和电源线放于另一边。在这种布置方式中将进一步源线放于另一边。在这种布置方式中将进一步减少接地回路和阻抗。此时，去耦电容可以放减少接地回路和阻抗。此时，去耦电容可以放置在距离置在距离ICIC供电线和接地层之间尽可能近的地供电线和接地层之间尽可能近的地方。方。 8、PCB电容电容在多层板上，由分离电源面和地面的绝缘薄层产在多层板上，由分离电源面和地面的绝缘薄层产生了生了PCBPCB电容。在单层板上，电源线和地线的电容。在单层板上，电源线和地线的平行布放也将存在这种电容效应。平行布放也将存在这种电容效应。PCBPCB电容的电容的一个优点是它具有非常高的频率响应和均匀的

19、一个优点是它具有非常高的频率响应和均匀的分布在整个面或整条线上的低串连电感，它等分布在整个面或整条线上的低串连电感，它等效于一个均匀分布在整个板上的去耦电容。没效于一个均匀分布在整个板上的去耦电容。没有任何一个单独的分立元件具有这个特性。有任何一个单独的分立元件具有这个特性。 9、高速电路与低速电路、高速电路与低速电路布放高速电路和元件时应使其更接近接地面，而布放高速电路和元件时应使其更接近接地面，而低速电路和元件应使其接近电源面。低速电路和元件应使其接近电源面。10、地的铜填充、地的铜填充在某些模拟电路中，没有用到的电路板区域是由在某些模拟电路中，没有用到的电路板区域是由一个大的接地面来覆盖

20、，以此提供屏蔽和增加一个大的接地面来覆盖，以此提供屏蔽和增加去耦能力。但是假如这片铜区是悬空的（比如去耦能力。但是假如这片铜区是悬空的（比如它没有和地连接），那么它可能表现为一个天它没有和地连接），那么它可能表现为一个天线，并将导致电磁兼容问题。线，并将导致电磁兼容问题。 11、多层、多层PCB中的接地面和电源面中的接地面和电源面在多层在多层PCB中，推荐把电源面和接地面尽可能近中，推荐把电源面和接地面尽可能近的放置在相邻的层中，以便在整个板上产生一的放置在相邻的层中，以便在整个板上产生一个大的个大的PCB电容。速度最快的关键信号应当临电容。速度最快的关键信号应当临近接地面的一边，非关键信号则

21、布置靠近电源近接地面的一边，非关键信号则布置靠近电源面。面。12、电源要求、电源要求当电路需要不止一个电源供给时，采用接地将每当电路需要不止一个电源供给时，采用接地将每个电源分离开。但是在单层个电源分离开。但是在单层PCBPCB中多点接地是中多点接地是不可能的。一种解决方法是把从一个电源中引不可能的。一种解决方法是把从一个电源中引出的电源线和地线同其他的电源线和地线分隔出的电源线和地线同其他的电源线和地线分隔开，这同样有助于避免电源之间的噪声耦合。开，这同样有助于避免电源之间的噪声耦合。 1、为防线间耦合，印制电路板的输入、输出端、为防线间耦合，印制电路板的输入、输出端布线应尽可能地避免平行。

22、在无法实现时建议布线应尽可能地避免平行。在无法实现时建议在线间增加地线。在线间增加地线。2 2、电源线设计：根据印制线路板电流的大小，、电源线设计：根据印制线路板电流的大小，尽量加粗电源线宽度，减少环路电阻。如有可尽量加粗电源线宽度，减少环路电阻。如有可能，接地线应在能，接地线应在2323mmmm以上。同时使电源线、以上。同时使电源线、地线的走向和数据传递的方向一致，这样有助地线的走向和数据传递的方向一致，这样有助于增强抗噪声能力。于增强抗噪声能力。 1、时钟发生器尽量靠近到用该时钟的器件。、时钟发生器尽量靠近到用该时钟的器件。2、石英晶体振荡器外壳要接地。、石英晶体振荡器外壳要接地。3、印制

23、板尽量使用、印制板尽量使用45折线而不用折线而不用90折折线布线以减小高频信号对外的发射与耦线布线以减小高频信号对外的发射与耦合。合。4、关键的线要尽量粗，并在两边加上保护、关键的线要尽量粗，并在两边加上保护地。高速线要短而直。地。高速线要短而直。 5、对、对A/D类器件，数字部分与模拟部分地类器件，数字部分与模拟部分地线宁可统一也不要交叉。线宁可统一也不要交叉。6、模拟电压输入线、参考电压端要尽量远、模拟电压输入线、参考电压端要尽量远离数字电路信号线，特别是时钟。离数字电路信号线，特别是时钟。7、时钟线垂直于、时钟线垂直于I/O线比平行线比平行I/O线干扰小，线干扰小，时钟元件引脚需远离时钟

24、元件引脚需远离I/O电缆。电缆。8 8、石英晶体下面以及对噪声敏感的器件下、石英晶体下面以及对噪声敏感的器件下面不要走线。面不要走线。 9、弱信号电路，低频电路周围不要形成电、弱信号电路，低频电路周围不要形成电流环路。流环路。10、任何信号都不要形成环路，如不可避、任何信号都不要形成环路，如不可避免，让环路区尽量小。免，让环路区尽量小。1111、低电子信号通道不能靠近高电平信号、低电子信号通道不能靠近高电平信号通道和无滤波的电源线，包括能产生瞬通道和无滤波的电源线，包括能产生瞬态过程的电路。态过程的电路。 1、焊盘中心孔要比器件引线直径稍大一些。焊焊盘中心孔要比器件引线直径稍大一些。焊盘太大易

25、形成虚焊。焊盘外径盘太大易形成虚焊。焊盘外径D一般不小于一般不小于(d+1.2)mm，其中其中d为引线孔径。对高密度的数为引线孔径。对高密度的数字电路，焊盘最小直径可取字电路，焊盘最小直径可取(d+1.0)mm。2、可用在可用在PCB走线上串接一个电阻的办法，降走线上串接一个电阻的办法，降低信号的上、下沿跳变速率。低信号的上、下沿跳变速率。3、尽量为继电器等提供某种形式的阻尼（高频、尽量为继电器等提供某种形式的阻尼（高频电容、反向二极管、电阻等）。电容、反向二极管、电阻等）。4 4、对进入印制板的信号要滤波，从高噪声区到、对进入印制板的信号要滤波，从高噪声区到低噪声区的信号也要滤波，同时用接入终端电低噪声区的信号也要滤波，同时用接入终端电阻的办法，来减小信号的反射。阻的办法，来减小信号的反射。 5、集成电路无用端要通过匹配电阻接电源或接、集成电路无用端要通过匹配电阻接电源或接地。或定义成输出端，集成电路上该接电源、地。或定义成输出端，集成电路上该接电源、地的端都要接，不要悬空。地的端都要