電路設計 - 如何進行PCB設計，使EMC效果更好？

在PCB的EMC設計考慮中，首先涉及的是層的設定； 單板層數由電源層數、接地層數和訊號層數組成； 在產品的EMC設計中，除了元器件的選擇和電路設計之外，良好的PCB設計也是一個非常重要的因素。

關鍵在於 PCB EMC設計 就是盡可能减少回流區，使回流路徑沿著我們設計的方向流動. 層設計是PCB的基礎. 如何做好PCB設計，使PCB的EMC效果更好?

1 設計理念 PCB層：

PCB堆棧EMC規劃設計思想的覈心是合理規劃訊號返回路徑，並使單板鏡像層的訊號返回面積最小，從而可以消除或最小化磁通量。

1、單板鏡像層

鏡像層是PCB內與訊號層相鄰的完整覆銅平面層（電源層、接地層）。 主要功能如下：

（1）降低返回雜訊：鏡像層可以為訊號層返回提供低阻抗路徑，特別是當配電系統中有大電流流動時，鏡像層的作用更為明顯。

（2）减少電磁干擾：鏡像層的存在减少了訊號和回流形成的閉環面積，並减少了電磁干擾；

（3）减少串擾：有助於控制高速數位電路中訊號軌跡之間的串擾問題。 通過改變來自鏡像層的訊號線的高度，可以控制訊號線之間的串擾。 高度越小，串擾越小；

（4）阻抗控制，防止訊號反射。

2、鏡像層的選擇

（1）電源和接地板可用作基準面，並對內部佈線具有一定的遮罩作用；

（2）相對而言，功率平面具有較高的特性阻抗，與參攷電平存在較大的電位差，功率平面上的高頻干擾相對較大；

（3）從遮罩的角度來看，接地板通常接地並用作參攷電平參考點，其遮罩效果遠優於電源面；

（4）選擇基準面時，應優先選擇地平面，其次選擇電源平面。

3、磁通抵消原理：

根據麥克斯韋方程，離散帶電體或電流之間的所有電和磁相互作用都通過它們之間的中間區域傳輸，無論中間區域是真空還是物理物質。 在PCB中，磁通量始終在傳輸線中傳播。 如果射頻返回路徑與其對應的訊號路徑平行，則返回路徑上的磁通量和訊號路徑上的磁通量方向相反，並且它們相互疊加。 得到了磁通抵消的效果。

4、磁通消除的本質是控制訊號返回路徑

當訊號層與地層相鄰時，如何使用右手法則解釋磁通消除的影響，解釋如下：

（1）當電流流過導線時，導線周圍會產生磁場，磁場的方向由右手定則確定。

（2）如下圖所示，當兩條平行導線相互靠近時，一根導線的電流流出，另一根導線的電流流入。 如果流過兩根導線的電流分別是訊號電流，與其返回電流相比，這兩個電流大小相等，方向相反，囙此它們的磁場大小相等，方向相反，囙此可以相互抵消。

5、六層板設計實例

對於六層板，優先考慮選項3；

分析：

（1）由於訊號層與回流基準面相鄰，S1、S2和S3與地平面相鄰，囙此磁通抵消效果最佳。 優選佈線層S2，然後是S3和S1。

（2）功率平面與GND平面相鄰，平面之間的距離非常小，具有最佳的磁通抵消效果和低功率平面阻抗。

（3）主電源及其相應接地位於第4層和第5層。 當設定層厚度時，新增S2-P之間的距離並减少P-G2之間的距離（相應地减少G1-S2層之間的距離）。 間距）以降低功率平面的阻抗，並减少功率對S2的影響。

2、當成本要求較高時，可採用方案1；

分析：

（1）在這種結構中，由於訊號層與回流基準面相鄰，S1和S2靠近地平面，具有最佳的磁通抵消效果；

（2）由於功率平面通過S3和S2到達GND平面，磁通抵消效果較差，功率平面阻抗較高；

（3）優選佈線層S1和S2，然後是S3和S4。

3.對於六層板，選項4

分析：

對於局部和小訊號要求較高的場合，選項4比選項3更合適。 它可以提供出色的佈線層S2。

4.EMC效應最差，選項2

分析：

在該結構中，S1和S2相鄰，S3和S4相鄰，S3和S4不與地平面相鄰，磁通抵消效果較差。

6、總結

PCB層設計的具體原則：

(1) PCB組件 surface and soldering surface are complete ground plane (shield);

（2）儘量避免兩個訊號層直接相鄰；

（3）所有訊號層盡可能靠近地平面；

（4）高頻、高速、時鐘等關鍵訊號的佈線層必須具有相鄰的接地層。