PCB科技 - 電路板設計過程的電磁相容性

對於 PCB製造商， 電磁相容性設計無疑是電路板設計過程中的一個重點. 本文將從兩個方面討論如何提高電磁相容性.

1、引言

電子產品的許多可靠性和穩定性問題都是由電磁相容性設計的失敗引起的。 常見問題包括訊號失真、訊號雜訊過大、工作期間訊號不穩定、系統崩潰、系統易受環境干擾以及抗干擾能力差。 電磁相容設計是一項非常複雜的科技，從設計到電磁學知識等等。 本文從層設計和層佈局兩個方面探討了一些經驗技巧，以期為電子工程師提供一些參攷。

第二，層數的配寘

The layers of the PCB板 主要包括電源層， 地面層和訊號層， 層的數量是每層數量的總和. 在設計過程中， 第一步是協調和分類所有來源和場地， 以及各種訊號， 分類部署設計. 一般來說， 不同的電源應劃分為不同的層， 不同的接地應具有相應的接地層. 各種特殊訊號， 例如高時鐘和頻率訊號， 需要單獨設計， 需要添加接地層來遮罩特殊訊號，以提高電磁相容性. 當成本也是需要考慮的因素之一時， 在設計過程中，應在電磁相容性和系統成本之間找到平衡.

電源層設計中首先考慮的是電源的類型和數量。 如果只有一個電源，則可以考慮單個電源層。 在高功率要求的情况下，也可以有多個功率層向不同層的設備供電。 如果有多個電源，可以考慮設計多個電源層，也可以在同一電源層上劃分不同的電源。 劃分的前提是電源之間沒有交叉。 如果存在交叉，則必須設計多個電源層。

訊號層數量的設計應考慮所有訊號的特性。 優先考慮特殊訊號的分層和遮罩。 在正常情况下，首先使用設計軟體進行設計，然後根據具體細節進行修改。 訊號密度和特殊訊號的完整性必須是層設計中必須考慮的問題。 對於特殊資訊，必要時必須將接地層設計為遮罩層。

在正常情况下，除非純粹考慮成本，否則不建議設計單板或雙板。 雖然單板和雙板處理簡單且成本效益高，但在高訊號密度和複雜訊號結構的情况下，如高速數位電路或模數混合電路，單板沒有專用的參攷接地層，這使得環路面積新增，輻射新增。 由於缺乏有效的遮罩，系統的抗干擾能力也降低了。

第3，PCB層的佈局設計

在確定訊號和圖層後，還需要科學地設計每一層的佈局。 PCB板設計中間層的佈局設計遵循以下原則：

（1）與相應地平面相鄰的電源平面。 該設計的目的是形成耦合電容器，並與PCB上的去耦電容器一起工作，以降低功率平面的阻抗，同時獲得更廣泛的濾波效果。

（2）參攷層的選擇非常重要。 理論上，功率層和底面可以用作參攷層，但地平面層通常可以接地，囙此遮罩效果比功率層好得多，囙此通常首選地平面作為參攷面。

（3）相鄰兩層的關鍵訊號不能跨越分區。 否則，將形成更大的訊號環路，從而產生更强的輻射和耦合。

（4）為了保持接地層的完整性，不可能在接地層上佈線。 如果訊號線密度太大，可以考慮在電源平面邊緣佈線。

（5）在高速訊號、測試訊號、高頻訊號等關鍵訊號下方設計接地層，使訊號回路的路徑最短，輻射最小。

（6）在高速電路設計過程中，必須考慮如何處理電源的輻射和對整個系統的干擾。 通常，電源平面的面積應小於接地層的面積，以便接地層可以遮罩電源。 通常，功率平面的凹入深度需要為介質厚度的2倍。 如果要减少功率層的壓痕，介質的厚度必須盡可能小。

多層PCB佈局設計應遵循的一般原則：

（1）電源平面應靠近地平面，並設計在地平面下方。

（2）佈線層應設計為與整個金屬平面相鄰。

（3）數位信號和類比信號必須設計為隔離。 首先，避免數位信號和類比信號在同一層上。 如果不可避免，可以使用類比信號和數位信號劃分區域佈線，並使用插槽劃分類比信號區域。 與數位信號區隔離。 類比電源和數位電源也是如此。 尤其是數位電源具有很大的輻射，囙此必須對其進行隔離和遮罩。

（4）中間層中的印刷線形成平面波導，而微帶線形成於表面層。 兩者的傳輸特性不同。

（5）時鐘電路和高頻電路是干擾和輻射的主要來源。 它們必須分開佈置，遠離敏感電路。

（6）不同層中包含的雜散電流和高頻輻射電流不同，在佈線時不能平等對待。

通過分層設計和分層佈局， 電磁相容性 PCB可以大大改進.

層數設計主要考慮功率層和接地層、高頻訊號、特殊訊號和敏感訊號。

層佈局主要考慮各種耦合、地面和電力線佈局、時鐘和高速訊號佈局、類比信號和數位資訊佈局。