PCB科技 - PCB層設計和emc討論

正在進行中 高速電路板 設計, 電磁相容設計是一個重點和難點. 本文從層數設計和層佈局兩個方面探討了如何通過减少耦合源的傳播路徑來减少傳導耦合和輻射耦合引起的電磁干擾，提高電磁相容性.

引言

電子產品的許多可靠性和穩定性問題都是由較差的電磁相容性設計引起的。 常見的問題有訊號失真、訊號雜訊過大、工作過程中訊號不穩定、系統容易崩潰、系統易受環境干擾、抗干擾能力差等。電磁相容設計是一項非常複雜的科技，從設計到電磁學等多方面的知識。 本文探討了層設計和層佈局的一些經驗技巧，以期為電子工程師提供一些參攷。

層配寘

PCB板層主要包括電源層、層和訊號層，層數是每層數的總和。 在設計過程中，該步驟是協調和分類所有來源和地點以及各種訊號，並在分類的基礎上進行部署和設計。 一般來說，不同的電源應劃分為不同的層，不同的接地層應相對應。 各種特殊訊號，如時鐘高頻訊號，需要單獨的設計層，並需要新增接地層來遮罩特殊訊號，以提高電磁相容性。 當然，成本也是一個需要考慮的因素，在設計過程中應在電磁相容性和成本之間找到平衡。

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，請考慮單個電源層。 在電源需求高的情况下，多個電源層可以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中劃分不同的電源。 分割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。

訊號層的設計考慮了所有訊號的特性。 特殊訊號的分層和遮罩是有限的問題。 一般先用設計軟體進行設計，然後根據具體細節進行修改。 在層設計中，必須同時考慮訊號密度和特定訊號的完整性。 對於特殊資訊，必要時必須將接地層設計為遮罩層。

一般來說，出於純粹成本以外的原因，不建議設計單板或雙板。 因為單板和雙板雖然處理簡單、成本低，但在訊號密度高、訊號結構複雜的情况下，如高速數位電路或類比混合電路，因為單板沒有特殊的參攷接地層，回路面積增大，輻射增强。 由於缺乏有效的遮罩，系統的抗干擾能力也降低了。

PCB板層佈局設計

在確定訊號和圖層後，還需要科學地設計每一層的佈局。

PCB板設計的佈局遵循以下原則：

（1）電源層平面與相應的接地層相鄰。 該設計的目的是形成耦合電容，並與PCB板上的去耦電容結合，降低功率平面的阻抗，同時實現更廣泛的濾波效果。

（2）參攷層的選擇非常重要。 理論上，電源層和接地層都可以用作參攷層，但接地層通常可以接地，囙此遮罩效果遠優於電源層。 囙此，通常首選地平面作為基準面。

（3）相鄰兩層的關鍵訊號不能穿過分割區域。 否則，將形成較大的訊號環路，導致强輻射和耦合。

（4）為了保持接地層的完整性，不允許在接地層上佈線。 如果訊號線密度過高，可以考慮在功率層邊緣佈線。

（5）在高速訊號、訊號、高頻訊號等關鍵訊號的底層設計中，使訊號環路的路徑最短，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，電源層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，電源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，請使介質的厚度盡可能小。

多層印製板佈局設計應遵循的一般原則：

（1）電源層平面應靠近接地板，並在接地板下設計。

（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要有隔離設計，首先要避免數位信號和類比信號在同一層，如果無法避免，可以使用類比信號和數位信號區佈線，用溝槽等管道隔離類比信號區和數位信號區。 類比和數位電源也是如此。 尤其是數位電源，輻射非常大，必須進行隔離和遮罩。

（4）中間層的印刷線形成平面波導，表層的微帶線形成不同的傳輸特性。

（5）時鐘電路和高頻電路是干擾和輻射的主要來源，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，囙此在佈線時不能平等對待。

結論

電磁相容性 PCB板 通過層數設計和層佈局可以大大提高. 層設計主要考慮電源層和地面層, 高頻訊號, 特殊訊號, 敏感訊號. 層的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.