PCB设计中电磁兼容技术的应用研究

熊宁

（中国电子科技集团公司第七研究所，广东 广州 510310）

PCB设计中电磁兼容技术的应用研究

熊宁

（中国电子科技集团公司第七研究所，广东 广州 510310）

在电子技术发展的大背景下，PCB板有着越来越高的集成度。但是，在电路板的设计中，电磁兼容问题也变得越来越突出。因此，本文从实际情况入手，对PCB设计中电磁兼容技术应用的相关内容进行探究，从而为有关单位及工作人员提供一定的参考。

PCB设计；电磁兼容技术；应用

在电子系统和设备的前期设计开发中，需要充分考虑电磁兼容性指标，并且电磁干扰的国际标准已经出台。所以，在进行电路板布局与布线时，必须将其作为重点看待。即便能够正确地设计出电路原理图，但是没有正确设计电路板，也会出现电磁干扰，从而大大降低电子设备的可靠性。因此，在PCB板的设计中电磁兼容性十分重要。

1 电磁兼容技术概述

国内外的很多经验证明，在研制生产产品时，越早关注和处理掉电磁兼容性问题，就能够大大节省物力和人力投入。不管是简单的装置还是复杂的系统，只有这三个条件共同存在，才能够出现电磁干扰：①具有干扰源；②具备传播干扰能量的通道和途径；③干扰对象要对其进行响应。因此，对干扰源源电磁辐射的控制，切断或者抑制电磁干扰的耦合通道，提升敏感设备的抗干扰能力，是系统电磁兼容性及设备设计的重要内容［1］。

1.1 干扰新路

电子装置内的单元电路需要设计及选用自身电磁抗干扰能力强、辐射小的线路形式。信号小的放大器需要增加线性动态范围，从而提升电路的过载能力，降低非线性损失。在甲类状态内运行功率放大器后，会生成最少量的谐波；在乙类工作时，需要通过推挽的方式控制二次谐波。在射频放大中应用丙类状态，为了抑制谐波电平，应该应用高Q滤波器和锐调谐波器［2］。

1.2 科学布局电路与器件

将容易受到影响的单元电路与敏感元器件尽量远离干扰源；妥善隔离开输出和输入口；将低电平电缆和高电平电缆及脉冲引线分布置。

1.3 合理的电磁屏蔽

将干扰源用屏蔽体包封，能够避免向外传播干扰电磁辐射波；对被干扰的电路用屏蔽体包封，能够阻止不良的能量进入。电磁屏蔽尽管可以有效切断远场辐射与进场感应灯电磁干扰的传播通道，而且对电子设备的散热也会产生影响，维修困难，增加成本，需要合理设计。

1.4 科学设置接地系统

将低阻抗地线设置出来，合理设计设备与单元电路的电缆屏蔽层、接地系统的限号电路屏蔽体和接地屏蔽体，选择应用科学的阻隔地环路干扰系统。

2 在PCB设计中如何应用电磁兼容技术

现阶段，产品内的电磁兼容问题时常出现在检测单位测试分析电磁兼容的情况，甚至在投入应用了产品出现问题后才采取措施解决。这样不但浪费时间，而且对于出现的问题难以从根本上予以解决。所以，在开发产品时就设计电磁兼容。因为有较大的密度存在于PCB板上的电子器件中，走线也变得狭窄，并且会逐渐增高信号的频率，从而不可以避免地会出现一些问题。因此，设计的主要目的是不会干扰到上部电路之间的信号，从而尽可能降低印制板对外传导的信号，从而达到有关标准规定。

2.1 合理布置元器件

首先分组处理板上的元器件，目的是分割印制板上的空间，相同组别的放在一起，在空间上以免各组元器件互相干扰。通常先根据应用电源电压进行分组，再根据高速和低速、数字和模拟及其电流的大小等进行分组。分开设置那些不相容的器件，比如关键的集成电路和发热的元器件要分开设置，屏蔽那些磁性元器件，CUP时钟发生器同敏感器件要保持一定的距离。

按照元器件在板上的具体位置确定连接器及引脚，最好在印刷板的一侧放置所有的连接器，尽量防止将电流从两侧引出来，目的是降低共模电流辐射。

2.2 选择印制板电路板

单面、双面和多层板是印制电路板的主要种类，在中密度、低密度的电路及较低集成度的电路中会经常应用单面和双面板。在高集成度芯片及高密度布线的高速数字电路中比较适合应用多层板。

2.3 布置地线

在布置地线时，“分地”是首先要考虑的问题，研究是按照电源电压的差异，分别将地线设置到数字电路与模拟电路中，将专门的地层线设置到多层印制板中，通过“划沟”的方法在地线层上分地。然而，分地并非是完全隔离开各种地，而是在合适的位置连接起不同的地段，从而更好地连接起整个地段，也可以用“桥”的特性来解释短接通道。桥面的宽度要适中。

在地线布置的过程中，应注意以下几点：①对于地线层上的沟，多层板信号层上的高速信号轨线是不可以横跨的；②只将一个地线引脚设置到A/D变换器芯片中，需要在数字地桥和连接模拟低中安放该芯片，防止回流数字信号绕沟运行；③防止在地线沟上跨装连接器，由于有较大的差异存在于沟两侧的地电位中，这样通过外接电缆后，很容易出现共模辐射干扰；④一般通过井字型的网状结构布设双面板的地线，也就是一面设置成几条与其垂直的地线，一面设置为梳形结构的地线，通过过滤孔连接交叉处。因为网状结构可以减小信号电流的环路面积。尽可能加粗布设地线，从而降低地线中的分布电感。

2.4 布置电源线

通过给板上的数字逻辑器件对印制板上的电源进行供电，并且有瞬态变化的供电电流存在于线路中，所以会有电磁相空间内辐射骚扰整个线路运行。电感在供电线路内会诱发共阻抗耦干扰，还会诱发供电电压的振荡及影响集成片的相应速度。通常利用减小供电线路及滤波去耦的方法对电源中存在的骚扰进行抑制。

通过轨线对双板进行供电。尽可能加粗布设轨线对，并且要互相接近。需要尽可能降低和缩小供电环路的面积，电源的供电环路不要互相重叠。但是，如果印刷版上布线密度较大，则很难达到上述要求，而应在板上插入小型电源母线进行供电。要通过专门的地线层与电源层对多层板进行供电，间距小，面积大，特性阻抗控制在1Ω以下。

2.5 布置信号线

如果信号线是不相容的，其应远离大小电流、高低电压等，不应该平行布线。不同层上的信号走向需要互相垂直，这样能够降低线间的磁场和电场耦合干扰。最好按照信号的流向顺序安排布置信号，防止向输入信号的区域内再次折回一个电路的输出信号。同时，高速信号的走线设置应尽量地短，防止对其他信号产生影响。必要时可以将隔离地线安设到双面板高速信号的两边。而且需要按照时钟线的长短来布置多层板上的高速时钟线，并且应用一定的屏蔽措施。此外，需要周密考虑信号阻抗匹配问题。就阻抗匹配而言，指的是信号线特性阻抗和信号线的负载相同。特性阻抗和地线的距离、板材的介电常数、信号的宽度等物理因素有关，属于固定的信号特征。一旦阻抗匹配不合理，将会造成传输信号反射，导致有振荡问题出现在数字波形中，从而诱发逻辑混乱问题。一般信号线的负载芯片是稳定的。信号走线时本身特性阻抗的改变是导致信号不匹配的主要原因。比如，走线拐弯、通过过孔、宽窄不一等。因此，在布线的过程中，需要应用合理的对策，确保全程布置信号线时都有相同的特性阻抗。

3 结语

电磁兼容属于一种全新的综合性学科，主要对抗干扰与电磁干扰等问题进行研究。但是，在各种电子系统设备中所应用的电子器材仍是将电路板作为主要的装配结构。大量的实践验证，即便能够正确地设计电路原理图，但没有正确设计抑制电路板，也会在某种程度上影响电子设备的工作性能。因此，为了能够有效解决这个问题，在PCB设计中应用了电磁兼容技术。

［1］周春梅.提高PCB设计中的抗干扰能力和电磁兼容性［J］.安徽电子信息职业技术学院学报，2010（6）：854-857.

［2］戴文，王芳，刘燕竹.高速数字电路PCB设计中的阻抗控制［J］.电子技术应用，2006（6）：113-115.

Application of EMC Technology in PCB Design

Xiong Ning

（The 7th Research Institute of China Electronic Technology Group Corporation，Guangzhou Guangdong 510310）

In the background of the development of electronic technology,the PCB board has more and more high integration,but in the design of the circuit board,the problem of electromagnetic compatibility is becoming more and more prominent.Therefore,from the actual situation,this paper explored the PCB design in the application of electromagnetic compatibility technology related content,so as to provide some reference for the relevant units and staff members.

PCB design；EMC technology；application

TN402

A

1003-5168（2017）05-0132-02

2017-04-12

熊宁（1984-），男，助理工程师，研究方向：电磁兼容测试、保密技术管理。