PCB板的电磁兼容设计实践

李明英 陈天赐

摘要：电磁兼容的设计是复杂的，在一些人看来也有某些神秘的色彩。由于一个产品组成的元器件很多，电气结构复杂，电磁场分布情况非常复杂，以致无法用数学模型计算。但这并不意味着电磁兼容设计就可以脱离电磁发射的基本理论，产生这种情况的根本原因还在于基本原理没有很好地掌握或者缺乏工程设计的能力。基于此，本文就PCB板的电磁兼容设计实践展开探讨。

关键词：PCB板；电磁兼容；设计；实践；

几乎我们能见到的电子设备都离不开PCB，只要有集成电路等电子元器件，它们之间电气互连就要用到PCB。因此，隨着电子芯片技术的发展和电路集成度的提高，PCB板上的元器件密度越来越高，系统工作速度越来越快。使得PCB板设计中电磁兼容性设计尤为重要，关系到电路能否获得最佳性能，正常稳定的工作。因此，本文探讨PCB板的电磁兼容设计实践具有重要意义。

一、PCB板电磁兼容的概念与意义

1.电磁兼容的概念

电磁兼容（EMC）指设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。

形成EMI必备的三个部分：电磁干扰源，耦合路径和敏感部件。能使共享同一环境的其它设备或系统性能降低或失效的电磁危害，即称为电磁骚扰源；敏感部件便是指当受到电磁骚扰源所发射的电磁量的作用时会性能降低或失效的器件或系统。传输电磁骚扰的通路或媒介等便是耦合路径。屏蔽干扰源、切断或抑制耦合路径、提高敏感部件的可靠性，抗干扰是提高设备兼容度的最主要的内容。

2.电磁兼容的重要性

在产品研发出来后，发现不能通过电磁兼容测试而添加的诸如加屏蔽罩、磁珠等措施，往往是事倍功半。因此在一开始设计时就要结合电磁兼容思想，对设备的电磁兼容性程度进行先期分析。在印制板上采取技术措施，比在其他方面采取措施更具有可靠性、稳定性和经济性。

二、 PCB板电磁兼容的问题分析

1.电源系统干扰

（1）由于系统电源供能源的同时，也将其寄生的干扰噪声加到了供电电路上；（2）由于一些高速逻辑电路工作时的高速转换，不可避免地在电源线上产生含高频分量丰富的压降并且产生干扰（辐射）；（3）由于温度变化时的直流干扰，使系统中的一些对高频噪声特别敏感的电路，特别是模拟信号电路很容易受到来自电源的噪声干扰。

2.地线的噪声干扰

（1）地线存在阻抗，当电流流过地线时，会在地线上产生电压。在这个电压的驱动下，会产生地线环路电流，形成地环路干扰；当2个或2个以上电路共用一段地线时，会形成公共阻抗耦合； （2）频率高于一定值时，任何金属导线都要看成是由电阻、电感构成的器件，结果可能造成各部分地线的不平衡，在地线之间出现电位差，引起电路的误操作；如果引线长度适当，还会造成传导和辐射。

3.信号传输线间的串扰

由于传输信号的高频特性，各传输线路的特性阻抗的不同或与负载阻抗不匹配，所传输的信号在终端或临界部位会发生反射，使传输信号发生或产生振荡。另外，传输线的走向、宽度、线间的间距的不合理设计，还会造成线间的信号叠加和附加延时，这些都可能造成信号传输线之间的串扰。

三、 PCB板的电磁兼容设计

1.元器件的合理布置

在器件的选用上偏向电磁辐射小且抗干扰能力强。同时敏感器件应该远离干扰源；隔离输入和输出口。还应该考虑要对PCB板上的器件进行分组，避免各组之间的元器件相互干扰。敏感元件要远离变化的大电流，时钟线，DCDC电路等。

2.布线

（1）电源线。根据印刷电路板电流的大小，尽量加粗电源线宽度，减少环路电阻，使电源线、地线的走向和数据传递的方向一致。同时，在多层PCB中采用电源层和地层，减少电源线到电源层或地层的线长，这样有助于增强抗噪声能力。在可能的条件下，使电源单独为各功能单元供电。

（2）地线。接地线应尽量加粗，若接地线条很细，则接地电位会随电流的变化而起伏，致使电子产品的定时信号电平不稳、抗噪声性能降低，因此设计时应将接地线尽量加粗，使它能通过三倍于印制电路板的允许电流。

（3）信号线。元件布置中已经考虑了把不相容元件放在印制板上不同的位置，在信号线的布置上仍应该注意把它们隔离：不相容信号线应相互远离，不要平行；分布在不同层上的信号线走向应互相垂直；高速信号线特别是时钟线要尽可能的短，必要时可在高速信号线两边加隔离地线，隔离地线两端应与地层相连接；因为输入线与输出线通常是不相容的；尽量减小信号环路的面积，这样可以有效减小环路的差模电流辐射。

3.分层

PCB的合理分层不但可以降低系统的射频发射，更可以提高系统的性能，最典型的就是保证信号的完整性。要满足EMC的严格指标并且考虑制造成本，适当增加地平面是PCB的EMC设计最好的方法之一。电源层数由电源的种类、数量决定。对于单一电源供电的PCB，只需一个电源平面；对于多种电源，如需互不交错，可考虑采取电源层分割；对于电源互相交错的单板，需要多种电源供电且互相交错，则必须考虑采用两层或两层以上的电源平面。信号层数的确定由单板的功能决定。从EMC的角度，需要考虑关键信号（如时钟、复位信号等）的屏蔽或隔离来确定是否增加单板层数。

4.布局

印制电路板上各种单元的相互位置直接影响电路的电磁兼容性，因此要根据单元电路在使用中对电磁兼容性的敏感程度的不同进行分组，按组对电路板进行分割，让同组元器件放在一起，这样在空间上可以保证各组之间不产生相互干扰。

5.电路板的选用

电路板有单面、双面及HDI（高密度互联）板，低、中密度布线电路以及集成度较低的电路多用单面和双面，集成度高的、密度高的多采用HDI。出于成本的考虑，会尽量较少pcb 板的层数。最有效的减小干扰的方法只有通过减小关键信号的回路面积了。

四、结语

总之，电子产品的电磁干扰及电磁辐射问题日益引起人们的关注。电磁环境对人类生存环境产生影响的同时，也对电工、电子产品的安全与可靠性产生影响和危害，电磁干扰导致电工、电子产品性能下降、无法工作甚至产品损坏的情况时有发生，因此控制产品的电磁辐射，让电子设备的电磁兼容等综合性能指标达到规定要求变得非常重要。

参考文献：

[1]俞海珍，冯浩.电磁兼容技术及其在PCB设计中的应用[J].2015.

[2]向红权，苏先海，王瑛.PCB设计中的电磁兼容性[J].2016.

[3]刘芸江，甄蜀春，李曼.高速电路PCB板中电干扰的研究[J].2014.

（作者单位：宁波萨瑞通讯有限公司）