david 发表于 2021-2-28 15:03:20

设计PCB时的EMC注意事项

1、接口与保护
(1)走线通流量

有雷击浪涌测试(带有防雷型TVS管、陶瓷气体放电管)要求的I/O端口,信号线的通流量要足够,走线原则上要求:﹥15mil/1盎司。

(2)走线的顺序

走线遵循“防护+滤波+接口芯片”,即信号线先“走到”防护器件(如TVS管、保险丝),然后通过电容、电阻等滤波,最后才连接到需要防护的器件。
严禁外部干扰未经防护或滤波器件的瞬态抑制或滤波,到达接口芯片。

防护或滤波器件的泄放引脚,必须低阻抗的连接到机壳地(PG)或数字地(GND)。

(3)器件的摆放

消除“侧击”(空间放电):易受ESD干扰的器件,如NMOS、CMOS器件等,尽量远离易受ESD干扰的区域100mil以上(如单板的边缘区域、金属连接器外壳),防止外部电磁干扰,通过上述部位侧击到敏感器件。

防止内部干扰外泄:晶振等高频干扰源,必须远离板边或金属连接器1 inch以上;须防止外部电磁干扰“绕开”防护或滤波器件(含信号线上的电阻),侧击到敏感或接口芯片。

备注:接口是EMC设计的重中之重,解决了接口(信号端口、电源端口)问题,也等于解决了产品绝大多数EMC问题。

2、时钟与晶振
(1)晶体、晶振和时钟分配器与相关的IC器件要尽量靠近;
(2)时钟电路的滤波器(尽量采用“π”型滤波)要靠近时钟电路的电源输入管脚;
(3)有源晶振输出串接电阻和并联电容;
(4)时钟分配器没用的输出管脚通过电阻接地;
(5)晶体、晶振和时钟分配器的布局要注意远离大功率的元器件、散热器等发热的器件;
(6)晶振、周期性信号远离板边和接口器件1 inch以上;
(7)有金属外壳的晶体,其外壳须与表层的局部地相连;
(8)时钟电路的电源加宽,并有滤波电路;
(9)超过1 inch的时钟线走内层;
(10)走内层的时钟线在表层的走线<50mil;
(11)严禁时钟走线换层时更换“参考平面”,以及返回路径跨分割;
(12)时钟线是否采用立体包地;
(13)时钟相关芯片(如晶振、晶体)在表层有局部的地平面包绕,该地平面通过多个过孔与地层相连;
(14)时钟线与其它信号线的间距达到5W(W为线宽);晶振、晶体下放原则上不允许走其他信号线,尤其是I/O线。

3、开关电源
(1)开关电源(含开关电源芯片,下同)远离ADDA转换器、模拟器件、敏感器件、时钟器件;
(2)开关电源布局要紧凑,输入输出要分开,防止输入输出之间的串扰;
(3)严格按照原理图的要求进行布局,不要将开关电源的高频滤波(0.1uf以下)电容随意放置。

david 发表于 2021-2-28 15:05:22

PCB设计的EMC原则

1、整体布局
(1)高速、中速、低速电路要分开;
(2)强电流、高电压、强辐射元器件远离弱电流、低电压、敏感元器件;
(3)模拟、数字、电源、保护电路要分开;
(4)多层板设计,有单独的电源和地平面;
(5)对热敏感的元件(含液态介质电容、晶振)尽量远离大功率的元器件、散热器等热源。
备注:严禁遵循“干扰的流向控制”原则,即防止板内相互干扰,阻止板内电磁干扰耦合到I/O端口;将耦合到电路板的外部电磁干扰,低阻抗的、就靠泄放到大地(或机壳PG)。

2、叠层
(1)至少有一个连续完整的地平面控制关键信号的阻抗和信号质量;
(2)电源和地平面尽可能地靠近放置,提高电源噪声的高频滤波效果;
(3)叠层尽量避免两个信号层相邻,如果相邻加大两个信号层的间距;
(4)避免两个电源平面相邻,特别是由于信号层铺电源而导致的电源平面相邻;
(5)好的叠层能做到对阻抗的有效控制;
(6)外层建议铺地。
备注:增加PCB的电源或地平面,非常有利于信号环路或特性阻抗的控制,因此,该措施一直以来,被经验丰富的工程师视为解决EMC和SI、PI的杀手锏。

3、整体布线
(1)关键信号线走线(返回路径)避免跨分割(参考平面);
(2)关键信号线走线“换层,不换参考平面”;
(3)关键信号线走线不要人为的绕长;
(4)关键信号线是远离边沿和接口;
(5)相同功能的总线要并行走、中间不要夹叉其它信号;
(6)晶振、开关电源等高频干扰源下面不允许走线;
(9)接收和发送信号要分开走,不能互相夹叉;
(10)非关键信号线换层或其返回路径跨分割(不可规避)时,必须使用过孔或10nF的滤波电容,控制其高频返回路径;
(11)高速信号线走线的宽度不能突变。

备注:关键信号一般为高速信号、周期性信号或晶振、复位信号、开关控制信号等。PCB工程师必须熟悉。

4、电容和滤波器件
(1)高频滤波电容务必要靠近电源管脚放置,而且容值越小的电容要越靠近电源管脚;
(2)EMI滤波器要靠近芯片电源的输入口;
(3)原则上每个电源管脚一个0.1uf以下的高频滤波电容、一个集成电路一个或多个10uf大电容(储能或旁路电容),可以根据具体情况进行增减;
(4)电源系统的储能或旁路电容,有利于提高电源系统的抗干扰性能或电源完整性,如条件允许,可在PCB板上均匀的布置一些。

备注:PCB工程师必须了解各种电容的高频特性与滤波原理,掌握高频滤波电容布置与走线技巧(降低ESL)。

5、隔离和防护
(1)浪涌抑制器件(TVS管、压敏电阻)对应的信号走线要短、粗(一般15 mil以上);
(2)不同接口之间的走线要清晰,不要互相交叉;
(3)接口线到所连接的保护和滤波器件要尽量短;
(4)接口线必须要经过保护或滤波器件再到信号接收芯片;
(5)金属连接器的固定孔接到保护地(机壳地PG);
(6)变压器、光耦等前后的地分开;
(7)连接到机壳上的定位孔、扳手等没有直接接到信号地上。

6、其他原则
(1)电源平面比地平面内缩“20H”(H为电源和地平面的距离);
(2)电源平面比地平面内缩40mil以上,并间隔150mil打地过孔;
(3)布线是尽量避免的STUB线;
(4)保护地(机壳地PG)和信号地之间的间距大于80mil;
(5)DC48V的爬电间距是否为80mil以上;
(6)AC220V的爬电间距最少为300mil;
(7)差分布线可以抑制共模干扰;
(8)跨分割的线是否进行了合适的处理;
(9)敏感的信号线是否采用包地处理。

备注:产品的“安规”性能、电源完整性,基本上控制在PCB工程师的手中。
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