轻松学会——单、双面板EMC布线规则

【导读】在高速、高技术产品中，单面和双面PCB的应用带来了附加的EMC问题。这个问题为使用特殊的先进的布线技术带来了困难。本文就将基于这个问题为大家讲解下如何应对单、双面板EMC布线规则的方法，保证你们能轻松就学会。

在电子产品尤其是高频电子产品的EMC设计上，单面和双面PCB系列存在特殊的考虑。在高速、高技术产品中，单面和双面PCB的应用带来了附加的EMC问题。这个问题为使用特殊的先进的布线技术带来了困难。对早期低技术设计来说成本是很重要的问题，使用单面板双面安装PCB常常是理想的选择。必须注意到RF返回电流回到出发点，是以最佳的，低阻抗的方式来完成的。

应该在信号和电源电压传输中考虑传输线的概念。在部件的布线过程中，电源及其返回线路必须彼此平行走向。应该为高风险回路，如时钟以及类似回路，提供专用的回路，以减小环路结构及减小环路辐射和吸收电磁能量。在双面板中，控制环路面积是关系信号质量和电磁干扰性能的关键。

必须强调，特别是对要求符合电磁兼容性来说，不存在“双面”的PCB，虽然从物理结构上它是存在的。当分析一个涉及电磁兼容性的双面PCB的性能时，应该注意到对一个典型的PCB来说，其中心材料的厚度按规定为0.062in（1.6mm）。在装有器件的顶层和接地层或0V电位结构的底层之间的空间常常有作为顶层射频电流返回的镜像层。实际上，信号走线与镜像层之间的空间距离非常大，以致不能有效地消除磁通量。当走线和返回面之间缺乏互感时，不能有效地消除净磁通量。当走线和板之间的距离非常大时，信号走线周围的场分布是很小的。

描述双面PCB的适合方法是把其想象成两个单面PCB。我们必须使用适合于单面设计的设计规则和技术来设计上层和底层的PCB。

例如，如果走线的宽为0.008in（0.2mm），则离开走线距离0.008in（0.2mm）的位置有场存在。如果参考层大于0.008in（0.2mm），则不能有效地消磁，同时射频（RF）返回电流将部分地穿过自由空间。双面板板间距离常常为0.062in（1.6mm），它远大于0.008in（0.2mm）。

单面和双面PCB上的RF电流返回路径是如何实现的呢？我们必须记住双面PCB必须考虑成两个单面PCB。下面的例子将说明，要十分圆满地实现这个目的是困难的。为了允许电流返回，我们必须使用接地走线（保护电路）或0V电位的网格系统。接地走线或网格系统为RF电流提供了另一个迂回的返回路径。这个迂回的返回路径允许RF电流以低阻抗方式返回到它的源。因为不存在完全返回层，它并不是一个最佳的实现方式。对单面板来说，接地走线是让RF电流返回到它的源的最基本的设计技术，以便控制环路面积，实现EMI抑制。

对单面和双面的PCB来说，任何器件都要有大量的局部滤波和去耦。用于关键信号线的附加的高频滤波必须直接连在器件上。接地板没有给我们带来好处，因此必须采用不同的设计技术。

1．单面PCB

对于单面PCB来说，RF返回电流只存在一个概念上的设计技术。这个技术就是使用接地走线（保护电路），并使其在物理上尽可能靠近在高敏感信号走线旁。电源和接地返回电路必须彼此平行布线，在两个平行线和可能向配电系统注人开关能量的器件旁安装去耦电容。

当提供网格电源和接地设计方法时，必须注意网格要尽可能多地连接在一起。如果不使用网格系统，器件产生的射频环路电流，采用任何相关的方法，可能找不到一个低阻抗的RF返回路径，这样加重了任务的难度。通过把电源和返回路径平行布线，可以产生一个低阻抗小环路面积的传输线结构，这取决于在设计时如何来实现平行走向。如果走线与0V电位间的距离非常大，走线相对0V参考点能够产生足够的电流环路。

当存在电源和接地网格时，与单面PCB相关的问题集中在如何在器件之间布置走线。几乎在任何一个应用中，在单面板上完全地划分网格是不可能实现的。最佳的布线技术就是充分使用接地填充，作为替换的返回路径，来控制环路面积并减小RF返回电流线路的阻抗。这种接地填充必须在多个地方与0V电位参考点连接。

2．双面PCB

存在两种典型的实现方法来为RF电流提供替代返回路径：

（1）对称排列器件（例存储器阵列）

（2）非对称刘列器件

3．对称排列器件

对电磁兼容性，双层板存在一种基本的实现技术为RF返回电流提供低阻抗路径。它首先被用于早期的技术，即慢速器件。这些设计通常由Dual－In－Package（DIP）（双面直插式封装）组成，排成一直行或矩阵排列。目前，很少有产品还使用这种工艺或技术。

在焊接面布置水平走线，在电路面布置垂直走线是双面板最常用的工艺。当使用对称排列器件时，这已经变成了设计规范，通常不会被打破。电源走线布置在顶层（或底层）同时接地走线布置在相对的另一面。所有的相互连接都使用电镀的通孔连接。在没有被用于电源接地或信号走线的区域必须用接地填充，这样可以为射频RF电流提供低阻抗接地路径。