PCB設計大講堂：產品內部的EMC設計技巧

05-02

目前電子器材用於各類電子設備和系統仍然以印製電路板為主要裝配方式。實踐證明，即使電路原理圖設計正確，印製電路板設計不當，也會對電子設備的可靠性產生不利影響。例如，如果PCB板兩條細平行線靠得很近，則會形成信號波形的延遲，在傳輸線的終端形成反射雜訊。因此，在設計印製電路板的時候，應注意採用正確的方法。

一、電路板設計地線設計在電子設備中，接地是控制干擾的重要方法

如能將接地和屏蔽正確結合起來使用，可解決大部分干擾問題。電子設備中地線結構大致有系統地、機殼地（屏蔽地）、數字地（邏輯地）和模擬地等。在地線設計中應注意以下幾點：

1. 正確選擇單點接地與多點接地

在低頻電路中，信號的工作頻率小於1MHz，它的布線和器件間的電感影響較小，而接地電路形成的環流對干擾影響較大，因而應採用一點接地。當信號工作頻率大於10MHz時，地線阻抗變得很大，此時應盡量降低地線阻抗，應採用就近多點接地。當工作頻率在1～10MHz時，如果採用一點接地，其地線長度不應超過波長的1/20，否則應採用多點接地法。

2. 將數字電路與模擬電路分開

電路板上既有高速邏輯電路，又有線性電路，應使它們盡量分開，而兩者的地線不要相混，分別與電源端地線相連。要盡量加大線性電路的接地面積。

3. 盡量加粗接地線

若接地線很細，接地電位則隨電流的變化而變化，致使電子設備的定時信號電平不穩，抗雜訊性能變壞。因此應將接地線盡量加粗，使它能通過三位於印製電路板的允許電流。如有可能，接地線的寬度應大於3mm。

4. 將接地線構成閉環路

設計只由數字電路組成的印製電路板的地線系統時，將接地線做成閉環路可以明顯的提高抗雜訊能力。其原因在於：印製電路板上有很多集成電路組件，尤其遇有耗電多的組件時，因受接地線粗細的限制，會在地結上產生較大的電位差，引起抗雜訊能力下降，若將接地結構成環路，則會縮小電位差值，提高電子設備的抗雜訊能力。

二、PCB設計電磁兼容性設計

電磁兼容性是指電子設備在各種電磁環境中仍能夠協調、有效地進行工作的能力。電磁兼容性設計的目的是使電子設備既能抑制各種外來的干擾，使電子設備在特定的電磁環境中能夠正常工作，同時又能減少電子設備本身對其它電子設備的電磁干擾。

1. 選擇合理的導線寬度

由於瞬變電流在印製線條上所產生的衝擊干擾主要是由印製導線的電感成分造成的，因此應盡量減小印製導線的電感量。印製導線的電感量與其長度成正比，與其寬度成反比，因而短而精的導線對抑制干擾是有利的。時鐘引線、行驅動器或匯流排驅動器的信號線常常載有大的瞬變電流，印製導線要儘可能地短。對於分立組件電路，印製導線寬度在1.

5mm左右時，即可完全滿足要求；對於集成電路，印製導線寬度可在0. 2～1. 0mm之間選擇。

2. 採用正確的布線策略

採用平等走線可以減少導線電感，但導線之間的互感和分布電容增加，如果布局允許，最好採用井字形網狀布線結構，具體做法是PCB板的一面橫向布線，另一面縱向布線，然後在交叉孔處用金屬化孔相連。

為了抑制PCB板導線之間的串擾，在設計布線時應盡量避免長距離的平等走線。

三、電路板設計去耦電容配置

在直流電源迴路中，負載的變化會引起電源雜訊。例如在數字電路中，當電路從一個狀態轉換為另一種狀態時，就會在電源線上產生一個很大的尖峰電流，形成瞬變的雜訊電壓。配置去耦電容可以抑制因負載變化而產生的雜訊，是印製電路板的可靠性設計的一種常規做法，配置原則如下：

?　電源輸入端跨接一個10～100uF的電解電容器，如果印製電路板的位置允許，採用100uF以上的電解電容器的抗干擾效果會更好。

?　為每個集成電路晶元配置一個0. 01uF的陶瓷電容器。如遇到印製電路板空間小而裝不下時，可每4～10個晶元配置一個1～10uF鉭電解電容器，這種器件的高頻阻抗特別小，在500kHz～20MHz範圍內阻抗小於1Ω，而且漏電流很小（0. 5uA以下）。

?　對於雜訊能力弱、關斷時電流變化大的器件和ROM、RAM等存儲型器件，應在晶元的電源線（Vcc）和地線（GND）間直接接入去耦電容。

?　去耦電容的引線不能過長，特別是高頻旁路電容不能帶引線。

四、PCB設計印製電路板的尺寸與器件的布置

印製電路板大小要適中，過大時印製線條長，阻抗增加，不僅抗雜訊能力下降，成本也高；過小，則散熱不好，同時易受臨近線條幹擾。

在器件布置方面與其它邏輯電路一樣，應把相互有關的器件盡量放得靠近些，這樣可以獲得較好的抗雜訊效果。時鐘發生器、晶振和CPU的時鐘輸入端都易產生雜訊，要相互靠近些。易產生雜訊的器件、小電流電路、大電流電路等應盡量遠離邏輯電路，如有可能，應另做電路板，這一點十分重要。

五、電路板設計散熱設計

從有利於散熱的角度出發，PCB板最好是直立安裝，板與板之間的距離一般不應小於2cm，而且器件在PCB板上的排列方式應遵循一定的規則：

?　對於採用自由對流空氣冷卻的設備，最好是將集成電路（或其它器件）按縱長方式排列；對於採用強制空氣冷卻的設備，最好是將集成電路（或其它器件）按橫長方式排。

?　同一塊PCB板上的器件應儘可能按其發熱量大小及散熱程度分區排列，發熱量小或耐熱性差的器件（如小信號晶體管、小規模集成電路、電解電容等）放在冷卻氣流的最上流（入口處），發熱量大或耐熱性好的器件（如功率晶體管、大規模集成電路等）放在冷卻氣流最下游。

?　在水平方向上，大功率器件盡量靠近PCB板邊沿布置，以便縮短傳熱路徑；在垂直方向上，大功率器件盡量靠近PCB板上方布置，以便減少這些器件工作時對其它器件溫度的影響。

?　對溫度比較敏感的器件最好安置在溫度最低的區域（如設備的底部），千萬不要將它放在發熱器件的正上方，多個器件最好是在水平面上交錯布局。

?　設備內PCB板的散熱主要依靠空氣流動，所以在設計時要研究空氣流動路徑，合理配置器件或印製電路板。空氣流動時總是趨向於阻力小的地方流動，所以在印製電路板上配置器件時，要避免在某個區域留有較大的空域。