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摘要：本文从PCB板的分层方案、电源与接地、布线设计等方面介绍了PCB板电磁兼容设计要点，为硬件设计人员解决PCB板的电磁兼容问题提供可行性措施。
关键词：PCB 设计;电磁兼容;EMC设计
一、引言
随着微电子和通信技术的发展，空间的电磁环境也变得日益复杂，对电子设备的电磁兼容设计提出了更高的要求。保证设备或系统功能的复杂电磁环境中正常运行和减少相互间的干扰，是PCB板在电磁兼容设计中需要解决的问题。
二、PCB板的电磁兼容设计
1.PCB板的分层设计方案
PCB板的分层设计通常有单层板，两层板及多层板。对于布线密集，元器件密度高的高速信号PCB板，一般采用四层或者四层以上的多层板，因为多层板可以设计专门的电源和地平面层，有效的减少高速信号和电源信号的回流路径，同时也减少信号线与电源或地平面层距离减少回路面积，从而减少辐射有效的提高PCB板的电磁兼容性。以下将主要介绍四层和六层PCB板的分层设计方案。
四层PCB板分层设计主要有表2中的三种方案
若四层PCB板中间两层设置为电源平面层和地平面层，可以减少两平面层间的电感同时层间的分布电容可以提供很好的高频解耦作用，降低电源与地层两平面层间的噪声电压。
通常四层PCB板涉及优先选择方案一的层叠模式，因为设计习惯在顶层通常放置关键芯片，而底层主要放置容阻料，芯片下为地平面层即可作为屏蔽层又可为顶层信号走线提供参考平面;而方案二的层叠模式用于主要芯片放置底层及关键信号底层走线的情况;对于方案三的层叠模式主要应用于接插件为主的PCB板，将信号层至于地平面层和电源层之中起屏蔽作用，通常还可将电源布线在信号层中实现，而将电源层改为地平面层进而形成屏蔽腔体，即可提高PCB板的抗干扰同时信号线减少辐射。
六层PCB板分层设计主要有表2中的四种
对于六层板的分层设计通常是将电源和地平面分配在内层可以很好的抑制PCB板上固有的共模辐射。在六层板分层时优先考虑方案三，这种层叠方案由于有两个地平面层且信号层和电源层均可与地平面层紧邻，可有效的减少电源平面的阻抗。对于方案一，SINGAL1和SINGAL2层紧邻地平面层有具有最小的环路面积，而SINGAL3和SINGAL4层由于紧邻的是电源层，可利用电源层作为参考平面，但是电源层与地平面相距较远，分布电容小，自身解耦效果较差，电源层需要经过SINGAL3层和SINGAL2层才到达地平面层产生了较高的电源平面阻抗。方案三虽保证了电源和地平面层相邻，减少了电源阻抗，但是所有的信号走线均裸露在外层，平常设计不建议使用，若在埋盲孔设计时，可优先使用该方案。方案四虽然牺牲了一层信号层多了一层地平面层，但是使SINGAL2层成为极佳的布线层用于时钟和高速信号线，因此适用于只有少数或局部对信号要求高的场合。
2.PCB板的电源与接地设计
在PCB板设计过程中，电源平面均需要紧靠地平面，若电源和接地设计不合理就会很容易产生干扰使PCB电磁兼容能力降低。一般电源回路中瞬态变化的电流会产生很强的辐射，因此需要在电源的入口处进行滤波处理，通常是并接大的电解和陶瓷贴片去耦电容分别滤除低频和高频噪声，以减少供电系统中的特性阻抗。在PCB板上所有元器件均需要电源进行供电，为抑制元器件产生的高频谐波干扰，元器件的电源引脚都需就近放置一个陶瓷贴片去耦电容。另外由于不同元器件的电源电压不同，需要避免这些不同电压电源的回流环路相互重叠。可以根据数字和模拟电路的进行分离，将各自的电源和地平面分开避免相互干扰，因为数字信号的地平面上带有丰富的高频谐波分量，当模拟和数字电路回流路径重叠时，数字电路的谐波会通过耦合方式经地平面对模拟电路产生干扰。
设备电源输入接地是为了防止漏电对人体产生危险，同时为静电和浪涌电流提供泄放路径，而PCB板接地是为了给电路配置一个参考电平及提供给信号一个低阻抗回路，以保证电路板稳定工作，通常PCB板中地线尽可能的加粗，至少能够保证能够通过三倍的PCB板允许电流。设计时对交流电源地和直流电压地需分开，而对模拟信号地和数字信号地通常连接公共地線时尽量使用磁珠连接。
常见的接地设计分为三类：单点接地，多点接地，混合接地。单点接地的优点是避免了地线上电位差所产生的电磁兼容问题，单点接地又有串联和并联单点接地两种方式，串联单点接地的缺点是存在公共阻抗耦合的风险，而并联单点接地缺点是需要设置多条地线。高速的PCB板需要地线阻抗越低，因此接地线越短越好，此时使用多点接地方式可以有效降低地线上的电感。混合接地适用于不同频率信号需要有不同接地结构的情况，通常利用电容或者电感这类在不同频率下有不同阻抗特性的器件进行接地构成混合接地的系统。
3.PCB板的布线设计
随着电路板的越来越复杂，布线密度越来越大，对线路布线的要求越高，若忽略布线设计将会产生大量信号辐射形成干扰导致出现电磁兼容问题，因此良好的布线是决定PCB板电磁兼容设计成功的关键。
设计PCB板的布线时，优先布线高频时钟信或是易受干扰的信号线，其次是高速信号线，最后是一般的信号线，同时信号线布线不要形成环路，若无法避免时尽量减少环路的面积。另外PCB板上信号线的辐射强度与信号布线的长度成正比，布线是最好采用直线，需要转折是可用45°拐角或者圆弧形布线，可以减少高频信号间的辐射和耦合。在布线空间允许情况下，尽可能增大平行的信号线的间距，同时减少布线的平行长度，因为距离较近信号线的平行布线后容易引入串扰，必要时需在信号线间插入一条地线进行隔离减少串扰。不同布线层布线时进行相互垂直布线，减少线间电磁场耦合干扰。PCB板上布线还应遵循3W原则，即保证信号线间的中心间距大于三倍线宽;同时还要3H原则，即地平面层的边缘要比电源层和信号层的边缘多延伸出20倍层高度。
总结
本文对PCB板的分层、、电源与接地、布线设计等提出了电磁兼容性设计遵循的准则。方便设计人员在产品设计开始时对 PCB 板中的电磁兼容问题进行预测分析和有效地解决问题，以降低PCB板上的电磁辐射和提高产品的抗干扰能力。
参考文献：
[1]李静. EMC 实验技术[M]. 北京：中国电子学会，2012.
[2]江思敏. PCB 和电磁兼容设计[M]. 北京：机械工业出版社，2011
[3]杨继深.电磁兼容（EMC）技术之产品研发与认证 [M].北京：电子工业出版社，2004.
[4]白同云. 电磁兼容设计[M]. 北京：北京邮电大学出版社，2012.
作者简介：
黄运欢（1987-），男，广西桂林人，硬件工程师，主要从事硬件电路开发与研究
（作者单位：广州励丰文化科技股份有限公司）
关键词：PCB 设计;电磁兼容;EMC设计
一、引言
随着微电子和通信技术的发展，空间的电磁环境也变得日益复杂，对电子设备的电磁兼容设计提出了更高的要求。保证设备或系统功能的复杂电磁环境中正常运行和减少相互间的干扰，是PCB板在电磁兼容设计中需要解决的问题。
二、PCB板的电磁兼容设计
1.PCB板的分层设计方案
PCB板的分层设计通常有单层板，两层板及多层板。对于布线密集，元器件密度高的高速信号PCB板，一般采用四层或者四层以上的多层板，因为多层板可以设计专门的电源和地平面层，有效的减少高速信号和电源信号的回流路径，同时也减少信号线与电源或地平面层距离减少回路面积，从而减少辐射有效的提高PCB板的电磁兼容性。以下将主要介绍四层和六层PCB板的分层设计方案。
四层PCB板分层设计主要有表2中的三种方案
若四层PCB板中间两层设置为电源平面层和地平面层，可以减少两平面层间的电感同时层间的分布电容可以提供很好的高频解耦作用，降低电源与地层两平面层间的噪声电压。
通常四层PCB板涉及优先选择方案一的层叠模式，因为设计习惯在顶层通常放置关键芯片，而底层主要放置容阻料，芯片下为地平面层即可作为屏蔽层又可为顶层信号走线提供参考平面;而方案二的层叠模式用于主要芯片放置底层及关键信号底层走线的情况;对于方案三的层叠模式主要应用于接插件为主的PCB板，将信号层至于地平面层和电源层之中起屏蔽作用，通常还可将电源布线在信号层中实现，而将电源层改为地平面层进而形成屏蔽腔体，即可提高PCB板的抗干扰同时信号线减少辐射。
六层PCB板分层设计主要有表2中的四种
对于六层板的分层设计通常是将电源和地平面分配在内层可以很好的抑制PCB板上固有的共模辐射。在六层板分层时优先考虑方案三，这种层叠方案由于有两个地平面层且信号层和电源层均可与地平面层紧邻，可有效的减少电源平面的阻抗。对于方案一，SINGAL1和SINGAL2层紧邻地平面层有具有最小的环路面积，而SINGAL3和SINGAL4层由于紧邻的是电源层，可利用电源层作为参考平面，但是电源层与地平面相距较远，分布电容小，自身解耦效果较差，电源层需要经过SINGAL3层和SINGAL2层才到达地平面层产生了较高的电源平面阻抗。方案三虽保证了电源和地平面层相邻，减少了电源阻抗，但是所有的信号走线均裸露在外层，平常设计不建议使用，若在埋盲孔设计时，可优先使用该方案。方案四虽然牺牲了一层信号层多了一层地平面层，但是使SINGAL2层成为极佳的布线层用于时钟和高速信号线，因此适用于只有少数或局部对信号要求高的场合。
2.PCB板的电源与接地设计
在PCB板设计过程中，电源平面均需要紧靠地平面，若电源和接地设计不合理就会很容易产生干扰使PCB电磁兼容能力降低。一般电源回路中瞬态变化的电流会产生很强的辐射，因此需要在电源的入口处进行滤波处理，通常是并接大的电解和陶瓷贴片去耦电容分别滤除低频和高频噪声，以减少供电系统中的特性阻抗。在PCB板上所有元器件均需要电源进行供电，为抑制元器件产生的高频谐波干扰，元器件的电源引脚都需就近放置一个陶瓷贴片去耦电容。另外由于不同元器件的电源电压不同，需要避免这些不同电压电源的回流环路相互重叠。可以根据数字和模拟电路的进行分离，将各自的电源和地平面分开避免相互干扰，因为数字信号的地平面上带有丰富的高频谐波分量，当模拟和数字电路回流路径重叠时，数字电路的谐波会通过耦合方式经地平面对模拟电路产生干扰。
设备电源输入接地是为了防止漏电对人体产生危险，同时为静电和浪涌电流提供泄放路径，而PCB板接地是为了给电路配置一个参考电平及提供给信号一个低阻抗回路，以保证电路板稳定工作，通常PCB板中地线尽可能的加粗，至少能够保证能够通过三倍的PCB板允许电流。设计时对交流电源地和直流电压地需分开，而对模拟信号地和数字信号地通常连接公共地線时尽量使用磁珠连接。
常见的接地设计分为三类：单点接地，多点接地，混合接地。单点接地的优点是避免了地线上电位差所产生的电磁兼容问题，单点接地又有串联和并联单点接地两种方式，串联单点接地的缺点是存在公共阻抗耦合的风险，而并联单点接地缺点是需要设置多条地线。高速的PCB板需要地线阻抗越低，因此接地线越短越好，此时使用多点接地方式可以有效降低地线上的电感。混合接地适用于不同频率信号需要有不同接地结构的情况，通常利用电容或者电感这类在不同频率下有不同阻抗特性的器件进行接地构成混合接地的系统。
3.PCB板的布线设计
随着电路板的越来越复杂，布线密度越来越大，对线路布线的要求越高，若忽略布线设计将会产生大量信号辐射形成干扰导致出现电磁兼容问题，因此良好的布线是决定PCB板电磁兼容设计成功的关键。
设计PCB板的布线时，优先布线高频时钟信或是易受干扰的信号线，其次是高速信号线，最后是一般的信号线，同时信号线布线不要形成环路，若无法避免时尽量减少环路的面积。另外PCB板上信号线的辐射强度与信号布线的长度成正比，布线是最好采用直线，需要转折是可用45°拐角或者圆弧形布线，可以减少高频信号间的辐射和耦合。在布线空间允许情况下，尽可能增大平行的信号线的间距，同时减少布线的平行长度，因为距离较近信号线的平行布线后容易引入串扰，必要时需在信号线间插入一条地线进行隔离减少串扰。不同布线层布线时进行相互垂直布线，减少线间电磁场耦合干扰。PCB板上布线还应遵循3W原则，即保证信号线间的中心间距大于三倍线宽;同时还要3H原则，即地平面层的边缘要比电源层和信号层的边缘多延伸出20倍层高度。
总结
本文对PCB板的分层、、电源与接地、布线设计等提出了电磁兼容性设计遵循的准则。方便设计人员在产品设计开始时对 PCB 板中的电磁兼容问题进行预测分析和有效地解决问题，以降低PCB板上的电磁辐射和提高产品的抗干扰能力。
参考文献：
[1]李静. EMC 实验技术[M]. 北京：中国电子学会，2012.
[2]江思敏. PCB 和电磁兼容设计[M]. 北京：机械工业出版社，2011
[3]杨继深.电磁兼容（EMC）技术之产品研发与认证 [M].北京：电子工业出版社，2004.
[4]白同云. 电磁兼容设计[M]. 北京：北京邮电大学出版社，2012.
作者简介：
黄运欢（1987-），男，广西桂林人，硬件工程师，主要从事硬件电路开发与研究
（作者单位：广州励丰文化科技股份有限公司）