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摘要：PCB的电磁兼容设计是否合理是改善整个系统性能的关键。文章中介绍的电路隔离、接口抑制、参考面设置等实用技术，能够有效地改善信号的完整性，改善产品的EMC性能。
关键词：PCB;电磁兼容;电路隔离
中图分类号：TN41
文献标识码：A
文章编号：2095-6487（2019）03-0033-02
0引言
伴随着电子技术的快速发展，各类电子设备向着小型化、智能化和高集成的方向发展，电路设计越来越复杂，产品对干扰的敏感度所造成的问题越来越多，由此带来的EMC问题也越来越严重。当前各类电力设备的载体都是印制电路板（PCB），在PCB一级解决EMC问题将比在更高层次上解决所需要的花费更少，而且能够有效缩短产品的上市周期。先进的产品设计，在一开始就要求将EMC作为设计的一个重要组成部分，最好能对设备的电磁兼容性进行分析和预测，并针对问题采取措施实现电磁兼容。文中将介绍一些涉及到EMC的基本PCB设计技术，为PCB的电磁兼容设计和布局提供实用性帮助。
电磁干扰源、干扰信号耦合通道和干扰接收器（敏感设备）是形成干扰的三个要素，上述的三个基本要素都具备的时候才会发生电磁干扰，只要能够去除其中的一个，就可以去除电磁干扰。
1PCB电路板的尺寸和层数
电路板的层数和尺寸要根据电路原理、元器件的尺寸和相互间的影响决定，如果尺寸太大，布线长度就长，线的阻抗增加，抗干扰能力弱”。而尺寸太小，元器件过于密集，不仅不利于散热，而且不同线路和元器件之间容易产生相互干扰。
印制电路板的层数由单层板向多层板的进步，不仅解决了元器件的布线分布问题，同时还是达到电容兼容标准的主要措施。
双层板由于双面均有地线、电源线、互连线和元器件，容易互相干扰，所以一般线径要尽可能的粗而且相互靠近，常规线宽为通过最大电流能力的3倍以上，供电的环路面积要尽可能的小而且不会相互重叠2]。
目前高集成和高速数字电路一般采用四层或者四层以上的多层板，在多层板设计中，会设置专门的电源层和地层，甚至会设置专门的参考平面层，使得信号线和参考面之间的距离仅为电路板的层间距离，这样可以最大限度的减少板上信号的回路面积，减少差模辐射，提高电路板的抗干扰能力。多层板分布方案如表1所示。
2元器件的选型
对于器件的选型，应尽量选用噪声容限值高的元器件，有利于提高整个设备的抗干扰性，在满足功能的基础上，应该优先考虑开关速度较慢的逻辑器件，在封装的选择上，则应该尽量选择无引脚的元器件，相对于直插类元器件，表面贴装元器件的电磁干扰要小得多。
3参考面与布线
PCB线条单根导线的电感大约为lnH/mm，一根10mm长的PCB线条，在100MHz频率上就有6.3R，在1GHz频率上该电阻将高达639，因此，需要一个完整无缺的金属导体面积才有可能在高频率时提供一个合适的参考，我们将这种完整的金属面称之为参考面。
所有的参考面必须处在所有元器件以及走线的下面，而且还要向外延伸一个足够长的距离，大概需要参考面上部高度的20倍以上。
如引线、插针和通孔这类贯通的存在会增加参考面的电感，尤其是高频情况下，该参考面的有效性就会降低，“掩埋通孔”技术允许在布线层之间相互连接，而不需要参考面的贯通。如果必须在参考面上通过，经验值为，任何间隙的尺寸怀应大于所关心的最高频率波长的百分之一。
4电路的隔离
干扰源可以分为内部干扰源和外部干扰源，内部干扰源包括电路内部本身产生的干扰源，外部干扰源包括大气、雷电等自然干扰和通信、雷达、其他电气设备等发射的人为干扰。
在正式设计的开始，就需要考虑电路隔离技术，隔离区域的划分，是PCB布局设计的开端。两个最基本的隔离区域是外部世界和内部世界。
要对外部世界的电磁环境进行完全控制是不现实的，而对内部世界的电磁环境可以获得完全的控制。
4.1外部世界和内部世界的边界
在存在有效罩壳屏蔽的电路中，屏蔽罩壳就成为了外界和内部之间的边界，但对于一个未屏蔽产品的界定就相当困难了，整个内部区域要在机械上和电气上与外界隔离，而内部区域之间也应该在物理上相互隔离。
4.2内部世界的划分
当内部世界的区域确定之后，内部世界应该被规划为多个“内部区域”，进一步被隔离成诸如脏的、高速的、噪扰的等“活跃”电路区域，以及干净的、敏感的、安静的等“受害”电路区域。电路的活跃程度取决于它的最大dv/dt或者di/dt，电路的受害程度则取决于它的信号电平及噪声容限，容限越小，敏感度越高[3]。
5元器件放置规则
在每个内部区域中，首先要安置的是最为噪扰和最為敏感的元器件，应将他们尽可能的安排在该区域的中心位置，同时又要尽可能的远离电缆和导线。这类元器件包括时钟发生器、微控制器、变压器、集成总线IC等噪扰元器件和模拟IC、毫伏级放大器等敏感元器件。
数字时钟发生器、数字总线和高速I/0的数据传输线一定要尽可能的短，为了使它们的走线长度达到最短，甚至可能需要通过实验来最终决定元器件的布局，一定要重视。
其他类型的模拟、数字和电源信号也应根据它们的活跃和敏感程度来决定它们的布局和走线，所有的元器件和它的走线都必须保持在为它们所指定的区域内。
直接与其他区域连接的器件（如A/D和D/A转换器、滤波器等）要安置在它们所在区域最边缘的地方[4）。
6接口抑制
外界和内部接口，上的抑制，可以采用屏蔽、滤波器、隔离变压器、光耦合器、浪涌保护器件等。
内部区域之间的接口元件，诸如模数转换器、变压器、数据总线、滤波器、隔离器和类似元器件要安装在他们共用的完成互连接的一边，并完整的保持在其中一个区域内。
7结束语
上述PCB设计技巧，首先需要确定电路板的尺寸和层数，然后根据原理图选择合适的元器件型号和封装形式，为电路板分割出内部世界和外部世界，采用必要的屏蔽滤波措施，进而在设备的内部世界划分内部区域，不同的内部区域内分别优先布局重点元器件，不同区域之间的接口需采用接口抑制技术，且需要设计参考平面。单片PCB产品常规电磁兼容设计如图1所示。
当然，文中所涉及的仅仅是一些基本设计技术，针对更高要求的电路，需要使用更先进的设计技术来满足EMC性能要求，这里所描述的基本设计技术可以满足一般电路的设计要求，可以为一般的电路设计人员提供实用性帮助。
参考文献
[1]江思敏.PCB和电磁兼容设计[M].北京：机械工业出版社，2006.
[2]郑军奇.EMC设计与测试案例分析（第2版）[M].北京：电子工业出版社，2010
[3]大卫A.韦斯顿.电磁兼容原理与应用[M].王守三，杨自佑译.北京：机械工业出版社，2006.
[4]王萍.浅谈PCB电磁兼容设计[J].电子质量，2010（10）：73-75.
关键词：PCB;电磁兼容;电路隔离
中图分类号：TN41
文献标识码：A
文章编号：2095-6487（2019）03-0033-02
0引言
伴随着电子技术的快速发展，各类电子设备向着小型化、智能化和高集成的方向发展，电路设计越来越复杂，产品对干扰的敏感度所造成的问题越来越多，由此带来的EMC问题也越来越严重。当前各类电力设备的载体都是印制电路板（PCB），在PCB一级解决EMC问题将比在更高层次上解决所需要的花费更少，而且能够有效缩短产品的上市周期。先进的产品设计，在一开始就要求将EMC作为设计的一个重要组成部分，最好能对设备的电磁兼容性进行分析和预测，并针对问题采取措施实现电磁兼容。文中将介绍一些涉及到EMC的基本PCB设计技术，为PCB的电磁兼容设计和布局提供实用性帮助。
电磁干扰源、干扰信号耦合通道和干扰接收器（敏感设备）是形成干扰的三个要素，上述的三个基本要素都具备的时候才会发生电磁干扰，只要能够去除其中的一个，就可以去除电磁干扰。
1PCB电路板的尺寸和层数
电路板的层数和尺寸要根据电路原理、元器件的尺寸和相互间的影响决定，如果尺寸太大，布线长度就长，线的阻抗增加，抗干扰能力弱”。而尺寸太小，元器件过于密集，不仅不利于散热，而且不同线路和元器件之间容易产生相互干扰。
印制电路板的层数由单层板向多层板的进步，不仅解决了元器件的布线分布问题，同时还是达到电容兼容标准的主要措施。
双层板由于双面均有地线、电源线、互连线和元器件，容易互相干扰，所以一般线径要尽可能的粗而且相互靠近，常规线宽为通过最大电流能力的3倍以上，供电的环路面积要尽可能的小而且不会相互重叠2]。
目前高集成和高速数字电路一般采用四层或者四层以上的多层板，在多层板设计中，会设置专门的电源层和地层，甚至会设置专门的参考平面层，使得信号线和参考面之间的距离仅为电路板的层间距离，这样可以最大限度的减少板上信号的回路面积，减少差模辐射，提高电路板的抗干扰能力。多层板分布方案如表1所示。
2元器件的选型
对于器件的选型，应尽量选用噪声容限值高的元器件，有利于提高整个设备的抗干扰性，在满足功能的基础上，应该优先考虑开关速度较慢的逻辑器件，在封装的选择上，则应该尽量选择无引脚的元器件，相对于直插类元器件，表面贴装元器件的电磁干扰要小得多。
3参考面与布线
PCB线条单根导线的电感大约为lnH/mm，一根10mm长的PCB线条，在100MHz频率上就有6.3R，在1GHz频率上该电阻将高达639，因此，需要一个完整无缺的金属导体面积才有可能在高频率时提供一个合适的参考，我们将这种完整的金属面称之为参考面。
所有的参考面必须处在所有元器件以及走线的下面，而且还要向外延伸一个足够长的距离，大概需要参考面上部高度的20倍以上。
如引线、插针和通孔这类贯通的存在会增加参考面的电感，尤其是高频情况下，该参考面的有效性就会降低，“掩埋通孔”技术允许在布线层之间相互连接，而不需要参考面的贯通。如果必须在参考面上通过，经验值为，任何间隙的尺寸怀应大于所关心的最高频率波长的百分之一。
4电路的隔离
干扰源可以分为内部干扰源和外部干扰源，内部干扰源包括电路内部本身产生的干扰源，外部干扰源包括大气、雷电等自然干扰和通信、雷达、其他电气设备等发射的人为干扰。
在正式设计的开始，就需要考虑电路隔离技术，隔离区域的划分，是PCB布局设计的开端。两个最基本的隔离区域是外部世界和内部世界。
要对外部世界的电磁环境进行完全控制是不现实的，而对内部世界的电磁环境可以获得完全的控制。
4.1外部世界和内部世界的边界
在存在有效罩壳屏蔽的电路中，屏蔽罩壳就成为了外界和内部之间的边界，但对于一个未屏蔽产品的界定就相当困难了，整个内部区域要在机械上和电气上与外界隔离，而内部区域之间也应该在物理上相互隔离。
4.2内部世界的划分
当内部世界的区域确定之后，内部世界应该被规划为多个“内部区域”，进一步被隔离成诸如脏的、高速的、噪扰的等“活跃”电路区域，以及干净的、敏感的、安静的等“受害”电路区域。电路的活跃程度取决于它的最大dv/dt或者di/dt，电路的受害程度则取决于它的信号电平及噪声容限，容限越小，敏感度越高[3]。
5元器件放置规则
在每个内部区域中，首先要安置的是最为噪扰和最為敏感的元器件，应将他们尽可能的安排在该区域的中心位置，同时又要尽可能的远离电缆和导线。这类元器件包括时钟发生器、微控制器、变压器、集成总线IC等噪扰元器件和模拟IC、毫伏级放大器等敏感元器件。
数字时钟发生器、数字总线和高速I/0的数据传输线一定要尽可能的短，为了使它们的走线长度达到最短，甚至可能需要通过实验来最终决定元器件的布局，一定要重视。
其他类型的模拟、数字和电源信号也应根据它们的活跃和敏感程度来决定它们的布局和走线，所有的元器件和它的走线都必须保持在为它们所指定的区域内。
直接与其他区域连接的器件（如A/D和D/A转换器、滤波器等）要安置在它们所在区域最边缘的地方[4）。
6接口抑制
外界和内部接口，上的抑制，可以采用屏蔽、滤波器、隔离变压器、光耦合器、浪涌保护器件等。
内部区域之间的接口元件，诸如模数转换器、变压器、数据总线、滤波器、隔离器和类似元器件要安装在他们共用的完成互连接的一边，并完整的保持在其中一个区域内。
7结束语
上述PCB设计技巧，首先需要确定电路板的尺寸和层数，然后根据原理图选择合适的元器件型号和封装形式，为电路板分割出内部世界和外部世界，采用必要的屏蔽滤波措施，进而在设备的内部世界划分内部区域，不同的内部区域内分别优先布局重点元器件，不同区域之间的接口需采用接口抑制技术，且需要设计参考平面。单片PCB产品常规电磁兼容设计如图1所示。
当然，文中所涉及的仅仅是一些基本设计技术，针对更高要求的电路，需要使用更先进的设计技术来满足EMC性能要求，这里所描述的基本设计技术可以满足一般电路的设计要求，可以为一般的电路设计人员提供实用性帮助。
参考文献
[1]江思敏.PCB和电磁兼容设计[M].北京：机械工业出版社，2006.
[2]郑军奇.EMC设计与测试案例分析（第2版）[M].北京：电子工业出版社，2010
[3]大卫A.韦斯顿.电磁兼容原理与应用[M].王守三，杨自佑译.北京：机械工业出版社，2006.
[4]王萍.浅谈PCB电磁兼容设计[J].电子质量，2010（10）：73-75.