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摘要
在电子设备或系统的电磁兼容设计中，最重要的是元器件的选择尤其是有源器件的正确选择和印刷电路板（PCB）的设计。本文从电磁兼容性、可靠性方面出发, 阐明了相关应用理论和强制规定, 提出了PCB 设计过程中选材、布局、主要元器件的选择信号线的布线规则及其相关注意事项。
关键词 共模辐射 差模辐射 表面安装技术 PCB的设计 电磁兼容
一、元器件的选择
电阻、电容、电感， 一般也可选用SMT 的、容量大的电容， 可适情考虑应用其它形式器件。
SMT器件环流面积最小最合适，且集成度高可靠性好， 所以作为首选对象
小结：选用器件不主张功率越大越好， 速度越快越好， 而是推荐只要满足设计功能要求， 采用兼容各指标的设计， 且能降低成本，又能完美达到设计目标， 这种设计组合认为是最佳组合， 当然各种不同类型、等级的机器就有不同的最佳组合。
二、线路板上的电磁骚扰辐射
线路板的辐射主要产生于两个源：一个是PCB走线，另一个是I/O电缆。电缆辐射往往是更主要的辐射源。因为电缆是效率很高的辐射天线。有些电缆尽管传输的信号频率很低，但由于PCB上的高频率信号会耦合到电缆上，也会产生较强的高频辐射。
线路板上的辐射以共模和差模的方式辐射。
差模辐射的抑制
减小差模辐射的方法：（1）降低电路工作频率；（2）减小信号环路的面积；（3）减小信号电流的强度。
高速的处理速度是所有软件工程师所追求的，而高速的处理速度是靠高度的时钟频率来保证的，因此限制系统的工作频率有时是不允许的。这里所说的限制频率指的是减少不必要的高频成分。主要指1/€%itr频率以上的频率。
最现实而有效的方法是控制信号环路的面积。通过减小信号环路面积能够有效减小环路的辐射，下面给出了不同裸机电路为了满足EMI指标要求所允许的环路面积。这是对于10m处，电磁辐射极限值在30~230MHZ之间为30dB€%eV/m，在230~1000MHz之间为37dB€%eV/m的情况下的面积限制。绝不意味着只要电路满足了这个条件PCB就能满足EMI指标要求。因为线路板的辐射不仅有差模辐射，还有共模辐射。而共模辐射往往比差模辐射更强。但如果不满足这些条件，PCB肯定会产生超标电磁辐射。
印制板辐射主要产生于两个源， 一个是由各芯片组成的回路辐射， 即前面已提过的差模辐射。另一个就是印制板的各种电缆线， 工作时产生的共模辐射。当传输信号的导体的电位与邻近导体的电位不同时，（特别是电缆与地线及其他导体之间）在两者之间就会产生电流（有形地） ， 即使两者之间没有任何导体连接， 高频电流也会通过寄生电容流动（无形地）， 这种电流称为共模电流， 由这种共模电流产生的辐射称之为共模辐射。
由于共模电压都是设计意图之外的， 因此共模辐射比差模辐射更难预测和抑制。
有些电子干扰、辐射是不可预先知道的， 无形地线上发出的干扰、辐射往往很关键， 但很多设计人员不了解此类问题。
三、印制板设计中的元器件布局
当印制板外形尺寸决定后， 首先应进入关键的元器件布局设计， 它的设计好坏直接影响安全、电磁兼容等四大因素， 往往新设计人员对此无一比较正确的规则， 随自己意愿或某些想法来布局， 结果带来许多不利因素， 有时由于一、二根布线不当， 造成无可挽回而告知失败的结果。下面推荐两种比较理想的PCB 布局方式。
1、星形辐射法
该模式可将重要器件: 高频的晶体、晶振、时钟电路、CPU 等放在中央紧靠电源、地线输出端位置， 其它与它们有关的逻辑相关器件安排在上述器件的周围， 然后再连接其它边缘器件， 整个布局形成由中心向四周辐射状态。
这种布局最大特点: 压缩布局空间， 中心至各引线距离基本相同， 线路阻抗基本一致，关键主要电路布线最短， 环流面积小。
2、电源线、地线印制板插入联接法
此种形式相当普遍， 其布局应在电源地线引入端近处放置高速电路， 重要电路， 然后再布中速、低速电路。
四、印刷电路板（PCB）的设计
PCB是所有精密电路设计中往往容易忽略的一种部件。由于很少把印刷电路板的电特性到电路里去，所以整个效应对电路功能可能是有害的。如果印刷电路板设计得当，它将具有减少骚扰和提高抗扰度的优点。反之，将使印刷电路板发生电磁兼容性问题。
在设计印刷电路板时，设计的目的是控制下述指标：
（1） 来自PCB电路的辐射；（2） PCB电路与设备中的其他电路间的耦合；（3） PCB电路对外部干扰的灵敏度；（4） PCB上各种电路间的耦合。
印刷电路板的制造涉及许多材料和工艺过程，以及各种规范和标准。设计处理准则应符合GB4588. 3-88《印刷电路板设计和使用》。该标准规定了PCB涉及和使用的基本原则、要求和数据等。它对PCB设计和使用起指导作用。其中第6章“印刷电路板的布局设计”方法对电磁兼容性设计有一定的作用，是设计师应当遵守的设计准则。
印制板布线前要正确认识电源、地线干扰及辐射情况是十分重要的， 当电源、地线在瞬态出现增加或减少电流时， 由于有电感和电容的作用， 在电源、地线上出现干扰状况，四层板原则上顶层为信号线层， 第二层为直流地线层， 第三层为直流电源层， 第四层为信号线层。当印制板IC 电路全部为开关电路或全部为模拟电路， 那它们的地线不必隔离分开。有时， 在直流电源层中往往有几种电源， 一般都用空隙隔离方法来分割解决。当印制板中出现有逻辑电路又有模拟电路的情况， 通过分析， 可将逻辑电路地线与模拟电路地线分区隔离(隔离带宽度> 3mm) 单处短接或用磁珠等方法联接取得同电位参照地。
当印制板中的逻辑电路与模拟电路的联线有几十根， 情况非常复杂， 那必须掌握它们各自要有独立的电源、地线区， 又要考虑到有联结关系的IC 回路， 其环流面积最小的原则去设计， 并保证有极低阻抗的地线。
参考文献
[1]杨克俊编著. 电磁兼容原理与设计技术. 人民邮电出版社.
[2]江思敏 ,唐广艺. PCB和电磁兼容设计. 机械工业出版社.
[3]郑军奇. EMC设计与测试案例分析. 电子工业出版社.
[4]吕英华, 于学萍等. 电磁兼容的印制板电路设计. 机械工业出版社.
在电子设备或系统的电磁兼容设计中，最重要的是元器件的选择尤其是有源器件的正确选择和印刷电路板（PCB）的设计。本文从电磁兼容性、可靠性方面出发, 阐明了相关应用理论和强制规定, 提出了PCB 设计过程中选材、布局、主要元器件的选择信号线的布线规则及其相关注意事项。
关键词 共模辐射 差模辐射 表面安装技术 PCB的设计 电磁兼容
一、元器件的选择
电阻、电容、电感， 一般也可选用SMT 的、容量大的电容， 可适情考虑应用其它形式器件。
SMT器件环流面积最小最合适，且集成度高可靠性好， 所以作为首选对象
小结：选用器件不主张功率越大越好， 速度越快越好， 而是推荐只要满足设计功能要求， 采用兼容各指标的设计， 且能降低成本，又能完美达到设计目标， 这种设计组合认为是最佳组合， 当然各种不同类型、等级的机器就有不同的最佳组合。
二、线路板上的电磁骚扰辐射
线路板的辐射主要产生于两个源：一个是PCB走线，另一个是I/O电缆。电缆辐射往往是更主要的辐射源。因为电缆是效率很高的辐射天线。有些电缆尽管传输的信号频率很低，但由于PCB上的高频率信号会耦合到电缆上，也会产生较强的高频辐射。
线路板上的辐射以共模和差模的方式辐射。
差模辐射的抑制
减小差模辐射的方法：（1）降低电路工作频率；（2）减小信号环路的面积；（3）减小信号电流的强度。
高速的处理速度是所有软件工程师所追求的，而高速的处理速度是靠高度的时钟频率来保证的，因此限制系统的工作频率有时是不允许的。这里所说的限制频率指的是减少不必要的高频成分。主要指1/€%itr频率以上的频率。
最现实而有效的方法是控制信号环路的面积。通过减小信号环路面积能够有效减小环路的辐射，下面给出了不同裸机电路为了满足EMI指标要求所允许的环路面积。这是对于10m处，电磁辐射极限值在30~230MHZ之间为30dB€%eV/m，在230~1000MHz之间为37dB€%eV/m的情况下的面积限制。绝不意味着只要电路满足了这个条件PCB就能满足EMI指标要求。因为线路板的辐射不仅有差模辐射，还有共模辐射。而共模辐射往往比差模辐射更强。但如果不满足这些条件，PCB肯定会产生超标电磁辐射。
印制板辐射主要产生于两个源， 一个是由各芯片组成的回路辐射， 即前面已提过的差模辐射。另一个就是印制板的各种电缆线， 工作时产生的共模辐射。当传输信号的导体的电位与邻近导体的电位不同时，（特别是电缆与地线及其他导体之间）在两者之间就会产生电流（有形地） ， 即使两者之间没有任何导体连接， 高频电流也会通过寄生电容流动（无形地）， 这种电流称为共模电流， 由这种共模电流产生的辐射称之为共模辐射。
由于共模电压都是设计意图之外的， 因此共模辐射比差模辐射更难预测和抑制。
有些电子干扰、辐射是不可预先知道的， 无形地线上发出的干扰、辐射往往很关键， 但很多设计人员不了解此类问题。
三、印制板设计中的元器件布局
当印制板外形尺寸决定后， 首先应进入关键的元器件布局设计， 它的设计好坏直接影响安全、电磁兼容等四大因素， 往往新设计人员对此无一比较正确的规则， 随自己意愿或某些想法来布局， 结果带来许多不利因素， 有时由于一、二根布线不当， 造成无可挽回而告知失败的结果。下面推荐两种比较理想的PCB 布局方式。
1、星形辐射法
该模式可将重要器件: 高频的晶体、晶振、时钟电路、CPU 等放在中央紧靠电源、地线输出端位置， 其它与它们有关的逻辑相关器件安排在上述器件的周围， 然后再连接其它边缘器件， 整个布局形成由中心向四周辐射状态。
这种布局最大特点: 压缩布局空间， 中心至各引线距离基本相同， 线路阻抗基本一致，关键主要电路布线最短， 环流面积小。
2、电源线、地线印制板插入联接法
此种形式相当普遍， 其布局应在电源地线引入端近处放置高速电路， 重要电路， 然后再布中速、低速电路。
四、印刷电路板（PCB）的设计
PCB是所有精密电路设计中往往容易忽略的一种部件。由于很少把印刷电路板的电特性到电路里去，所以整个效应对电路功能可能是有害的。如果印刷电路板设计得当，它将具有减少骚扰和提高抗扰度的优点。反之，将使印刷电路板发生电磁兼容性问题。
在设计印刷电路板时，设计的目的是控制下述指标：
（1） 来自PCB电路的辐射；（2） PCB电路与设备中的其他电路间的耦合；（3） PCB电路对外部干扰的灵敏度；（4） PCB上各种电路间的耦合。
印刷电路板的制造涉及许多材料和工艺过程，以及各种规范和标准。设计处理准则应符合GB4588. 3-88《印刷电路板设计和使用》。该标准规定了PCB涉及和使用的基本原则、要求和数据等。它对PCB设计和使用起指导作用。其中第6章“印刷电路板的布局设计”方法对电磁兼容性设计有一定的作用，是设计师应当遵守的设计准则。
印制板布线前要正确认识电源、地线干扰及辐射情况是十分重要的， 当电源、地线在瞬态出现增加或减少电流时， 由于有电感和电容的作用， 在电源、地线上出现干扰状况，四层板原则上顶层为信号线层， 第二层为直流地线层， 第三层为直流电源层， 第四层为信号线层。当印制板IC 电路全部为开关电路或全部为模拟电路， 那它们的地线不必隔离分开。有时， 在直流电源层中往往有几种电源， 一般都用空隙隔离方法来分割解决。当印制板中出现有逻辑电路又有模拟电路的情况， 通过分析， 可将逻辑电路地线与模拟电路地线分区隔离(隔离带宽度> 3mm) 单处短接或用磁珠等方法联接取得同电位参照地。
当印制板中的逻辑电路与模拟电路的联线有几十根， 情况非常复杂， 那必须掌握它们各自要有独立的电源、地线区， 又要考虑到有联结关系的IC 回路， 其环流面积最小的原则去设计， 并保证有极低阻抗的地线。
参考文献
[1]杨克俊编著. 电磁兼容原理与设计技术. 人民邮电出版社.
[2]江思敏 ,唐广艺. PCB和电磁兼容设计. 机械工业出版社.
[3]郑军奇. EMC设计与测试案例分析. 电子工业出版社.
[4]吕英华, 于学萍等. 电磁兼容的印制板电路设计. 机械工业出版社.