基于多層PCB板設(shè)計(jì)的電磁兼容（EMC）考量與應(yīng)用

2. 2　20 - H規(guī)則及3 -W法則

在多層PCB板電磁兼容性設(shè)計(jì)中，確定多層板電源層與邊沿的距離和解決印制條間的距離有兩個(gè)基本原則： 20 - H規(guī)則及3 - W法則 。

20 - H原則：由于磁通之間的連接， RF電流通常存在于電源平面的邊緣，這種層間的耦合稱(chēng)為邊緣效應(yīng)，當(dāng)使用高速的數(shù)字邏輯和時(shí)鐘信號(hào)時(shí)，電源平面間會(huì)互相耦合RF電流，如圖1所示。 為減小這種效應(yīng)，電源平面的物理尺寸都應(yīng)該比最靠近地平面的物理尺寸至少小20H (H為電源平面和地平面之間的距離) ，電源的邊緣效應(yīng)通常發(fā)生在10H左右， 20H時(shí)約10%的磁通被阻斷，如果想達(dá)到98%磁通被阻斷的話(huà)，則需要100%的邊界值，如圖1所示。 20 - H規(guī)則決定了電源平面和最近的接地平面間的物理距離，這個(gè)距離包括敷銅厚度、預(yù)填充和絕緣分離層。 使用20 - H可以提高PCB自身的諧振頻率。

3 - W法則：當(dāng)兩條印制線(xiàn)間距較小時(shí)，兩條線(xiàn)之間會(huì)發(fā)生電磁串?dāng)_，這會(huì)使有關(guān)電路功能失常，為避免這種干擾，應(yīng)保持任何線(xiàn)條間距不小于3倍印制線(xiàn)條寬度，即不小于3W (W為印制線(xiàn)條寬度)。 印制線(xiàn)條寬度取決于線(xiàn)條阻抗的要求，太寬會(huì)影響布線(xiàn)密度，太窄會(huì)影響傳輸?shù)浇K端的信號(hào)完整性和強(qiáng)度。 時(shí)鐘電路、差分對(duì)、I/O端口的布線(xiàn)都是3 - W原則的基本應(yīng)用對(duì)象。 3 - W原則只是表示了串?dāng)_能量衰減70%的電磁通量線(xiàn)邊界，若要求更高，如保證串?dāng)_能量衰減98%的電磁通量邊界線(xiàn)就必須采用10W間隔。2. 3　地線(xiàn)的布置

首先，要建立分布參數(shù)的概念，高于一定頻率時(shí)， 任何金屬導(dǎo)線(xiàn)都要看成是由電阻、電感構(gòu)成的器件。所以接地引線(xiàn)具有一定阻抗并且構(gòu)成電氣回路，不管是單點(diǎn)接地還是多點(diǎn)接地， 都必須構(gòu)成低阻抗回路進(jìn)入真正的地或機(jī)架。 25mm 長(zhǎng)的典型印制線(xiàn)大約會(huì)表現(xiàn)15～ 20nH電感，加上分布電容的存在，就會(huì)在接地板和設(shè)備機(jī)架之間構(gòu)成諧振電路。 其次， 接地電流流經(jīng)接地線(xiàn)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生傳輸線(xiàn)效應(yīng)和天線(xiàn)效應(yīng)。 當(dāng)線(xiàn)條長(zhǎng)度為1 /4波長(zhǎng)時(shí)，表現(xiàn)出很高的阻抗，接地線(xiàn)實(shí)際上是開(kāi)路的， 接地線(xiàn)反而成為向外輻射的天線(xiàn)。 最后，接地板上充滿(mǎn)高頻電流和騷擾形成的渦流，因此，在接地點(diǎn)之間構(gòu)成許多回路，這些回路的直徑(或接地點(diǎn)間距) 應(yīng)小于最高頻率波長(zhǎng)的1 /20. 選擇恰當(dāng)?shù)钠骷窃O(shè)計(jì)成功的重要因素，特別是在選擇邏輯器件時(shí)，盡量選擇上升時(shí)間比5ns長(zhǎng)的， 決不要選比電路要求時(shí)序快的邏輯器件。

2. 4　電源線(xiàn)的布置

對(duì)于多層板， 采用電源層- 地層結(jié)構(gòu)供電，這種結(jié)構(gòu)的特性阻抗比軌線(xiàn)對(duì)小得多，可以做到小于1Ω。 這種結(jié)構(gòu)具有一定的電容，不必在每個(gè)集成芯片旁加高頻去耦電容。 即使層電容容量不夠，需要外加去耦電容時(shí)，也不要加在集成芯片旁邊，可加在印制板的任何地方。 集成芯片的電源腳和地腳可以通過(guò)金屬化通孔直接與電源層和地層連接， 所以供電環(huán)路總是最小的。 由于“電流總是走阻抗最小途徑”原則， 地層上的高頻回流總是緊貼在軌線(xiàn)下面走， 除非有地層隔縫阻擋， 因此信號(hào)環(huán)路也總是最小的。 可見(jiàn)電源層- 地層結(jié)構(gòu)與軌線(xiàn)對(duì)供電相比較， 具有布置簡(jiǎn)單靈活、電磁兼容性好等優(yōu)點(diǎn)。

3　結(jié)束語(yǔ)

總之，在多層PCB設(shè)計(jì)中，元器件要分組放置， 以防止產(chǎn)生組間干擾; 高速電路位置要安排恰當(dāng)， 以免通過(guò)電場(chǎng)耦合或磁場(chǎng)耦合干擾其他電路; 根據(jù)情況分別設(shè)置地線(xiàn)， 以防止共地線(xiàn)阻抗耦合干擾; 供電環(huán)路面積應(yīng)該減小到最低程度， 且不同電源的供電環(huán)路不要重疊， 以避免產(chǎn)生磁場(chǎng)耦合;不相容的信號(hào)線(xiàn)要相互隔離， 以免產(chǎn)生耦合干擾; 還應(yīng)減小信號(hào)環(huán)路面積， 以降低環(huán)路輻射和共模輻射.