EMC的PCB设计技术（提高电路板EMC能力PCB设计）.docx

《EMC的PCB设计技术（提高电路板EMC能力PCB设计）.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《EMC的PCB设计技术（提高电路板EMC能力PCB设计）.docx（26页珍藏版）》请在课桌文档上搜索。

1、除了元器件的选择和电路设计之外，良好的印制电路板（PCB）设计在电磁兼容性中也是一个非常重要的因素。PCBEMC设计的关键，是尽可能减小回流面积，让回流路径按照设计的方向流动。最常见返回电流问题来自于参考平面的裂缝、变换参考平面层、以及流经连接器的信号。跨接电容器或是去耦合电容器可能可以解决一些问题，但是必需要考虑到电容器、过孔、焊盘以及布线的总体阻抗。本讲将从PCB的分层策略、布局技巧和布线规则三个方面，介绍EMC的PCB设计技术。PCB分层策略电路板设计中厚度、过孔制程和电路板的层数不是解决问题的关键，优良的分层堆叠是保证电源汇流排的旁路和去耦、使电源层或接地层上的瞬态电压最小并将信号和电

2、源的电磁场屏蔽起来的关键。从信号走线来看，好的分层策略应该是把所有的信号走线放在一层或若干层，这些层紧挨著电源层或接地层。对於电源，好的分层策略应该是电源层与接地层相邻，且电源层与接地层的距离尽可能小，这就是我们所讲的“分层”策略。下面我们将具体谈谈优良的PCB分层策略。1 .布线层的投影平面应该在其回流平面层区域内。布线层如果不在其回流平面层地投影区域内，在布线时将会有信号线在投影区域外，导致“边缘辐射”问题，并且还会导致信号回路面积地增大，导致差模辐射增大。2 .尽量避免布线层相邻的设置。因为相邻布线层上的平行信号走线会导致信号串扰,所以如果无法避免布线层相邻,应该适当拉大两布线层之间的层

3、间距,缩小布线层与其信号回路之间的层间距。3 .相邻平面层应避免其投影平面重叠。因为投影重叠时，层与层之间的耦合电容会导致各层之间的噪声互相耦合。多层板设计：时钟频率超过5MHz,或信号上升时间小于5ns时，为了使信号回路面积能够得到很好的控制，一般需要使用多层板设计。在设计多层板时应注意如下几点原则：1 .关键布线层（时钟线、总线、接口信号线、射频线、复位信号线、片选信号线以及各种控制信号线等所在层）应与完整地平面相邻，优选两地平面之间，如图1所示。关键信号线一般都是强辐射或极其敏感的信号线，靠近地平面布线能够使其信号回路面积减小，减小其辐射强度或提高抗干扰能力。信号问路）地层）关蛙布线层）

4、地层图1关键布线层在两地平面之间2 .电源平面应相对于其相邻地平面内缩（建议值5H20H）。电源平面相对于其回流地平面内缩可以有效抑制“边缘辐射”问题，如图2所示。图2电源平面应相对于其相邻地平面内缩此外，单板主工作电源平面（使用最广泛的电源平面）应与其地平面紧邻,以有效地减小电源电流的回路面积，如图3所示。图3电源平面应与其地平面紧邻3 .单板ToP、BoTToM层是否无N50MHz的信号线。如有，最好将高频信号走在两个平面层之间，以抑制其对空间的辐射。单层板和双层板设计：对于单层板和双层板的设计，主要应注意关键信号线和电源线的设计。电源走线附近必须有地线与其紧邻、平行走线，以减小电源电流回

5、路面积。单层板的关键信号线两侧应该布“GuideGroundLineL如图4所示。双层板的关键信号线地投影平面上应有大面积铺地，或者同单层板地处理办法，设计“GuideGroundLineZ如图5所示。关键信号线两侧地“保卫地线”一方面可以减小信号回路面积，另外，还可以防止信号线与其他信号线之间地串扰。PCB注：红线为关键信弓线，篮线为地线。图4单层板的关键信号线两侧布“GuideGroundLine”PCB布局技巧PCB布局设计时，应充分遵守沿信号流向直线放置的设计原则，尽量避免来回环绕，如图6所示。这样可以避免信号直接耦合，影响信号质量。此外，为了防止电路之间、电子元器件之间的互相干扰和耦

6、合，电路的放置和元器件的布局应遵从如下原则：推荐分层设计:层数123456789104S1G1P1S26S1G1S2P1G2S36S1G1S2S3P1S48S1G1S2G2P1S3G3S48S1G1S2P1G2S3P2S410S1G1S2P1S3G2P2S4G3S5S1G1S2S3G2P1S4S5G3S6图6电路模块沿信号流向直线放置1 .单板上如果设计了接口“干净地”，则滤波、隔离器件应放置在“干净地”和工作地之间的隔离带上。这样可以避免滤波或隔离器件通过平面层互相耦合，削弱效果。此外，“干净地”上，除了滤波和防护器件之外，不能放置任何其他器件。2 .多种模块电路在同一PCB上放置时，数字电

7、路与模拟电路、高速与低速电路应分开布局，以避免数字电路、模拟电路、高速电路以及低速电路之间的互相干扰。另外，当线路板上同时存在高、中、低速电路时，为了避免高频电路噪声通过接口向外辐射，应该遵从图7中的布局原则。CPL恂 变 乐 器4-图7高、中、低速电路布局原则3.线路板电源输入口的滤波电路应应靠近接口放置，避免已经经过了滤波 的线路被再次耦合。高速电路（如大规模 集成电路）中速电路（如数字控制电路）低速电路 （如低频模 拟电路）图8电源输入口的滤波电路应应靠近接口放置4 .接口电路的滤波、防护以及隔离器件靠近接口放置，如图9所示，可以有效的实现防护、滤波和隔离的效果。如果接口处既有滤波又有防

8、护电路，应该遵从先防护后滤波的原则。因为防护电路是用来进行外来过压和过流抑制的，如果将防护电路放置在滤波电路之后，滤波电路会被过压和过流损坏。此外，由于电路的输入输出走线相互耦合时会削弱滤波、隔离或防护效果，布局时要保证滤波电路（滤波器）、隔离以及防护电路的输入输出线不要相互耦合。图9接口电路的滤波、防护以及隔离器件靠近接口放置5 .敏感电路或器件（如复位电路等）远离单板各边缘特别是单板接口侧边缘至少lOOOmil。6 .存在较大电流变化的单元电路或器件（如电源模块的输入输出端、风扇及继电器）附近应放置储能和高频滤波电容，以减小大电流回路的回路面积。7 .滤波器件需并排放置，以防止滤波后的电路

9、被再次干扰。8 .晶体、晶振、继电器、开关电源等强辐射器件远离单板接口连接器至少100Omilo这样可将干扰直接向外辐射或在外出电缆上耦合出电流来向外辐射。PCB布线规则除了元器件的选择和电路设计之外，良好的印制电路板（PCB）布线在电磁兼容性中也是一个非常重要的因素。既然PCB是系统的固有成分，在PCB布线中增强电磁兼容性不会给产品的最终完成带来附加费用。任何人都应记住一个拙劣的PCB布线能导致更多的电磁兼容问题，而不是消除这些问题，在很多例子中，就算加上滤波器和元器件也不能解决这些问题。到最后，不得不对整个板子重新布线。因此，在开始时养成良好的PCB布线习惯是最省钱的办法。下面将对PCB布

10、线的一些普遍规则和电源线、地线及信号线的设计策略进行介绍，最后，根据这些规则，对空气调节器的典型印制电路板电路提出改进措施。1.布线分离布线分离的作用是将PCB同一层内相邻线路之间的串扰和噪声耦合最小化。3W规范表明所有的信号（时钟，视频，音频，复位等等）都必须象图10所示那样，在线与线，边沿到边沿间予以隔离。为了进一步的减小磁耦合，将基准地布放在关键信号附近以隔离其他信号线上产生的耦合噪声。BadGood设置分流和保护线路是对关键信号，比如对在一个充满噪声的环境中的系统时钟信号进行隔离和保护的非常有效的方法。在图21中，PCB内的并联或者保护线路是沿着关键信号的线路布放。保护线路不仅隔离了由

11、其他信号线上产生的耦合磁通，而且也将关键信号从与其他信号线的耦合中隔离开来。分流线路和保护线路之间的不同之处在于分流线路不必被端接（与地连接），但是保护线路的两端都必须连接到地。为了进一步的减少耦合，多层PCB中的保护线路可以每隔一段就加上到地的通路。Non-CritcalSignalCriticalSignalNon-CntcalordifbrentQl pair signalsIlllW2WW2WWWW图H分流和保护线路3 .电源线设计根据印制线路板电流的大小，尽量加粗电源线宽度，减少环路电阻。同时、使电源线、地线的走向和数据传递的方向一致，这样有助于增强抗噪声能力。在单面板或双面板中，如

12、果电源线走线很长，应每隔300OmiI对地加去耦合电容，电容取值为10uF+1000pFo4 .地线设计地线设计的原则是：(1)数字地与模拟地分开。若线路板上既有逻辑电路又有线性电路，应使它们尽量分开。低频电路的地应尽量采用单点并联接地，实际布线有困难时可部分串联后再并联接地。高频电路宜采用多点串联接地，地线应短而相，高频元件周围尽量用栅格状大面积地箔。(2)接地线应尽量加粗。若接地线用很纫的线条，则接地电位随电流的变化而变化，使抗噪性能降低。因此应将接地线加粗，使它能通过三倍于印制板上的允许电流。如有可能，接地线应在23mm以上。(3)接地线构成闭环路。只由数字电路组成的印制板，其接地电路布

13、成团环路大多能提高抗噪声能力。5.信号线设计对于关键信号线，如果单板有内部信号走线层，则时钟等关键信号线布在内层，优先考虑优选布线层。另外，关键信号线一定不能跨分割区走线，包括过孔、焊盘导致的参考平面间隙，否则会导致信号回路面积的增大。而且关键信号线应距参考平面边沿N3H(H为线距离参考平面的高度)，以抑制边缘辐射效应。对于时钟线、总线、射频线等强辐射信号线和复位信号线、片选信号线、系统控制信号等敏感信号线，应远离接口外出信号线。从而避免强辐射信号线上的干扰耦合到外出信号线上，向外辐射；也避免接口外出信号线带进来的外来干扰耦合到敏感信号线上，导致系统误操作。对于差分信号线应同层、等长、并行走线

14、，保持阻抗一致，差分线间无其它走线。因为保证差分线对的共模阻抗相等，可以提高其抗干扰能力。根据以上布线规则，对空气调节器的典型印制电路板电路进行改进优化，如图12所示。driverend图12改进空气调节器的典型印制电路板电路总体来说，PCB设计对EMC的改善是：在布线之前，先研究好回流路径的设计方案，就有最好的成功机会，可以达成降低EMl辐射的目标。而且在还没有动手实际布线之前，变更布线层等都不必花费任何钱，是改善EMC最便宜的做法。AJ 001Fand4XpF cloD ICCnedXY6 5V3JGMKChn tbW)12V 9ndGN(*6Blte5V33y McEnUffli 5Vn

15、cd c(rr a5vatccaspoubb&iDgeOIIO !AcelndcOmect GHD MCDSB SpCSSitMEnlGHD MceaitioMCUVSS pht and WO 09Fcapdc toe bvn MCUV8 S VSS从分层策略详解EMC的PCB设计技术PCBEMC设计的关键，是尽可能减小回流面积，让回流路径按照设计的方向流动。最常见返回电流问题来自于参考平面的裂缝、变换参考平面层、以及流经连接器的信号。跨接电考器或是去耦合电容器可能可以解决一些问题，但是必需要考虑到电容器、过孔、焊盘以及布线的总体阻抗。PCB分层策略优良的分层堆叠是保证电源汇流排的旁路和去耦、

16、使电源层或接地层上的瞬态电压最小并将信号和电源的电磁场屏蔽起来的关键。从信号走线来看，好的分层策略应该是把所有的信号走线放在一层或若干层，这些层紧挨著电源层或接地层。对于电源，好的分层策略应该是电源层与接地层相邻，且电源层与接地层的距离尽可能小。下面我们将具体谈谈优良的PCB分层策略。1、布线层的投影平面应该在其回流平面层区域内。布线层如果不在其回流平面层地投影区域内，在布线时将会有信号线在投影区域外，导致“边缘辐射”问题，并且还会导致信号回路面积地增大，导致差模辐射增大。2、尽量避免布线层相邻的设置。因为相邻布线层上的平行信号走线会导致信号串扰,所以如果无法避免布线层相邻,应该适当拉大两布线

17、层之间的层间距,缩小布线层与其信号回路之间的层间距。3、相邻平面层应避免其投影平面重叠。因为投影重叠时，层与层之间的耦合电容会导致各层之间的噪声互相耦合。多层板设计时钟频率超过5MHz,或信号上升时间小于5ns时，为了使信号回路面积能够得到很好的控制，一般需要使用多层板设计。在设计多层板时应注意如下几点原则：1、关键布线层（时钟线、总线、接口信号线、射频线、复位信号线、片选信号线以及各种控制信号线等所在层）应与完整地平面相邻，优选两地平面之间，如图1所示。信号网路IyT；-J地层IE=X关键布线层一）地层关键信号线一般都是强辐射或极其敏感的信号线，靠近地平面布线能够使其信号回路面积减小，减小其

18、辐射强度或提高抗干扰能力。2、电源平面应相对于其相邻地平面内缩（建议值5H20H）。电源平面相对于其回流地平面内缩可以有效抑制“边缘辐射”问题，如图2所示。I电源层面=三n-此外，单板主工作电源平面（使用最广泛的电源平面）应与其地平面紧邻,以有效地减小电源电流的回路面积，如图3所示。3、单板TOP、BOTTOM层是否无50MHz的信号线。如有，最好将高频信号走在两个平面层之间，以抑制其对空间的辐射。单层板和双层板设计对于单层板和双层板的设计，主要应注意关键信号线和电源线的设计。电源走线附近必须有地线与其紧邻、平行走线，以减小电源电流回路面积。单层板的关键信号线两侧应该布“GuideGround

19、Line”，如图4所示。注:红线为关键值号线,IK线为地线C双层板的关键信号线地投影平面上应有大面积铺地，或者同单层板地处理办法，设计“GuideGroundLine”,如图5所示。关键信号线两侧地“保卫地线”一方面可以减小信号回路面积，另外，还可以防止信号线与其他信号线之间地串扰。从布线规则详解EMC的PCB设计技术良好的印制电路板(PCB)布线在电磁兼容性中也是一个非常重要的因素。下面将对PCB布线的些普遍规则和电源线、地线及信号线的设计策略进行介绍，最后，根据这些规则，对空气调节器的典型印制电路板电路提出改进措施。1布线分离布线分离的作用是将PCB同一层内相邻线路之间的串扰和噪声耦合最小

20、化。3W规范表明所有的信号(时钟，视频，音频，复位等等)都必须如图所示那样，在线与线，边沿到边沿间予以隔离。为了进一步的减小磁耦合，将基准地布放在关键信号附近以隔离其他信号线上产生的耦合噪声。Bad2保护与分流线路设置分流和保护线路是对关键信号，比如对在一个充满噪声的环境中的系统时钟信号进行隔离和保护的非常有效的方法。在图中，PCB内的并联或者保护线路是沿着关键信号的线路布放。保护线路不仅隔离了由其他信号线上产生的耦合磁通，而且也将关键信号从与其他信号线的耦合中隔离开来。分流线路和保护线路之间的不同之处在于分流线路不必被端接(与地连接),但是保护线路的两端都必须连接到地。为了进一步的减少耦合，

21、多层PCB中的保护线路可以每隔一段就加上到地的通路。Non-criticalCnticaiNon-criticalorSignalSignaldiferdntolpairsignalsIlll3电源线设计根据印制线路板电流的大小，尽量加粗电源线宽度，减少环路电阻。同时、使电源线、地线的走向和数据传递的方向一致，这样有助于增强抗噪声能力。在单面板或双面板中，如果电源线走线很长，应每隔3000mil对地加去耦合电容，电容取值为IOuF+1OOOpFc4地线设计(1)数字地与模拟地分开。若线路板上既有逻辑电路又有线性电路，应使它们尽量分开。低频电路的地应尽量采用单点并联接地，实际布线有困难时可部分串

22、联后再并联接地。高频电路宜采用多点串联接地，地线应短而粗，高频元件周围尽量用栅格状大面积地箔。(2)接地线应尽量加粗。若接地线用很韧的线条，则接地电位随电流的变化而变化，使抗噪性能降低。因此应将接地线加粗，使它能通过三倍于印制板上的允许电流。如有可能，接地线应在23mm以上。(3)接地线构成闭环路。只由数字电路组成的印制板，其接地电路布成团环路大多能提高抗噪声能力。5信号线设计对于关键信号线，如果单板有内部信号走线层，则时钟等关键信号线布在内层，优先考虑优选布线层。另外，关键信号线一定不能跨分割区走线，包括过孔、焊盘导致的参考平面间隙，否则会导致信号回路面积的增大。而且关键信号线应距参考平面边

23、沿N3H（H为线距离参考平面的高度），以抑制边缘辐射效应。对于时钟线、总线、射频线等强辐射信号线和复位信号线、片选信号线、系统控制信号等敏感信号线，应远离接口外出信号线。从而避免强辐射信号线上的干扰耦合到外出信号线上，向外辐射；也避免接口外出信号线带进来的外来干扰耦合到敏感信号线上，导致系统误操作。对于差分信号线应同层、等长、并行走线，保持阻抗一致，差分线间无其它走线。因为保证差分线对的共模阻抗相等，可以提高其抗干扰能力。根据以上布线规则，对空气调节器的典型印制电路板电路进行改进优化，如图所示。附参考：提高电路板EMC能力PCB设计和布线方法本文给出了对于电机控制功率电路在PCB布线方面需要考

24、虑的因素，特别是针对于如何提高电路的电磁兼容性，本文给出了从电路板的选择，地线铺设等方面的考虑。最后通过实际案例展示这些方法的应用。OO前言在每年的全国大学生智能车竞赛中1,都会有很多的同学碰到车模车轮在PVC跑道上摩擦产生静电的干扰。比如使用防静电胶带对车轮缠绕，减少静电对电磁检测电路的影响。提问1：我们的三轮车跑起来电感值莫名其妙地跳变，而且跳变得还挺厉害。这是在无电磁线推下车，电感值的波形。然后在轮胎上裹了一层防静电胶带，跳变现象就没有了，帮我们分析分析吧。图1车轮胎上捆绑防静电胶带图2静电放电对于电磁检测电路输出信号的干扰在电机控制应用中的电磁兼容性设计与测试标准介绍了EMCdeSig

25、ngUideSfOrmOtorCOntrOlaPPliCatiOnS4中的前半部分，关于电机控制电路中的EMC防范标准和测试方法。由于篇幅将该文档的后半部分,也就是具体PCB布线考虑细节内容省略了。下面将该文档的后半部分摘录。OlPCB设计与布线为了使得电机控制电路满足电磁兼容性(EMC)标准，EMC要求应该作为产品定义的一部分，并随之将目标在电路设计，器件选择以及PCB布线过程中关注电磁干扰辐射以及降低电路对电磁干扰的敏感性。下图显示了高度集成电机控制设计电路的一般电路结构。这里，可以看到它包含有各种功能模块。需要考虑其中哪些功能可能产生电磁辐射，或者对于电磁干扰敏感，以及它们之间可能存在的

26、耦合路径。图1.1三相感应电机逆变电路LlEMC总览下图给出一个简单产生电磁干扰的组成部分: 电磁干扰源；电磁耦合路径电磁干扰影响器件或接受器件；BSIEoOlallMaOCONTItOUf*Radiative图1.1.1电磁干扰模型电磁干扰源包括微控制器，电荷放电器件，发送器，功率瞬变器件比如电磁继电器，电源开关以及闪电等。在微控制器系统中，时钟电路通常会产生宽带噪声。尽管所有的电子线路都可能会接收电磁干扰信号，但最敏感电路信号包括：复位、中断、故障检测、保护以及控制信号线。模拟放大器，控制电路以及电源稳压电路等也容易受到噪声的干扰。在干扰源和接收电路中间的耦合路径包括：传导：在干扰源和接收

27、电路之间的耦合路径就是直接的接触，比如引线、电缆或者路径连接；电容：在两个接近的导体或者引线之间存在各种电场，当间距小于电磁波波长会在空隙之间引起电压的变化；电感或者磁场：在两个平行导体或者引线之间存在磁场，当间距小于电磁波波长的时候会在接收导体上引起电压的变化；电磁辐射：当干扰源与接收电路之间的距离比较远，大于电磁波波长，发射与接收之间相当于无线电天线，电磁干扰从干扰源发送，辐射出的电磁波在空气中传播电机控制电路中的开关电源通常是电磁干扰的主要来源。电路中的方波脉冲形成快速变化的大电流、电压，具有很高的。波形具有很强的非线性，存在高次谐波。由于存在这么多的频率分量，通常都是噪声信号，他们比较

28、容易通过传导或者无线电波辐射干扰到电机控制电路的其它电路，使得它们产生故障。设计人员通常使用阻尼电路或者软开关技术来极大降低开关电源中的电磁干扰。令人惊奇的是，由于现在的功率晶体管通常具有比应用需求更高的开关频率，一些特定电路部分可能不经意间将噪声以及谐波分量进行放大，这样会使得电磁干扰问题复杂化。这些高频干扰信号有可能达到无线电波发射的频段，所以有时也被称为射频干扰（RFI）。逆变以及驱动电路具有产生电磁干扰的能力，电路设计者需特别关注功率晶体管器件的打开和截止特性，尽可能降低这些电路的电磁干扰信号的产生。如果使用分离的IGBT,或者MOSFET器件，设计人员可以灵活使用门极串联电阻来控制功

29、率管的开关特性，在功耗损失与电磁干扰之间进行折中。如果使用IPM（智能功率模块），内部集成有驱动电路，其中的参数已经在功耗损失与电磁干扰之间进行了优化。在电机控制电路设计中，还包括有控制以及传感器功能，他们通常容易受到电磁干扰的影响，可以通过旁路、滤波以及缓冲等主要手段来避免他们失效。一旦确认了电磁干扰源以及有干扰电路，那么在电路性能以及费用约束条件下对电路拓扑结构进行优化。一旦最初电路设计和原理图定型之后，精力需要集中在电磁兼容性和控制的核心部位：也就是PCB布线。这个阶段可以考虑通过分割策略，考虑不同三维结构的器件布局和布线如何影响最终产品的电磁干扰性能。很多电磁兼容性问题的麻烦通常都是在

30、电路分割和布线过程中被发现和解决的。解决电磁兼容性要求的主要步骤阶段：1 .电路定义阶段：定义设计所需要遵守的电磁兼容性标准；2 .电路设计阶段：在原理图实现过程中，工程师需要：确定电路中可能形成电磁干扰源的电路和器件；确定电路中容易对电磁干扰敏感的电路和器件；确定出在干扰源与接收干扰电路之间可能存在的连通和无线电传递途径。3 .设计出合适的电路分割策略，可以进行高效电路连接和规划。4 .2电路分割策略对于电磁干扰影响重要的PCB布线结构和布局关键因素包括：1 .PCB：确定PCB种类，包括尺寸和层数，通常由费用决定；2 .地线：确定电路地线结构，它直接影响PCB种类的选择；3 .信号：确定控

31、制、功率和地线信号的种类，这由所需要的电机控制功能来决定；4 .耦合路径：确定在功能模块之间的信号交换最佳手段，对大型器件确定是采用表面封装还是穿孔引脚封装。5 .器件走向和摆放：寿命考虑大型器件，或者需要安装散热片的器件，他们往往对于安放位置有要求，需要进行特殊处理。6 .屏蔽：对于电磁干扰的其它方法最终无法满足你的电磁兼容性要求和限制，考虑如何对PCB增加屏蔽罩。7 .3电路分割经过周密规划之后，需要对电路进行按部就班（遵照逻辑）进行实际分割。下图中的电路分割模型，是经过考虑到所有主要EMI的问题之后的结果，总体上来看它显示了：电路功能是如何分成不同模块；不同模块如何布局；以及模块间如何通

32、过底线进行分割；图1.3.1电路分割一种方案另外，为了高效进行PCB规划和布线，采用图形工具来进行。在每一个电路功能模块中，电磁干扰源可以通过原理图来找到。由于底线布局对于满足电磁干扰兼容性非常重要，所以不同模块通过底线清晰的分割开来。当然这仅仅是模块和地线布局的理想模型，在设计的时候需要尽可能多的靠近这样的布局。到此为止，我们采用从上到下设计策略来满足电磁兼容性要求，这样做的好处是可以确定影响全局的电磁干扰源，采用电路分割策略从而为减少电磁干扰布局奠定良好的基础。1.4 布线与电磁干扰：PCB选择和布线规范下面，我们开始讨论自下而上的方法来达到电磁兼容性要求，其中包括有智能布线，电磁发射元的

33、布局以及他们相互之间的连接和影响。1.5 .IPCB既然电路最终通过PCB来设计和实现,所以我们需要考虑PCB的选择方案,能够比较好地解决电磁干扰问题。与电磁波长相当的导体会对电磁干扰敏感，也会成为电磁干扰信号的发射源，所以在设计的时候需要选择PCB基板材料具有最低的介电系数。FR4通常用于低频电路设计中，由于采用了环氧树脂作为绝缘层，所以它的介电常数达到了4。PCB基本的厚度也很重要，因为它决定了不同铺设层之间的耦合程度。导线的宽度与电路板的厚度的比值决定了两层导线之间的耦合程度，这也对控制电磁干扰十分重要。PCB的可用布线的层数是影响特定设计中的电磁兼容特性的重要因素。之所以重要，是因为它

34、限制了底线铺设的方式，也确定了总的电磁干扰行为。通过铺设地层，使得器件接地比较容易，通过地线屏蔽作用是控制电磁干扰的关键。下图中显示了单面板的结构，所有的电源线、控制线以及地线都需要在PCB单面来完成。这使得布线和控制电磁兼容性问题变得复杂起来。在同一层电路之间可能会产生相互的干扰。器件接地也变得不容易。采用单面PCB时，电路板的四周需要尽可能用于铺设地线，对于电路中没有引线的部分，也需要铺铜并连接到地线。对于没有连接到地线的铺铜需要去除。采用单面板在设计可靠的电磁兼容性时缺少灵活的手段。图1.4.2单面板中的铺铜采用双面板来设计电路时，则可以将其中一面单独用于地线，降低布线的复杂度。相对于单

35、面板来说费用也仅仅高一点。但在电源和控制模块之间的干扰还是存在，因此将电路中的电磁干扰源与其他电路分开比较关键。图1.4.3双面板结构图1.4.4具有通孔来焊接带有管脚的器件四层板往往费用比较高，但可以利用独立的电源层来达到好的自屏蔽效果。也能够在电路板双面放置元器件。在下面两种四层板布局中，左边方法将电源层设置在电路板内部,散热受限,也会对底部信号层产生影响。位于上下两层的信号线对于外部电磁干扰源也会敏感。右边测量则是将地线层放在最外边，有着强的抗击外部干扰源的作用，但内部电路之间会有很大的自干扰。-signal|ground_ground_siiaVpowerpowrMipower-sig

36、nalI1ground图1.4.5两种四层板布局1.4.2地线好的地线策略会解决干扰源以及敏感电路的问题。首先需要考虑PCB中的对所有信号的参考地线的防止，通常是PCB上的物理点，有时PCB放置在机架或者金属外壳内，电路板上的这一点也会与机架或者金属外壳相连。接下来需要尽可能保证电路地线到这一点的路径最短，通常需要在考虑到可用面积进行权衡：单面板中由于没有专用底层，所以地线结构考虑困难；两层板可以设置一层作为独立的地线层，电源线和信号线都用剩下的一层；具有两层以上的电路板则在地线放置的时候具有更多的灵活性，对于提高电磁干扰的能力也非常大。If components are necessary

37、on both sides of the PCB. locate inside via perimeter, keeping POWer components opposite power and signal components opposite signal Remove ground only where necessary to introduce soldering pad3Suppy decoupling shall g referred to this part of the ground planeTinned edge Layer 1 - groundLay 2 - pow

38、erLayr 3 - signal Layer 4 ground and I or signal(AM dimensions are in mm)0 75 max1 6 nominalAll no-ground layers shall be rocficod min 1 6 away from board edges图1.4.6多层电路板PCB布局(1)降低地线阻抗Notrecommended图1.4.7降低地线环路长度IMPROVED图1.4.8改进后的电路布局RECOMMENDEDPoWW SOU FTIlUenm tSECXMUa.UNGTH FROM LOADS TO GAOUfVD

39、 STmJCTUM ISMWMlZfOWIDTH OF TWACXS FROM LOADS TO 80UflO 6 MAXIMtZfOSTRUCWRf AS PCnSlelE图1.4.9推荐的电路布局(2)地线结构图1.4.10通过过孔接地的THtSVIAISCONNECTEDDlRECTIYTOTHEPC8GROUNDSTRUCTURE.ITISOCSIReDFOftTHISNOOeTOCONNeCTTOGroundwiththeSHORTESTLENGTHPOSSIBLE.OTHCRTRACESINTERFEREWTTHTHESHORTESTROU1ETOTHCGROUNDV)AAMUCH

40、LONGERPATHHASB6NCHOSENBYTHEAutoaoutimgTOoLPRIORITYHASBEENGIVENTOROUTINGTHECRITICALGROUNOPATHBYRE-ROUTINGLESSCRITICALCONNECTIONS.THEIMPROVEDLAYOUTHASRCOUCCDTHECRfTICAtPATHLENGTHTogroundviabyMORETHAN50图1.4.11改进后的地线环路(3)电路连接图1.4.12地线集结方式图1.4.13对于三相电源系统的布局1.5PCB布线技巧undertheIC,connectedtogroundplane图1.5.

41、1铺铜电路需要连接地线图1.5.2电源线和地线布局1.6案例举例1.6.1案例1图1.6.1案例1：电路板图1.6.2改进后的PCB1.6.2案例2图1.6.4案例2：改进后电路1.6.3案例31.6.4案例4图1.6.6案例4：PCB1.6.5案例5图1.6.7案例5：PCB1.6.6案例67cmSignal lines、 (logic and analog) kept far from switching lines (OuTXI.ron.,.,Fixed potential tracksBOTTOM LAYER(e.g.GND.HV)shieldPQWER&4Csignallinesfromelectricalnoiseduetoswitchinglines(OUTx)图1.6.8案例6：PCB布线总结本文给出了对于电机控制功率电路在PCB布线方面需要考虑的因素，特别是针对于如何提高电路的电磁兼容性，本文给出了从电路板的选择，地线铺设等方面的考虑。最后通过实际案例展示这些方法的应用。参考资料全国大学生智能车竞赛中2脚气引起的牙周炎3电机控制应用中的电磁兼容性设计与测试标准4EMCdesignguidesformotorcontrolapplications: