多层印制板设计要决定选用的多层印制板的层数。多层印制板的层间安排随着电路而变，但应有以下共同原则：

（1）电源平面应靠近接地平面,并且安排在接地平面之下。

这样可以利用两金属平板间的电容作电源的平滑电容,同时接地平面还对电源平面上分布的辐射电流起到屏蔽作用。

（2）布线层应安排与整块金属平面相邻。这样的安排是为了产生通量对消作用。

布线层安排

A.PCB由电源层,接地层和信号层组成.合理选择层数,能减小PCB尺寸,能充分利用中间层设置屏蔽,实现就近接地,有效降低寄生电感,缩短信号传输长度,大幅降低信号交叉干扰等.四层板比双面板的骚扰发射低20dB.当然,层数越多,制造工艺越复杂,成本也越高.

B.S--布线层,必须与接地层或电源层相邻;G—接地层 P—电源层

G,P两者必须相邻,否则S间存在串扰,GP间存在最大环流,多电源供电时,各P之间由G隔开,以免P间AC耦合.

C.决定层数的因素:功能要求,信号分类隔离要求,阻抗控制要求,元器件密度,布线条数,振铃限制等. 

(3)把数字电路和模拟电路分开,有条件时将数字电路和模拟电路安排在不同层内。如果一定要安排在同层,可采用开沟、加接地线条、分隔等方法补救。模拟的和数字的地、电源都要分开,不能混用。

数字信号有很宽的频谱,是产生骚扰的主要来源。

(4)在中间层的印制线条形成带状线,在表面层形成微带线,两者传输特性不同。

(5)时钟电路和高频电路是主要的骚扰和辐射源,一定要单独安排、远离敏感电路。

(6)不同层所含的杂散电流和高频辐射电流不同,布线时,不能同等看待。

多层印制板设计中有两个基本原则用来确定印制线条间距和边距20-H原则 所有的具有一定电压的印制板都会向空间辐射电磁能量,为减小这个效应,线路面的物理尺寸都应该比最靠近的接地板的物理尺寸小20H,其中H是两层印制板的问距。

当尺寸小至10H时,辐射强度开始下降,

当尺寸小至20H时,辐射强度下降70%。

根据20-H原则,按照一般典型印制板尺寸,20H一般为3mm左右。

旁路电容与去耦电容的设计

   设计印制板时经常要在电路上加电容器来满足数字电路工作时要求的电源平稳和洁净度。电路中的电容可分为去耦电容、旁路电容和容纳电容三类。

去耦电容用来滤除高速器件在电源板上引起的骚扰电流，为器件提供一个局域化的直流，还能减低印制电路中的电流冲击的峰值。

旁路电容能消除印制板上的高频辐射噪声,又称为整体去耦电容.一般为去耦电容量的10倍以上.电解电容则配合去耦电容滤除△I噪声。

时钟电路的电磁兼容设计

   时钟电路在数字电路中占有重要地位。同时时钟电路也是产生电磁辐射的主要来源。一个具有2ns上升沿的时钟信号辐射能量的频谱可达160MHz,其可能辐射带宽可达十倍频,即能达到1.6GHz。因此,设计好时钟电路是保证达到整机辐射指标的关键。

时钟电路设计主要的问题有如下两个方面。

1.减小时钟环路面积；

2.传输延迟和阻抗匹配；其相关计算公式如下：

由于集成电路技术的飞速发展,其速度,规模和功能不断扩大.随着主频的提高,布线密度的增加以及大量数模混合电路的应用,对以时钟为代表的高速电路设计的要求越来越高.而且,它还是主要的骚扰源.因此,做好时钟电路设计,是保证产品通过EMC试验的关键

A.减小时钟环路面积,可减小差模和共模辐射,并减小感应耦合和串扰

B.PCB或MCM中的传输线类型:

传输线包括信号路径和返回路径

A.微带线:PCB外层的走线,只有一根带状导线和一个参考面.类型:埋式或非埋式如果线的厚度,宽度,介质的介电常数以及与参考面之间的距离是可控的,则它的特性阻抗也是可控的.

B.带状线:介于两个参考面之间的内层走线. 类型:埋式或非埋式如果线的厚度,宽度,介质的介电常数以及与参考面之间的距离是可控的,则它的特性阻抗也是可控的.此外还有同轴线(Zc=50Ω,75Ω)和双绞线(Zc=110Ω)

线路阻抗用  时域反射计(TDR)测试

对于目前《物联网与智能设备：EMI的分析与设计技巧》，阿杜老师推荐的高速时钟的减小时钟骚扰的方法：采用扩谱时钟技术！

作者：杜佐兵