吉迷哥教你设计符合EMC要求的PCB

jimmy

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前言

; v5 P1 u8 F2 e  尽管电磁兼容(EMC)技术是一项实践性很强的技术，知识和实力要在实践中逐渐积累和培养，但系统地学习一些知识将使你在实践中思考问题思路更清晰，处理问题更具有灵感。国外有关电磁兼容方面的书籍很多，这些书各有特色，广泛阅读这些书籍无疑能极大地丰富电磁兼容方面的知识，培养综合运用知识的能力。
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   为了帮助EDA365论坛工程师们尽快提高电磁兼容的PCB设计水平，我愿意以连载的形式将EMC PCB设计经验介绍给读者，尽量每周出一次，让大家通过日积月累获得丰富而系统的PCB设计知识。由于本人工作繁忙以及水平有限，如有错误之处，敬请批评指正。
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   赠人玫瑰，手有余香！希望我的努力能够抛砖引玉！
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   不定期发布EMC PCB设计心得，欢迎跟贴交流！
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jimmy

十大不变的EMC PCB设计黄金法则

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    本文以下内容介绍了电子设计工程师在使用设计软件进行PCB布局设计及商业制造时应牢记并践行的十条最有效的EMC设计法则。

工程师无需按时间先后或相对重要性依次执行这些法则，只需全部遵循便可极大地改变产品设计。

　　法则一：选择正确的网格 - 设置并始终使用能够匹配最多元件的网格间距。虽然多重网格看似效用显着，但工程师若在PCB布局设计初期能够多思考一些，便能够避免间隔设置时遇到难题并可最大限度地应用电路板。由于许多器件都采用多种封装尺寸，工程师应使用最利于自身设计的产品。此外，多边形对于电路板敷铜至关重要，多重网格电路板在进行多边形敷铜时一般会产生多边形填充偏差，虽然不如基于单个网格那么标准，但却可提供超越所需的电路板使用寿命。

　　法则二：保持路径最短最直接。这一点听起来简单寻常，但应在每个阶段，即便意味着要改动电路板布局以优化布线长度，都应时刻牢记。这一点还尤其适用于系统性能总是部分受限于阻抗及寄生效应的模拟及高速数字电路。

　　法则三：尽可能利用电源层管理电源线和地线的分布。电源层敷铜对大多数PCB设计软件来说是较快也较简单的一种选择。通过将大量导线进行共用连接，可保证提供最高效率且具最小阻抗或压降的电流，同时提供充足的接地回流路径。 可能的话，还可在电路板同一区域内运行多条供电线路，确认接地层是否覆盖了PCB某一层的大部分层面，这样有利于相邻层上运行线路之间的相互作用。

　　法则四： 将相关元件与所需的测试点一起进行分组。例如：将OpAmp运算放大器所需的分立元件放置在离器件较近的部位以便旁路电容及电阻能够与其同地协作，从而帮助优化法则二中提及的布线长度，同时还使测试及故障检测变得更加简便。

　　法则五：将所需的电路板在另一个更大的电路板上重复复制多次进行PCB拼版。选择最适合制造商所使用设备的尺寸有利于降低原型设计及制造成本。首先在面板上进行电路板布局，联系电路板制造商获取他们每个面板的首选尺寸规格，然后修改你的设计规格，并尽力在这些面板尺寸内多次重复进行你的设计。

　　法则六：整合元件值。作为设计师，你会选择一些元件值或高或低，但效能一样的分立元件。通过在较小的标准值范围内进行整合，可简化物料清单，并可能降低成本。如果你拥有基于首选器件值的一系列PCB产品，那么从更长远角度来说，也更利于你做出正确的库存管理决策。

　　法则七： 尽可能多地执行设计规则检查（DRC）。尽管在PCB软件上运行DRC功能只需花费很短时间，但在更复杂的设计环境中，只要你在设计过程中始终执行检查便可节省大量时间，这是一个值得保持的好习惯。每个布线决定都很关键，通过执行DRC可随时提示你那些最重要的布线。

　　法则八：灵活使用丝网印刷。丝网印刷可用于标注各种有用信息，以便电路板制造者、服务或测试工程师、安装人员或设备调试人员将来使用。不仅标示清晰的功能和测试点标签，还要尽可能标示元件和连接器的方向，即使是将这些注释印刷在电路板使用的元件下表面（在电路板组装后）。在电路板上下表面充分应用丝网印刷技术能够减少重复工作并精简生产过程。

　　法则九：必选去耦电容。不要试图通过避免解耦电源线并依据元件数据表中的极限值优化你的设计。电容器价格低廉且坚固耐用，你可以尽可能多地花时间将电容器装配好，同时遵循法则六，使用标准值范围以保持库存整齐。

　　法则十：生成PCB制造参数并在报送生产之前核实。虽然大多数电路板制造商很乐意直接下载并帮你核实，但你自己最好还是先输出Gerber文件，并用免费阅览器检查是否和预想的一样，以避免造成误解。通过亲自核实，你甚至还会发现一些疏忽大意的错误，并因此避免按照错误的参数完成生产造成损失。

　　由于电路设计共享越来越广泛，且内部团队越来越依靠参考设计，类似以上的基本规则将仍是印刷电路板EMC设计的一个特色，我们相信这对于EMC PCB设计十分重要。

    明确了这些基本规则，开发人员便可非常灵活地提升其产品的价值并从其制造的电路板获得最大收益。

jimmy

2015年2月15日 更新：


在开始进入学习之前，我们应该了解一些基本的关于EMC方面的概念。

. f- b& k: R* W% U* r9 \: P  N  p2 {
: q" f, t* s: L7 a: h& K: Q电磁兼容性：EMC，是指电子电气系统、设备和装置，在特定的电磁环境中，在规定的安全界限内以设计的等级或性能运行，而不会由于电磁干扰引起损坏或不可接受的性能恶化的能力。
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( u0 G$ t4 M! I5 n  x前句话中提到了“电磁干扰”，那么什么是“电磁干扰”呢？


“电磁干扰”:EMI,即电磁兼容性不足，干扰的本质就是缺乏兼容性。同时，电磁干扰是破坏性电磁能从一个电子设备通过辐射或传导传到另一个电子设备的过程。一般来说，这个术语特指射频信号，但是电磁干扰可以在所有的频率范围内发生。
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上句话中又提到了三个新概念：“射频”，“辐射”，“传导”


! l+ v% `" n& q3 P0 O2 h射频：RF,一个用于通信目的的连续电磁辐射的频率范围（10k HZ~100GHz）。
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0 A5 W# A$ v* h: ?* N射 频能量主要通过两种模式传送：
! y: s  m- g3 e/ B1，辐射:Radiated Emissions,射频能量通过电磁场媒介传播。
1 L3 n+ N0 {. h4 s: A. w8 A2，传导:Conduted Emissions,射频能量通过发射波形成传导波，一般通过电线或内部连接电缆。与辐射不同的是，它是以传导波的形式传播。


敏感度:Susceptibility,是指电子设备或系统受到电磁干扰而被干断或破坏的趋热的估量。它是抗扰性不足引起的。
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抗扰性：Immunity,是指电子设备或系统在保持预定设定的运行等级时抵抗电磁干扰能力的估量。
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+ N% q. a) A$ N, ^4 i3 u静电放电：ESD,有着不同静电电压的物体在靠近或直接接触时引发的静电荷转移。这个现象可视为可能导致敏感设备这被破坏或功能受损的高电压脉冲。
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ESD三要素为:干扰源，传播路径，敏感设备
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抗辐射干扰性（Radiated Immunity）:表示产品抵抗来自自由空间电磁能的相对能力。
抗传导干扰性（Conduted Immunity)：表示产品低抗来自外部电缆、输电线和I/O连接器的电磁能量的相对能力。


2 z; T: _+ ^$ v) N密封（Containment):即通过将产品用金属封套屏蔽,如法拉第庞或高斯结构），或者用一个涂有射频导电漆的塑料外壳屏蔽，从而阻止射频能量漏出封壳的处理方法。反过来，我们也可以说密封就是阻止射频能量进入封壳的过程。

6 t- D4 l, P: w  A5 M1 v
! }; m" n0 U9 r& a抑制（Suppression):不依靠其它方法，如金属外壳或底盘而减少或消除存在的射频能量的过程，抑制也可以包含屏蔽和过滤。
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8 D0 ^, U4 Y! m; t* }) p+ Y

xingxie89

我已不知用什么语言来对版主这种敢于分享、受人以渔的品质表达感谢之意。只能认真学习你分享的东西及这种行为。

古莘

期待jimmy大师的精彩论述！

风刃

Jimmy大神无处不在啊，期待...

Colin_SI/PI

期待，感谢楼主奉献精神!

willyeing

jimmy版主又发福利了呀，多谢了

黄嘉希

qda

qiantan

求大神先预占满100层楼……

zys0797

期待您的到来 。。。

xbin

前排占位围观学习

一笑

期待

小明网我的天堂

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jimmy

占楼，待更新。

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