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印制电路板的电磁兼容性设计规范
引言
本人结合自己在军队参与的电磁兼容设计工作实践,空军系统关于电子对抗进行的两次培训(雷达系统防雷、电子信息防泄露)及入司后参与706所杨继深主讲的EMC培训、701所周开基主讲的EMC培训、自己在地方电磁兼容实验室参与EMC整改的工作体验、特别是国际IEEE委员发表的关于EMC有关文章、与地方同行的交流体会,并结合公司的实验情况,对印制电路板的电磁兼容性设计进行了一下小结,希望对印制电路板的设计有所作用。
需要提醒注意的是:总结中只是提供了一些最基础的结论,对具体频率信号的走线长度计算、应考虑的谐波频率、波长、电路板级屏蔽、屏蔽体腔的设计、屏蔽体孔径的大小、数目、进出导线的处理、截止导波管直径、长度的计算及静电防护,雷电防护等知识没有进行描述。或许有些结论不一定正确,还需各位指正,本人将不胜感谢。
一、 元器件布局
印刷电路板进行EMC设计时,首先要考虑布局,PCB工程师必须和结构工程师、EMC工程师一起协调进行,做到两者兼顾,才能达到事半倍。
首先要考虑印刷电路板的结构尺寸大小,考虑如何对器件进行布置。如果器件分布很散,器件之间的传输线可能会很长,印制线路长,阻抗增加,抗噪声能力下降,成本也会增加。如果器件分布过于集中,则散热不好,且邻近线条易受耦合、串扰。因此根据电路的功能单元,对电路的全部元器件进行总体布局。同时考虑到电磁兼容性、热分布、敏感器件和非敏感器件、I/O接口、复位电路、时钟系统等因素。
一般来说,整体布局时应遵守以下基本原则:
1、当线路板上同时存在高、中、低速电路时,应该按逻辑速度分割:布置快速、中速和低速逻辑电路时,高速的器件(快逻辑、时钟振荡器等) 应安放在靠近连接器范围内,减少天线效应、低速逻辑和存储器,应安放在远离连接器范围内。这样对共阻抗耦合、辐射和交扰的减小都是有利的。
2、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10uF+1000pF,滤除电源线上高频噪声。
3、在单面板和双面板中,滤波电容的走线应先经滤波电容滤波,再到器件管脚,使电源电压先经过滤波再给IC供电,并且IC回馈给电源的噪声也会被电容先滤掉。至于去耦电容安放位置要根据实际情况来定,并不是绝对放在电源正极处,也可能放在电源负极处,原则上保证接地阻抗最小。
4、时钟线、总线、射频线等强辐射信号线远离接口外出信号线至少1000mil,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,晶体、晶振、继电器、开关电源等均为强辐射器件布局时应着重考虑。
5、滤波器(滤波电路)的输入、输出信号线不能相互平行、交叉走线,避免滤波前后的走线直接噪声耦合。
6、对于始端串联匹配电阻,应靠近其信号输出端放置,即驱动源放置。
7、为IC滤波的各滤波电容应尽可能靠近芯片的供电管脚放置,减少高频回路面积,从而减少辐射。
8、在PCB板上,接口电路的滤波、防护以及隔离器件应该靠近接口放置,并且遵循先防护后滤波的原则。
9、线路板电源输入口的滤波电路应靠近接口放置。
10、当接口电路采用隔离方式进行滤波设计时,其RC、LC电路应采用如下布局,且隔离区其他层不允许有其他走线。
11、靠近PCB板边缘4mm以内不允许放置元器件。
12、按照电路信号的流向安排各个功能电路