PCB的电磁兼容的设计和散热

PCB简介

PCB，中文名称为印制电路板，又称印刷电路板、印刷线路板，是重要的电子部件，是电子元器件的支撑体，是电子元器件电气连接的提供者。由于它是采用电子印刷术制作的，故被称为“印刷”电路板。

根据电路层数分类：分为单面板、双面板和多层板。常见的多层板一般为4层板或6层板，复杂的多层板可达十几层。

PCB板有以下三种主要的划分类型：

单面板

单面板在最基本的PCB上，零件集中在其中一面，导线则集中在另一面上。因为导线只出现在其中一面，所以这种PCB叫作单面板。因为单面板在设计线路上有许多严格的限制，所以只有早期的电路才使用这类的板子。

双面板

双面板这种电路板的两面都有布线，不过要用上两面的导线，必须要在两面间有适当的电路连接才行。这种电路间的“桥梁”叫做导孔。导孔是在PCB上，充满或涂上金属的小洞，它可以与两面的导线相连接。因为双面板的面积比单面板大了一倍，而且因为布线可以互相交错，它更适合用在比单面板更复杂的电路上。

多层板

多层板为了增加可以布线的面积，多层板用上了更多单或双面的布线板。用一块双面作内层、二块单面作外层或二块双面作内层、二块单面作外层的印刷线路板，通过定位系统及绝缘粘结材料交替在一起且导电图形按设计要求进行互连的印刷线路板就成为四层、六层印刷电路板了，也称为多层印刷线路板。板子的层数就代表了有几层独立的布线层，通常层数都是偶数，并且包含最外侧的两层。大部分的主机板都是4到8层的结构，不过技术上理论可以做到近100层的PCB板。大型的超级计算机大多使用相当多层的主机板，不过因为这类计算机已经可以用许多普通计算机的集群代替，超多层板已经渐渐不被使用了。因为PCB中的各层都紧密的结合，一般不太容易看出实际数目，不过如果仔细观察主机板，还是可以看出来。

根据软硬进行分类分为普通电路板和柔性电路板。

PCB是电子设备中电路元件工作的平台，它提供电路元器件之间的电气连接，其性能直接关系到电子设备质量的优劣。随着微电子技术的迅速发展和电路集成度的提高，PCB板上的元器件密度越来越高，系统工作速度越来越快，这使得PCB电磁兼容性设计越来越重要，成为一个电路系统稳定正常工作的关键。

2　PCB中常见的电磁干扰

解决PCB设计中的电磁兼容性问题由主动减小和被动补偿两种途径，为此必须对电磁干扰的干扰源和传播途径进行分析。通常PCB设计中存在的电磁干扰有：传导干扰、串音干扰以及辐射干扰。

2.1 传导干扰

传导干扰主要通过导线耦合及共模阻抗耦合来影响其它电路。例如噪音通过电源电路进入某一系统，所有使用该电源的电路就会受到影响。图1表示的是噪音通过共模阻抗耦合，电路1与电路2共同使用一根导线获取电源电压和接地回路，如果电路1的电压突然需要升高，那么电路2的电压必将因为共用电源以及两回路之间的阻抗而降低。

2 串音干扰

串音干扰是一个信号线路干扰另一邻近的信号路径。它通常发生在邻近的电路和导体上，用电路和导体的互容和互感来表征。例如，PCB上某一带状线上载有低电平信号，当平行布线长度超过10cm时，就会产生串音干扰。由于串音可以由电场通过互容、磁场通过互感引起，所以考虑PCB带状线上的串音问题时，最主要的问题是确定电场、磁场耦合哪个是主要的因素。

2.3 辐射干扰

辐射干扰是由于空间电磁波的辐射而引入的干扰。PCB中的辐射干扰主要是电缆和内部走线间的共模电流辐射干扰。当电磁波辐射到传输线上时，将出现场到线的耦合问题。沿线引起的分布小电压源可分解为共模和差模分量。共模电流指两导线上振幅相差很小而相位相同的电流，差模电流则是两导线上振幅相等而相位相反的电流。

3 PCB的电磁兼容设计

随着PCB板的电子元器件和线路的密集度不断增加，为了提高系统的可靠性和稳定性，必须采取相应的措施，使PCB板的设计满足电磁兼容要求，提高系统的抗干扰性能。

3.1 PCB板的选取

在PCB板设计中，相近传输线上的信号之间由于电磁场的相互耦合而发生串扰，因此在进行PCB的电磁兼容设计时，首先考虑PCB的尺寸，PCB尺寸过大，印制线过长，阻抗必然增加，抗噪声能力下降，成本也会增加CB尺寸过小，邻近传输线之间容易发生串扰，而且散热性能不好。

根据电源、地的种类、信号线的密集程度、信号频率、特殊布线要求的信号数量、周边要素、成本价格等方面的综合因素来确定PCB板的层数。要满足EMC的严格指标并且考虑制造成本，适当增加地平面是PCB的EMC设计最好的方法之一。对电源层而言，一般通过内电层分割能满足多种电源的需要，但若需要多种电源供电，且互相交错，则必须考虑采用两层或两层以上的电源平面。对信号层而言，除了考虑信号线的走线密集度外，从EMC的角度，还需要考虑关键信号的屏蔽或隔离，以此确定是否增加相应层数。

3.2 PCB板的布局设计

PCB的布局通常应遵循以下原则：

(1)尽量缩短高频元器件之间的连线，减少他们的分布参数和相互之间的电磁干扰。容易受干扰的元件不能靠得太近，输入输出应尽量远离。

(2)某些元器件或导线之间可能有较高的电压，应加大他们之间的距离，以免放电引出意外短路。

(3)发热量大的器件应为散热片留出空间，甚至应将其装在整机的底版上，以利于散热。热敏元件应远离发热元件。

(4)按照电路的流程安排各功能单元的位置，使布局便于信号流通，并使信号尽可能保持一致的方向。

(5)以每个功能模块的核心元件为中心，围绕它进行布局，尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接长度。

(6)综合考虑各元件之间的分布参数。尽可能使元器件平行排列，这样不仅有利于增强抗干扰能力，而且外观美观，易于批量生产。

3.3 元器件的布局设计

相比于分立元件，集成电路元器件具有密封性好、焊点少、失效率低的优点，应优先选用。同时，选用信号斜率较慢的器件，可降低信号所产生的高频成分，充分使用贴片元器件能缩短连线长度，降低阻抗，提高电磁兼容性。

元器件布置时，首先按一定的方式分组，同组的放在一起，不相容的器件要分开布置，以保证各元器件在空间上不相互干扰。另外，重量较大的元器件应采用支架固定。

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