PCB的布局与布线要求优化指南

2023-06-25 理论教育版权反馈

【摘要】：若PCB中的一条带状线载有控制和逻辑电平，另一条带状线载有低电平信号，在平行布线长度超过10cm时，将会产生串音干扰。PCB的带状线、电缆线中的导体靠近平行电线时，串音就会发生。不过，PCB的结构形式是激励电磁辐射的主要因素。弄清楚PCB的布局设计直接关系到整机电磁辐射的强弱。抑制或降低电磁辐射的水平，必须从PCB的设计布局优化着手，重点注意走线的方式。PCB的辐射强度与布线结构的合理性有决定性的作用，是关键所在。

串音是很多电子设备发生的一种干扰信号，它常常发生在PCB中布线及电线、电缆间的导线互容互感里面，是印制电路板中存在的最难克服的问题。在解决EMI问题时，首先应知道是传导干扰、辐射干扰还是串音干扰。若PCB中的一条带状线载有控制和逻辑电平，另一条带状线载有低电平信号，在平行布线长度超过10cm时，将会产生串音干扰。如果长长的电缆载有串行或并行的高速运行数字信号或遥控信号，就会出现串音干扰，这是因为电线和电缆之间存在电场（互容）、磁场（互感）的作用。

带状线是什么？带状线就是出现干扰、发生串音的频率，是由电场、磁场耦合产生的。PCB的带状线、电缆线中的导体靠近平行电线时，串音就会发生。首先确定电场耦合（互容）和磁场耦合（互感）中哪种耦合是主要的，应该由电路阻抗、工作频率和磁场强度来决定。这个方法很简单：当电源和接收器的阻抗（Ω）的乘积大于1000²时，主要是电场耦合；电源和接收器的阻抗（Ω）的乘积在300²～1000²之间时，磁场耦合或电场耦合都有可能是主要耦合，这时取决于电路间的配置和频率。

然而，这个方法并不适用于所有的情况，如在地极上PCB带状线之间的串音，因为这时PCB带状线的特性阻抗、负载阻抗及电源阻抗可能为正常标准状态，串音很可能是以电场耦合（互容）为主。如果这时接收器采用屏蔽电缆并在屏蔽层的两端接地，则磁场耦合是主要的。低频时，呈现较低的电路阻抗，电场耦合是主要的。只有找出耦合的对象，抑制产生耦合的通道，才能使耦合的能量衰减或耗散。

PCB的电磁辐射跟其他电气设备一样，也有差模辐射和共模辐射两种基本类型。差模辐射的特点取决于闭合回路的电流特性；共模辐射是由对地干扰噪声电压引起的。PCB并不是单根线而是多根线，它们的电流不相等，所以不能简单地考虑只是差模辐射的作用，必须考虑所有电流的作用。由于差模电流是相减的，共模辐射电流是相加的，所以分析辐射时，即使共模电流比差模电流小很多，也会产生一定程度的电场辐射。

按电磁理论，电磁辐射主要对周围电子设备构成窄带与宽带干扰。另外，还有元器件泄漏问题，它也是产生辐射源的一个散点。不过，PCB的结构形式是激励电磁辐射的主要因素。PCB的结构不同，辐射程度也不一样，像地线走向、回路面积大小、传送带长度、元器件的布局、电路板的走线等都将影响辐射程度。其次，还有激励因素的影响，如脉冲宽度、幅值大小、周期长短、频率高低等也是影响辐射程度的重要因素。弄清楚PCB的布局设计直接关系到整机电磁辐射的强弱。抑制或降低电磁辐射的水平，必须从PCB的设计布局优化着手，重点注意走线的方式。

PCB的辐射不可能简单地用计算的方法和测试的方法来解决。由于PCB的结构形式和激励参数的不同，用一种模型分析并得到解决是不可能的。对一块PCB来说，众多的走线和回路是产生辐射的发源地。整体来说，辐射量的大小是各个回路元器件辐射量的叠加，它由频率、激励强度、辐射面积等因素决定。PCB的辐射强度与布线结构的合理性有决定性的作用，是关键所在。

目前消除辐射干扰最有效的方法是屏蔽，屏蔽噪声源以及与噪声源相关的元器件能收到立竿见影的效果。此外，通过电路设计来改变、提高抗干扰的能力也是重要的一环。

PCB的布局与布线要求优化指南

相关推荐