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摘要：本文从电磁兼容的角度出发，重点研究了PCB电路设计中元器件、接地线、电源线和I/O接口的设计策略。详细介绍了PCB抗干扰的抑制措施，从而有效解决了PCB设计阶段的电磁兼容问题。
关键词：PCB设计；电磁兼容
前言：时代在发展，科技在进步，电气电子设备的类型和数量逐渐增加，迫使电磁环境越来越复杂。电磁环境非常复杂，怎样有效避免和减少相互电磁干扰，确保各种设备的正常运行，以及对人类和生态系统的不利电磁环境已成为一个日益突出的问题。电磁兼容设计是为解决这些问题而迅速发展起来的一项新技术。主要涵盖了两方面的内容：一方面，电子设备或系统可以在预期的电磁环境中正常工作，而不会导致性能下降或失效；另一方面，它是电磁环境的污染源。
1.PCB干扰分类
走线类干扰、板层类干扰以及布局类干扰是PCB干扰中常见三种类型。其中，楼层干扰主要是由不合理层引起的噪声干扰。走线干扰主要是因为PCB信号线、接地线以及电源线宽度、距离设置不够科学、合理造成的。
2.PCB干扰抑制措施
对于PCB出现的各种干扰类型，需要在PCB设计时，采用行之有效的抑制措施，主要从分层对策，布局规则和布线指南等方面入手，来进一步降低或消除干扰对PCB的影响，从而达到EMC设计要求。
2.1PCB分层
首先，有必要深入了解电路板的设计信息，同时结合信号线的疏密程度、成本造价以及电源类型等，来进一步掌握电源层数和电路功能所需的布线层数。良好的分层策略不仅可以降低电源层或接地平面上的瞬态电压，还可以很好地屏蔽信号和电源的电磁场。根据实际操作经验，给出一些总分层的策略：同时要确保接地层和电源层之间尽可能地靠近；信号层可以采用一层或者多层，但必须保证靠近接地层或电源层。
为了有效缩减电源电流回路的面积，电源线和地线需要靠的很近，但是还要保持平行走线。针对单层板，需要在重要信号线两侧布置“保卫地线”，只有这样，才能有效阻止信号线与其他信号线之间发生相互干扰，同时有效降低信号回路的面积。针对双层板，工作人员可以使用单层板的“保卫地线”的处理方式，或者可以放置在重要信号线的投影平面上的大面积铺地。单层板和双层板易于制造，易于组装和调试，但它们不适合安装在高组装密度或复杂电路上，尤其是具有数字模拟混合电路的PCB和高速数字电路。因为没有很好地参考平面，环路面积变大的过程中，辐射强度也会加强，难免会出现平行走线。
在条件允许的情况下，建议多采用多层板。在进行多层板设计时，需要特别留意以下几方面内容：第一，需要首先选择与地层相邻的信号层或者两地层之间的空间进行布线，如果在地平面附近布线会大大缩减信号回路的面积，不但能够提高多层板的抗干扰性，而且还能有效减少辐射强度。第二，电源平面应相对于其相邻水平面向内缩回5-20H，可以有效抑制“边缘辐射”，有效阻止能量从电源平面辐射到自由空间；第三，如果顶层和底层中存在高频信号线，它们应该在两个平面之间移动，从而有效降低它们对活动空间的电磁辐射。从EMC和其他因素的角度来分析，必须首选层设置。
2.2PCB布局
PCB板走线的实际效果主要取决元器件的布置情况和电路的合理摆放情况。要想使PCB实现合理布局，必须遵循以下原则：1）在布置每个功能模块电路位置时，需要按照信号流通路径来完成，并最大限度地保持同方向（2）在进行布局时，需要以模块电路的核心组件为核心，同时尽可能低缩短各元件之间的引线，尤其是高频组件之间的线路。（3）需要让热敏元件、集成芯片和发热元件保持一定的安全距离。（4）需要结合电路板上元件的位置来进一步确认连接器的连接器的最佳位置。所有连接器优选地放置在板的一侧，不允许从两侧引出电缆，这样才能有效降低共模电流辐射。（5）I/O驱动器应靠近连接器，从而有效避免和减少I/O信号在板上拥有很长的走线。（6）敏感元件需要保持一定的距离，尤其是输入、输出元件，必须要保证一定的安全距离。
2.3PCB走线
较差的PCB走线会对信号传输造成极其恶劣的影响，诱发更多电磁兼容问题。所以，布线时需要遵守一些特定的原则：（1）输入输出的导线需要保持合理的线长，避免过长，可以通过两种有效方式来很好的解决平行串扰问题，一种是走线间插入地线，另一种是增加线条之间的距离。（2）不要突然改变线条的宽度，不要突然弯曲转角，在拐弯处，通常保证135度角或者走一段圆弧。（3）因为载流电路的外部辐射与通过电流，环路面积和信号频率成比例，所以减小了当前循环过程的线环区域。（4）减小导线的长度并增加导线的宽度有助于降低导线的阻抗。（5）为了最大限度地减少同一层中相邻线路之间的串扰和噪声耦合，应执行线路分离以实现布线分离。（6）设置分流和保护线以隔离和保护按键信号。当电源线，地线和信号线进行布线时，在遵从一般准则的基础上，还需要结合线路的特点和功能进行科学、合理布线。
2.3.1电源线
尝试增加电源线的宽度以有效降低回路电阻阻值，使地线、电源线与数据传输方向相同。对于具有电源和接地层的多层PCB，需要尽可能地从电源线到地层或电源层的电线长度。只要有可能，电源为每个功能单元单独供电，同时采用公共电源的所有电路需要尽可能彼此靠近并且彼此兼容。
2.3.2地线
在布置公共地线时，应尽可能低布设在PCB板的边缘位置，同时，采用网状或者环形可以有效降低接地电位差。接地线应尽可能加厚，最大限度地保留铜箔材质制度的地线，因为这种材质的接地线屏蔽效果最佳。数字和模拟是需要分开，在模拟中低频时，应尽可能采用单点并联。在实际布线过程中，常常遇到很多困难，应采用部分串联连接。在高频下，最好使用多点串联。
2.3.3信号线
信号线应尽可能短，从而有效降低干扰信号的耦合路径。首先应该先布置敏感信号线和时钟，然后在布置高速信号线，从而保证此类信号的过孔数量够少，布置好参数特性后，需要进行一般信号线的布置。信号线可以跨越分区布线，包括由通孔和焊盘引起的参考平面间隙。否则，信号回路区域将增加，并且为了抑制边缘辐射效应，距参考平面边缘的距离应≥3H（H为线距离参考平面的高度）。强辐射信号线和敏感信号线需要与接口输出信号线保持一定的距离，以避免他们之间发生耦合，进而有效减少外部辐射和系统的误操作。为了保持相同的阻抗，差分信号线应该保证相等的长度，相同的层，并且它们之间没有其他线路以确保相同的共模阻抗，这样可以提高它们的抗干扰能力。
3PCB中的电磁兼容预测分析
结合电磁兼容预测分析的结果，为了有效降低相互之间的干扰，需要采取可行性的技术措施，从而不断提高PCB的设计质量。在最初的产品设计时，仿真软件是用于预测PCB的电磁兼容性，一般估计设计PCB的电磁兼容性，这对合理分层，布局和布置线路大有裨益。
结束语：
综上所述，在实际进行电路设计时，电磁干扰是目前面临的最大问题，亟待解决。PCB设计中的抗干扰是一项非常实用的技术工作。通过采取一系列有效措施，如组件之间的合理布局，增加布线间距，减少布线期间的通孔设置等，都可以很好地降低它们之间电磁干扰，从而大大提高PCB设计的抗干扰能力，进而确保系统安全性和可靠性。
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