除了元件的选择和电路设计，良好的印刷电路板(PCB)设计也是电磁兼容性的一个非常重要的因素。PCB设计的关键是最小化回流面积，使回流路径按设计方向流动。最常见的返回电流问题来自参考平面中的裂缝、参考平面层的变化以及流经连接器的信号。交叉电容或去耦电容可能会解决一些问题，但必须考虑电容、过孔、焊盘和布线的整体阻抗。本次讲座将从PCB分层策略、布局技巧、布线规则三个方面介绍EMC的PCB设计技术。

PCB分层策略

厚度、过孔工艺、电路板设计的层数都不是解决问题的关键。优秀的分层堆叠是保证电源总线旁路和去耦，最小化电源层或接地层上的瞬态电压，屏蔽信号和电源电磁场的关键。从信号走线的角度来看，好的分层策略应该是将所有信号走线放在一层或几层，紧挨着电源层或接地层。对于电源来说，好的分层策略应该是电源层与接地层相邻，电源层与接地层的距离尽可能小，也就是我们所说的“分层”策略。接下来我们就具体说说优秀的PCB分层策略。

1.布线层的投影平面应该在其回流平面层区域内。如果布线层不在其回流平面层的投影区域内，布线时会有信号线在投影区域外，会导致“边缘辐射”的问题，增加信号回路面积和差模辐射。

2.尽量避免相邻布线层的排列。由于相邻布线层上的平行信号走线会导致信号串扰，如果相邻布线层无法避免，则应适当加宽两个布线层之间的层间距，并缩小布线层与其信号回路之间的层间距。

3.相邻的平面层应该避免重叠它们的投影平面。因为当投影重叠时，层间的耦合电容会导致层间的噪声耦合。

多层板设计

当时钟频率超过5MHz，或者信号上升时间小于5ns时，为了很好地控制信号环路面积，一般需要使用多层板设计。设计多层板时，应注意以下原则:

1.关键布线层(时钟线、总线、接口信号线、RF线、复位信号线、芯片选择信号线和各种控制信号线所在的层)应该与完整的接地层相邻，最好在两个接地层之间，如图1所示。关键信号线一般是强辐射或极其敏感的信号线。靠近地平面布线可以减少其信号回路的面积，降低其辐射强度或提高其抗干扰能力。

图1关键布线层位于两个接地层之间。

2.电源层应相对于其相邻的接地层缩回(推荐值为5h ~ 20h)。相对于其返回接地层缩小电源层，可以有效抑制“边缘辐射”问题，如图2所示。

图2电源层应相对于其相邻的接地层缩回。

此外，单板的主工作电源层(应用最广泛的电源层)应靠近其接地层，以有效减少电源电流的环路面积，如图3所示。

图3电源层应靠近接地层。

3.单板上下两层是否没有≥50MHz的信号线。如果是的话，最好在两个平面层之间走高频信号，抑制线对空之间的辐射。

单层板和双层板设计:

对于单层板和双层板的设计，要注意关键信号线和电源线的设计。电源布线附近必须有接地线，与它相邻并平行，以减少电源电流回路的面积。

引导地线应敷设在单层板的关键信号线两侧，如图4所示。双层板的关键信号线投影面要大面积铺设，或与单层板相同，并设计“引导地线”，如图5所示。关键信号线两侧的“保护地线”一方面可以减少信号回路的面积，另一方面可以防止该信号线与其他信号线之间的串扰。

图4“引导地线”敷设在单层板的关键信号线两侧。

图5双层板关键信号线投影面大面积地板铺设

一般来说，PCB的分层可以根据下表进行设计。

PCB布局技巧

PCB布局设计时，应充分遵守信号沿流向直线放置的设计原则，尽量避免来回绕圈子，如图6所示。这样可以避免信号直接耦合，影响信号质量。此外，为了防止电路、电子元件和部件的排列，应遵守以下原则:

图6电路模块沿信号流动方向呈直线放置。

1.如果接口“干净地”设计在单板上，那么滤波和隔离装置要放在“干净地”和工作地点之间的隔离带上。这样，可以防止滤波器或隔离器件通过平面层彼此耦合，这削弱了效果。此外，在“干净的地面”上，除了过滤和保护装置，不能放置其他任何装置。

2.当多个模块电路放在同一块PCB板上时，数字电路和模拟电路、高速电路和低速电路要分开布局，避免数字电路、模拟电路、高速电路和低速电路之间相互干扰。另外，当电路板上同时存在高、中、低速电路时，为了避免高频电路噪声通过接口向外辐射，应遵循图7中的布局原则。

图7高、中、低速电路布局原则

3.电路板电源输入端口的滤波电路应靠近接口放置，防止滤波电路再次耦合。

图8电源输入端口的滤波电路应靠近接口放置。

4.接口电路的滤波、保护、隔离器件靠近接口放置，如图9所示，可以有效达到保护、滤波、隔离的效果。如果接口处既有滤波电路又有保护电路，则应遵循先保护后滤波的原则。因为保护电路是用来抑制外部过压过流的，如果保护电路放在滤波电路后面，滤波电路会被过压过流损坏。另外，由于电路的输入和输出走线相互耦合，滤波、隔离或保护效果会减弱，所以滤波电路(滤波器)、隔离和保护电路的输入和输出走线在布局时不应相互耦合。

图9接口电路的滤波、保护和隔离器件放置在接口附近。

5.敏感电路或器件(如复位电路等。)距离单板边缘至少1000mil，尤其是单板的接口侧边。

6.储能和高频滤波电容应放置在电流变化较大的单元电路或器件附近(如电源模块、风扇、继电器的输入输出端子)，以减少大电流回路的回路面积。

7.滤波器要并排放置，防止滤波后的电路再次受到干扰。

8.晶体、晶振、继电器、开关电源等强辐射器件应距离单板接口连接器至少1000mil。这样，干扰可以直接辐射出去，或者电流可以在输出电缆上耦合出去。

PCB布线规则

除了元器件的选择和电路设计，印刷电路板(PCB)的良好布线也是电磁兼容的一个非常重要的因素。由于PCB是系统的固有部件，所以在PCB布线中增强电磁兼容性并不会给产品的最终完成带来额外的成本。

任何人都应该记住，不良的PCB布线会导致更多的EMC问题，而不是消除这些问题。很多情况下，即使添加滤镜和组件也无法解决这些问题。最后，整块电路板都得重新布线。所以一开始就养成良好的PCB布线习惯是最便宜的方法。下面介绍PCB布线的一些一般规则以及电源线、地线、信号线的设计策略。最后，根据这些规律，对空气体调节器的典型印刷电路板电路提出了一些改进措施。

1.布线分离

布线分离的作用是尽量减少PCB同一层相邻线路间的串扰和噪声耦合。3W规格表示所有信号(时钟、视频、音频、复位等。)必须线与线、边与边隔离，如图10所示。为了进一步降低磁耦合，参考地被放置在键信号附近，以隔离在其他信号线上产生的耦合噪声。

图10缝合隔离

2.保护和分流线路

设置分流和保护线路是隔离和保护关键信号的一种非常有效的方法，例如高噪声环境中的系统时钟信号。在图21中，PCB中的平行线或保护线沿着键信号的线布置。保护电路不仅隔离了其他信号线产生的耦合通量，还隔离了关键信号与其他信号线的耦合。分流线和保护线的区别在于，分流线不必端接(接地)，但保护线的两端必须接地。为了进一步降低耦合，多层PCB中的保护电路可以每隔一段增加一条接地路径。

图11分流和保护线路

3.电源线设计

根据印刷电路板的电流，尽量加宽电源线的宽度，降低回路电阻。同时，使电源线和地线的方向与数据传输的方向一致，有助于增强抗噪声能力。在单板或双板中，如果电源线较长，每隔3000mil应将耦合电容移至地面，电容值应为10uF+1000pF。

4.地线设计

接地线的设计原则是:

(1)数字地与模拟地分开。如果电路板上既有逻辑电路又有线性电路，应尽量分开。低频电路的接地尽量采用单点并联接地。当实际布线有困难时，可以部分串联，然后并联接地。高频电路宜采用多点串联接地，接地线宜短且租用。高频元件周围尽量使用网格状大面积接地箔。

(2)接地线应尽量加粗。如果接地线是用粗线做的，接地电位会随着电流的变化而变化，降低抗噪声性能。所以接地线要加粗，使其能通过印刷电路板上允许电流的三倍。如有可能，接地线应大于2~3mm。

(3)接地线形成闭合回路。对于仅由数字电路组成的印制板，大部分接地电路可以通过将其布置成簇回路来提高其抗噪声能力。

5.信号线设计

对于关键信号线，如果单板有内部信号走线层，时钟等关键信号线敷设在内层，优先选择走线层。此外，关键信号线不得穿过划分区域，包括由过孔和焊盘引起的参考平面间隙，否则信号环路面积将会增加。而且关键信号线离参考面边缘应≥3h(h为线离参考面的高度)以抑制边缘辐射效应。

对于时钟线、总线、射频线等强辐射信号线，以及复位信号线、片选信号线、系统控制信号等敏感信号线，要远离接口引出信号线。从而防止强辐射信号线上的干扰耦合到输出信号线上并向外辐射；也防止了接口的出信号线带来的外部干扰耦合到敏感信号线，导致系统误操作。

对于差分信号线，要在同一层，等长，平行走线，保持阻抗一致，差分线之间不要有其他线。因为差分对的共模阻抗相等，所以可以提高抗干扰能力。根据上述布线规则，对空燃气调节器的典型印刷电路板电路进行了改进和优化，如图12所示。

图12改进型空气体调节器的典型印刷电路板电路

总的来说，PCB设计对EMC的改善是:布线前，最有可能成功的是研究回流路径的设计方案，可以达到降低EMI辐射的目的。而且在实际布线前改变布线层也不花什么钱，是最便宜的提高EMC的方法。