PCB 布局对电路EMC性能的影响与PCB布板与EMC的关系.docx

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1、PCB布同对电路EMC性能的影响PCB布局和参考回流路径的设计在电路的EMC性能中都是至关重要的因素，I1.对于电源转换电路来说尤其垂要。因此设计初期将回流路径可视化是重要的一个环节，通过将同流路径可视化，可以辅助设计和控制整个网路的区域。可视化回流路径可以直观看到整个信号或者电源的工作区域，从而找到减少回路感抗和高频阻抗的方法。在服层PCB设计时，我们没有完整的地返回平面,有时这就需要引用额外的去耦电容或者“K线”，以便减少回路面积。图1为个飞线的例子.JumperSignaITraceGNDShapeGNDShape图1：单层飞线连接GND在两房板中，相对丁单层板具有更多的优势，因为U与层

2、之间走线可以由过孔连接，井优化回路面积。图2显示了在顶层和底层通过过孔连接GND,并改善回流路径的示例。图2两层板示意图有时在做PCB设计的时候会建议割地处理（例如模拟和数字地）,但根据我们的经验，这样做往往会导致额外的EMC问题.一、可视化完整的回流路径在设计过程中，我们建议将所有电源和信号路径的正向和返回电流分三步绘制。步豚1：在原理图上绘制的完整的电源路径。第2步：在PCB图上同样绘制电源路径。步骤3：根据上面两步的结果，优化PCB布局和最小化环路面积.在讨论DC-DC电路设计时，回潦路径的设计一直是关注的全点。如图3所示，一款De-DC降压电路的原理图和PCB布局。图3a：原理图。图3

3、b：PCB.图3：a）原理图b）PCB对图3电路可视化回流路径，参考图4,电流的正向路径为ABCD,电流返回路径为EFGo图4：PCB的输出滤波部分在直潦或低频（低于100kHZ）,电流会沿着阻值最小的路径返回源端。在较高频率下，PI流信号会走盛抗最小路径。该感抗由电流的正向和返向路径所形成的环路面积决定。当回流路径直接位于电流正向路径下方时，此时整个环路面积最小，感抗也最小。这意味着如果有完整的地平面，高频电流会直接在正向路径下方的地平面回流到源端，如图4所示。接下来，让我们看看图5所示。图5：DC-DC滤波电路PCB如图所示，我们假设电流路径从UI（DCDC芯片）的Vin开始。在这种情况下

4、,育频电流有多个可能的返门1路径.高频电流会根据频率不同选择经过C7.C8或C9返回芯片源端，如图5所示。例如，I（X）MHZ的噪声可能会选择通过较小容值的C9回流，而较低频率的噪声（例如50OkHZ）可能会选择通过较大容值的C7或C8回流。二、经验法则为了减少了电流环路面积，并有助于减少开关电源的辐射和传导发射，有以卜.是几个EMC经验法则：1 .在可能的情况下,在信号层底下保持完整的参考平面。2 .将去糊和旁路电容尽可能旅近IC引脚放置“3 .海速信号线尽量短，且挨着地线布线，以确保低阻抗路径（最小环路面枳）。4 .在内部开关和续流二极管之间放置RC吸收电路，且吸收电路走线尽量短。5 .在

5、开关元件（IC、电感等）下方铺设完整参考平面。说起开关电源的难点问题，PCB布板问题不算很大难点，但若是要布出一个精良PCB板一定是开关电源的难点之一（PCB设计不好，可能会导致无论怎么调试参数都调试布出来的情况，这么说并非危言耸听）原因是PCB布板时考虑的因素还是很多的，如：电气性能，工艺路线，安规要求，EMC影响等等：考虑的因素之中电气是最基本的，但是EMC又是最难摸透的，很多项目的进展瓶颈就在于EMC间超：下面从二十二个方向给大家介绍下PCB布板与EMC：分享点一：熟透电路方可从容进行PCB设计之EM1.电路上面的电路对EMC的影响可想而知，输入端的浊波涔都在这里：防雷击的压敏：防止冲击

6、电流的电阻R102（配合维电器减小损耗）：关键的虑差模X电容以及和电感配合戏波的Y电容：还有对安规布板影响的保险丝：这里的每个器件都至关重要，要细细品味每一个器件的功能与作用。设计电路时就要考虑的EMC严酷等级从容设计，比娟设置几级流波，Y电容数量的个数以及位置。压敏大小数量选择，都与我们对EMC的需求密切相关，欢迎大家起讨论看似简单其实每个元器件蕴含深刻道理的EMI电路.分享点二：电路与EMC：（最熟悉的反激主拓扑，看看电路中哪些关键地方蕴含了EMC的机理）上图的电路中打圈几部分：对EMC影响非常也要（注意绿色部分不是的），比如辐射大家都知道电该场辐射是空间的，但基本的原理是磁通盘的变化，能

7、通任涉及到磁场有效截面积，也就是电路中对应的环路。电流可以产生磁场,产生的是稳定的磁场，不能向电场转化：但变化的电流产生变化的磁场，变化的磁场是可以产生电场（其实这就是有名的麦克斯韦方程我用通俗语言来说），变化的电场同理可产生磁场。所以一定要关注那些有开关状态的地方，那就是EMC源头之.这里就是EMC源头之（这里说之当然后续还会讲到其它方面）：比如电路中虚线环路,是开关管开通和关断的环路.不仅设计电路时开关速度可以调节对EMe影响，布板走线环路面积也有若歪要的影响！另二个环路是吸收环路和整流环路，先提前了解卜.，后面再讲！分享点三：PCB设计与EMC的美联1.PcB环路对EMC的影响非常重要,

8、比如反激主功率环路，如果太大的话辐射会很差。2 .滤波器走线效果，混波器是用来港去干扰的，但若是PCB走线不好的话,波波器就可能失去应该有的效果。3 .结构部分，散热器设计接地不好会影响，屏蔽版的接地等：4 .敏感部分与干扰源头过近，比如EM1.电路与开关管很近，必然会导致EMC很差，需要有清晰的隔离区域。5 .RC吸收回路的走线。6 .Y电容接地与走线，还有Y电容的位置也很关键等等！等等。先想到这说这些，后续会具体讨论，先起个引子。卜.面举一个小例子：如上图中虚线框，X电容引脚走线做了内缩的处理，大家可以学习下，如何让电容引脚走线外挂（采用挤电流走线）。这样X电容的滤波效果才能够达到最佳状态

9、。分享点四:PCB设计之准备事项:准备充分了,方可设计步步稳健,避免设计推翻重来）大致有以卜的一些方面，都是自己设计过程会去考虑，所有的内容跟别的教程无美，都是只是自己的经验总结。1 .外观结构尺寸,包括定位孔，风道潦向，输入输出插座，需要与客户系统匹配，还需要与客户沟通装配上的问题，限而等等。2 .安规认证，产品做哪种认证，哪些儿1方做到基本绝爬电距离要留够，哪些地方做到加强绝缘留够距离或开槽。3 .封装设计：有没有特殊期间，如定制件封装准备.4 .工艺路线选定：单面板双面板选择，或是多层板，根据原理图及板子尺寸，成本等综合评估。5 .客户的其他特殊要求。结构工艺相对会更灵活，安规还是比较固

10、定的部分，做什么认证，过什么安规标准，当然也有一些安规是很多标准中通用的，但也有一些特殊产品比如医疗会比较严苛。为了新入门工程师朋友们不至于眼花缭乱：接下来列出些普遍产品通用的,下面是对于IEC6（X）65总结出来的具体布板要求，针对安规需要牢记，碰到具体产品要会针对性处理：1.输入保险丝焊盘制件的距离安规要求大于3.0MM,实际布板按照3.5MM（简单说保险税前按照3.5MM爬电距离，之后按照3.0MM爬电距离）6 .整流桥前后安规要求2.0MM布板按照2.5MM“7 .整潦后安规一般不做要求，但是荏低压间根据实际电压大小曲距离，习惯400V高压留2.0MM以上。8 .初次缎问安规要求6.4

11、MM（电气间隙），爬电距离按照7.6MM为最佳。（注意这个跟实际输入电压相关，需耍查表具体计算，提供数据仅供参考，以实际场合为准）9 .初次级用冷地，热地标识清晰：1.N标识，输入ACINPUT标识，保险统警告标识等等都需要清晰标出：大家对上面有疑问的，也可以讨论，互相学习！再次建申实际安规距离跟实际输入电压相关以及工作环境有关，需要杳表具体计算，提供数据仅供参考，以实际场合为准：分享点五：PCB设计之安规考虑其它因素1 .明白自己产品做什么认证，属于什么产品种类，比如医疗，通信，电力，TV等各不相同，但也有很多相通的地方。2 .安规中与PCB布板紧密的地方，了解绝缘的特点，哪些地方是基本绝缘

12、，哪些地方是加强绝缘，不同标准绝缘距离是不样的。最好是会查标准，并且会计算电气距离，爬电距离.3 .产品的安规器件IR点注意，比如变压器磁性与原副边关系：4 .散热器与周边距离问题，散热涔接的地不一样绝缘情况也不一样，接大地还是冷地，热地绝绿也布样。5 .保险的距离特别注意，要求最严格地方.保险丝前后距离布一致.6Y电容与漏电潦，接触电流关系。等等，后续会详细说明距离该怎么留，如何做好安规要求。分享点六：PCB设计之电源布局1 .首先衡用PCB尺寸与器件数代，做到疏密有致，要不然一块密，一块稀疏很难看。2 .将电路模块化,以核心器件为中心,关键器件优先放的原则一次放置器件。3 .器件呈垂直或水

13、平防置，一是美观，二是方便插件作业，特殊情况可以考虑倾斜。4 .布局时需要考虑到走线，摆放到最合理位冏方便后续走线。5 .布局时尽可能减小环路面积，四大环路后面会详解到。做到上述几点，当然要灵活运用，比较合理的布局很快就会诞生。下面是我画的第一块处女PCB板，好多年前的事情，当时非常的艰苦完成的，中间可能有小问题，不过大体布局还是值得学习的：此图功率密度还是比较高，其中1.1.C的控制部分，辅助源部分以及BUCK电路驱动（大功率多路输出）部分在小板上，就没拿出来，看看主功率方面的布同特点吧：1.输入输出端子是固定死的，不能动，板子是长方形的，主功率流向如何去选择？这里采用由下至上，由左及右的方

14、式来布局，散热是依靠外壳.6 .EMI电路还是清晰的流向，这点很歪要，要不混乱了不美观也对EMC不好。7 .大电容的位置尽室考虑到了PFC环路以及1.1.C主功率环路：8 .副边的电流比较大，为了走电潦，以及整流管散热，采用这样的布局，整流管在上，BUCK电路MoS管在下，散热分散效果好：大功率的顶层一般走负，底层走正。每个板子有自己的特点，当然也有自己的难处，如何合理解决是关键，大家从中能理解布局合理选取的含义吗？分享点七：PCB实例赏析可以根据之前谈论的PCB布局要点，检视此板，是否做的很到位，我认为是做到比较好的地方了，当然瑕疵总会有，也可以提出来，单面板如此常凌能做到这样已实属不易可以

15、借此板学习讨论！后面还会针对此板讲解学习，大家先欣赏下。分享点八：PCB设计之四大环路认识：（PCB布同的基本要求就是I叱大环路面枳小）四个环I1.h1.入鳖施城及拜92.功率开关环IB3.HQHB4.Mri1.ttSIfft要求,凶个环IMI&一定察小.坏第对宣的传总电育常大充电瞬的位性以及出仪攸和杂讯“有响GfHK电箫补充下，吸收环路（RCD吸收以及MoS管的RC吸收，整流管的RC吸收,也很重要,也是产生高频辐射的环路，对上图有任何疑问，都欢迎讨论，不n怕任何质疑，只要是针对问题的质疑，一起讨论学习才能更大的进步!分享点九：PCB设计之热点（浮动电位点）及地线：两处通点;，.开关管的i4tonsFET的Oeo2.次程戊管的阳依国求，两处务点的斜面鼠面&（包括引俊）-三.fcm1.f5.A.&GDIemsttAdtftA.尽研布戕3蹙形以K少此处的电磁发射对M超，三，地线分割:蹙求，单.&*维.卬大电傀的开关功率地更。小电激的控富修号地分开.*FWff*