在多层PCB设计中,常有人提出一个问题:
“为什么电源平面要比地平面内缩?是不是浪费了布线空间?”
其实,这是一个与电磁兼容(EMC)密切相关的设计细节。今天,我们就来深入聊聊这个问题的核心逻辑——“20H”原则。
什么是“20H原则”?
在高速信号和电流通过PCB时,会产生变化的电场和磁场。尤其在电源层和地层边缘,如果叠层尺寸一致,会产生明显的边缘辐射,形成EMI(电磁干扰)源。
图1,内容为电源层与地层对齐时的电磁辐射示意图。
电源内缩真的有用吗?
来看下“20H”原理图:
图2,展示电源层未内缩与内缩时的电磁场变化对比。
如图所示,如果电源层与GND层对齐,电磁场会向外扩散,造成EMI辐射。而将电源层向内缩进,可以把电场限制在GND区域内,减少外泄。
什么是“20H”距离?
“20H”并不是某个固定数值,而是一个相对距离。
“H” 是电源层与GND层之间的介质厚度
“20H” 就是这个厚度的20倍
图3展示电源层内缩20H后,电场限制情况,大部分场能被地层“屏蔽”。
研究表明:
内缩 20H,可抑制约 70% 的电磁辐射
内缩 100H,可抑制约 98% 的辐射
也就是说,内缩越多,EMI越小,但也会影响布线空间!
那为什么不人人都用“100H”?
虽然100H听起来很好,但现实是:
多数PCB的叠层布局和尺寸限制
不支持过多内缩(会影响布线、过孔、可靠性)
工程上大多选择折中处理:内缩 1mm 或略大于20H
图4,展示实际板子中常见的1mm内缩处理效果。
“20H”原则的适用前提
并非所有多层板都适合“20H”,必须满足以下条件:
1️⃣ 电源平面需在PCB内部
2️⃣ 上下相邻层均为0V(地)平面
3️⃣ 上下GND层需比电源层多出20H距离
4️⃣ PCB层数最好在 8层及以上
结语
电源内缩并不是为了美观或规范,而是从EMC性能优化出发的重要手段。
“20H原则”,是高速PCB设计师的隐形利器!
建议在设计初期就考虑好叠层结构,尽可能将EMI控制在板内,为产品过EMC认证打下基础。
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