高速PCB设计中的EMI设计要点及设计规则

Drony

电磁干扰(EMI)的定义

电磁干扰(EMI，Electro Magnetic Interference)，可分为辐射和传导干扰。

辐射干扰就是干扰源以空间作为媒体把其信号干扰到另一电网络。

而传导干扰就是以导电介质作为媒体把一个电网络上的信号干扰到另一电网络。

在高速系统设计中，集成电路引脚、高频信号线和各类接插头都是PCB板设计中常见的辐射干扰源，它们散发的电磁波就是电磁干扰(EMI)，自身和其他系统都会因此影响正常工作。

EMI（电磁辐射）关于噪音的模型

EMI 可以分成两类：

差模（Differential mode；DM）和共模（Common mode；CM）

差模也称作对称模式（symmetric mode）或正常模式（normal mode）；

而共模也称作不对称模式（asymmetric mode）或接地泄漏模式（ground leakage mode）

共模计算公式
E=12.6*1E-7*f*I*L/d

其中I 表示电流强度，f 表示共模电流的频率，L 表示电缆线长度，d 表示测量天线到电缆的距离

差模计算公式
|E|=1.316*1E-14*I*f*f*L*s/d

其中I 表示电流强度，f 表示共模电流的频率，L 表示电缆线长度，d 表示测量天线到电缆的距离

减少共模幅射的方法

（1）、减小地电位
（2）、使用去耦电容
（3）、使用铁氧体磁环
（4）、使用共模电源滤波器......

减少差模幅射的方法

（1）、降低电路工作频率，工作频率越小，从而使E 变小。

（2）、减小信号电流的环路面积Ls。

（3）、减小信号的电流强度

例：L=1cm*cm,I=100mA,f=50MHz,测量距离r=3cm
E=40.8dB(uV/m)>40dB(uV/m)超过GB9245规定的B级产品辐射限值

EMI设计要点

1、布线长度不得超过6400mil=160mm。
2、每个网络过孔不得超过5个。
3、走线离板边的距离不得小于40mil，电源层符合20H原则。
4、跨越电源地层的信号线的检查。（信号不连续）
4.1 如通过Via跨越了电源和地层，在via的地方，去耦电容距离不得超过200mil
4.2 信号线离地网络不能超过10mil
4.3 同一层面上小于200mil 得地网络不能作为临时回路
5、SG Trace、信号线包地检查
5.1 信号线离地网络最大距离为10mil。
5.2 不需要设置包地的Pad/Pin/Via 距离为200mil
5.3 包地线上的相邻2 个地孔的距离不大于2800mil，走线末端在打地孔
6、连接到连接器上的Filter 检测
距离连接器的Filter(L C R F),缺省距离不得大于1400mil
7、电源管脚的退耦电容检测
1）退耦电容距离电源/地管脚的最长距离为200mil
2）供电线路的最长和最短缺省值分别为1500mil、400mil.（供电过孔离电源管脚为400-1500mil，中间经过电容脚）
8、差分信号的分析
1）差分组内的长度差最大不能超过40mil
2）2 组平行线间的缺省的最大/最小值分别为5/200mil
3）不平行的长度的最大值缺省为80mil
4）距离电源/地的距离为10mil
9、XTalk/串扰分析
1）走线间距为10mil
2）最长长度为200mil
3）距离邻近层的距离为10mil
10、Power plane resonance analysis/电源，地平面的谐振解析功能。
不同模块之间加电容，电源部分加电容，尽量增大电源平面，与其参考地平面。

高速PCB设计EMI之九大规则

规则一：高速信号走线屏蔽规则

在高速的PCB设计中，时钟等关键的高速信号线，走线需要进行屏蔽处理，如果没有屏蔽或只屏蔽了部分，都会造成EMI的泄漏。建议屏蔽线，每1000mil，打孔接地

规则二：高速信号的走线闭环规则

由于PCB板的密度越来越高，很多PCB LAYOUT工程师在走线的过程中，很容易出现一种失误，即时钟信号等高速信号网络，在多层的PCB走线的时候产生了闭环的结果，这样的闭环结果将产生环形天线，增加EMI的辐射强度。

规则三：高速信号的走线开环规则

规则二提到高速信号的闭环会造成EMI辐射，然而开环同样会造成EMI辐射。

时钟信号等高速信号网络，在多层的PCB走线的时候一旦产生了开环的结果，将产生线形天线，增加EMI的辐射强度。

规则四：高速信号的特性阻抗连续规则

高速信号，在层与层之间切换的时候必须保证特性阻抗的连续，否则会增加EMI的辐射。也就是说，同层的布线的宽度必须连续，不同层的走线阻抗必须连续。

规则五：高速PCB设计的布线方向规则

相邻两层间的走线必须遵循垂直走线的原则，否则会造成线间的串扰，增加EMI辐射。简而言之，相邻的布线层遵循横平竖垂的布线方向，垂直的布线可以抑制线间的串扰。

规则六：高速PCB设计中的拓扑结构规则

在高速PCB设计中，线路板特性阻抗的控制和多负载情况下的拓扑结构的设计，直接决定着产品的成功还是失败。

图示为菊花链式拓扑结构，一般用于几Mhz的情况下为益。高速ＰＣＢ设计中建议使用后端的星形对称结构。

规则七：走线长度的谐振规则

检查信号线的长度和信号的频率是否构成谐振，即当布线长度为信号波长1／4的时候的整数倍时，此布线将产生谐振，而谐振就会辐射电磁波，产生干扰。

规则八：回流路径规则

所有的高速信号必须有良好的回流路径。尽可能地保证时钟等高速信号的回流路径最小。否则会极大的增加辐射，并且辐射的大小和信号路径和回流路径所包围的面积成正比。

规则九：器件的退耦电容摆放规则

退耦电容的摆放的位置非常的重要。摆放不合理根本起不到退耦的效果。其原则是：靠近电源的管脚，并且电容的电源走线和地线所包围的面积最小。

Xiaoshengfei

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