印刷电路板（PCB）的电磁兼容设计

文章摘要：有人建议将混合信号电路板上的数字地和模拟地分割开，这样能实现数字地和模拟地之间的隔离。尽管这种方法可行，但是存在很多潜在的问题，在复杂的大型系统中问题尤其突出。最关键的问题是不能跨越分割间隙布线，一旦跨越了分割间隙布线，电磁辐射和信号串扰都会急剧增加。在PCB设计中最常见的问题就是信号线跨越分割地或电源而产生EMI问题。了解电流回流到地的路径和方式是优化混合信号电路板设计的关键。许多设计工程师仅仅考虑信号电流从哪儿流过，而忽略了电流的具体路径。如果必须对地线层进行分割，而且必须通过分割之间的间隙布线，可以先在被分割的地之间进行单点连接，形成两个地之间的连接桥，然后通过该连接桥布线。这样，在每一

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　　有人建议将混合信号电路板上的数字地和模拟地分割开，这样能实现数字地和模拟地之间的隔离。尽管这种方法可行，但是存在很多潜在的问题，在复杂的大型系统中问题尤其突出。最关键的问题是不能跨越分割间隙布线，一旦跨越了分割间隙布线，电磁辐射和信号串扰都会急剧增加。在PCB设计中最常见的问题就是信号线跨越分割地或电源而产生EMI问题。

　　了解电流回流到地的路径和方式是优化混合信号电路板设计的关键。许多设计工程师仅仅考虑信号电流从哪儿流过，而忽略了电流的具体路径。如果必须对地线层进行分割，而且必须通过分割之间的间隙布线，可以先在被分割的地之间进行单点连接，形成两个地之间的连接桥，然后通过该连接桥布线。这样，在每一个信号线的下方都能够提供一个直接的电流回流路径，从而使形成的环路面积很校采用光隔离器件或变压器也能实现信号跨越分割间隙。对于前者，跨越分割间隙的是光信号；在采用变压器的情况下，跨越分割间隙的是磁常还有一种可行的办法是采用差分信号：信号从一条线流入从另外一条信号线返回，这种情况下，不需要地作为回流路径。

　　在实际工作中一般倾向于使用统一地，将PCB分区为模拟部分和数字部分。模拟信号在电路板所有层的模拟区内布线，而数字信号在数字电路区内布线。在这种情况下，数字信号返回电流不会流入到模拟信号的地。只有将数字信号布线在电路板的模拟部分之上或者将模拟信号布线在电路板的数字部分之上时，才会出现数字信号对模拟信号的干扰。出现这种问题并不是因为没有分割地，真正原因是数字信号布线不适当。

　　在将A/D转换器的模拟地和数字地管脚连接在一起时，大多数的A/D转换器厂商会建议：将AGND和DGND管脚通过最短的引线连接到同一个低阻抗的地上。如果系统仅有一个A/D转换器，上面的问题就很容易解决。将地分割开，在A/D转换器下面把模拟地和数字地部分连接在一起。采取该方法时，必须保证两个地之间的连接桥宽度与IC等宽，并且任何信号线都不能跨越分割间隙。如果系统中A/D转换器较多，例如10个A/D转换器怎样连接呢？如果在每一个A/D转换器的下面都将模拟地和数字地连接在一起，则产生多点相连，模拟地和数字地之间的隔离就毫无意义。而如果不这样连接，就违反了厂商的要求。

　　最好的办法是开始时就用统一地。将统一的地分为模拟部分和数字部分。这样的布局布线既满足了IC器件厂商对模拟地和数字地管脚低阻抗连接的要求，同时又不会形成环路天线或偶极天线而产生EMC问题。

　　混合信号PCB设计是一个复杂的过程，设计过程要注意以下几点：

　　(1) PCB分区为独立的模拟部分和数字部分。

　　(2)合适的元器件布局。

　　(3) A/D转换器跨分区放置。

　　(4)不要对地进行分割。在电路板的模拟部分和数字部分下面敷设统一地。

　　(5)在电路板的所有层中，数字信号只能在电路板的数字部分布线；模拟信号只能在电路板的模拟部分布线。

　　(6)实现模拟和数字电源分割。

　　(7)布线不能跨越分割电源面之间的间隙。

　　(8)必须跨越分割电源之间间隙的信号线要位于紧邻大面积地的布线层上。

　　(9)分析返回地电流实际流过的路径和方式。

　　(10)采用正确的布线规则。

　　6．PCB设计时的电路措施

　　我们在设计电子线路时，比较多考虑的是产品的实际性能，而不会太多考虑产品的电磁兼容特性和电磁骚扰的抑制及电磁抗干扰特性。用这样的电路原理图进行PCB的排板时为达到电磁兼容的目的，必须采取必要的电路措施，即在其电路原理图的基础上增加必要的附加电路，以提高其产品的电磁兼容性能。实际PCB设计中可采用以下电路措施：

　　(1)可用在PCB走线上串接一个电阻的办法，降低控制信号线上下沿跳变速率。

　　(2)尽量为继电器等提供某种形式的阻尼(高频电容。反向二极管等)。

　　(3)对进入印制板的信号要加滤波，从高噪声区到低噪声区的信号也要加滤波，同时用串终端电阻的办法，减小信号反射。

　　(4) MCU无用端要通过相应的匹配电阻接电源或接地。或定义成输出端，集成电路上该接电源。地的端都要接，不要悬空。

　　(5)闲置不用的门电路输入端不要悬空，而是通过相应的匹配电阻接电源或接地。闲置不用的运放正输入端接地，负输入端接输出端。

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