隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展，PCB板上器件密度和布線密度不斷增加，印制電路板的電磁兼容問題變得日益突出。如今，設(shè)計(jì)師們在設(shè)計(jì)印制電路板時，必須考慮電磁兼容問題，以確保設(shè)計(jì)功能的實(shí)現(xiàn)。在高頻時，簡單的電路模擬可能不再適用，而需要用傳輸線理論或微波理論來分析遇到的問題。
在電磁兼容層面分析印制電路板PCB，需要考慮三個基本問題：1、保證信號在板上可靠地傳輸，確保信號的完整性；2、抑制電磁干擾EMI的傳播；3、加強(qiáng)防護(hù)，防止因?yàn)榭箶_度不足引起靈敏度故障。 對于相對低頻的信號（信號的頻譜上限為100MHz），通?？梢圆豢紤]上述的問題。但是當(dāng)信號波長（λ）與信號線長度（l）可相互比擬時（l≥0.1λ），就需要考慮印制線的幾何尺寸、布線、線間間隔以及傳輸信號的上升、下降時間，脈沖寬度與周期等因素，以致需要用傳輸線理論(在某些場合需要用微波理論）來正確地分析信號的傳播?！ ?strong>一、要確保信號完整性 PCB上的信號完整性問題主要包括時延、阻抗不匹配、地彈跳（GroundBounce)、串音等。信號完整性問題會影響電子器件的穩(wěn)定工作。 (1)信號時延：對于高頻信號，傳輸時延應(yīng)該是電路設(shè)計(jì)者考慮的*基本的問題之一。傳輸時延與信號線的長度、信號傳輸速度的關(guān)系如下： 式中：c-真空中的光速； εreff有效的相對電導(dǎo)率； lp-信號線的長度。 εreff與傳輸線周圍介質(zhì)有關(guān)，對于微帶傳輸線來說，ε介于板的相對電導(dǎo)率與空氣相對電導(dǎo)率之間。在大多數(shù)系統(tǒng)中，信號傳輸線長度是影響時鐘脈沖相位差(colockskew)的*直接因素。時鐘脈沖相位差是指同時產(chǎn)生的兩個時鐘信號，到達(dá)接收端的時間不同步。時鐘脈沖相位差降低了信號沿到達(dá)的可預(yù)測性，如果時鐘脈沖相位差太大，會在接收端產(chǎn)生錯誤的信號。傳輸線時延已經(jīng)成為時鐘脈沖周期（ClockCycle）中的重要部分?！ ?2)阻抗不匹配：阻抗不匹配可以由驅(qū)動源，傳輸線和負(fù)載的阻抗不同引起，也可由傳輸線的不連續(xù)?例如導(dǎo)通孔、短截線 引起，另外由于返回路徑上局部電感、電容的變化，返回路徑不連續(xù)也會導(dǎo)致阻抗不連續(xù)。這種阻抗的不匹配，會導(dǎo)致反射和阻尼振蕩。反射會引起信號的振鈴ringring現(xiàn)象，即在穩(wěn)態(tài)信號上下產(chǎn)生的電壓過沖和下沖現(xiàn)象，如圖2所示。為了將電壓的過沖／下沖限制在合理的范圍內(nèi)(不超出穩(wěn)態(tài)值的l0％～15％)，應(yīng)該遵循下面這樣一個原則：信號的上升時間要小于信號在印制導(dǎo)線上來回引起的傳輸時延。即：tr≤2lp／tppd 式中：tr-指信號的上升時間； lp-信號線的長度； tppd-信號線單位長度引起的延時?！ ≌疋彫F(xiàn)象可能會導(dǎo)致誤觸發(fā)，為了消除振鈴現(xiàn)象的影響，方法之一就是等待信號穩(wěn)定下來，但這又會減小系統(tǒng)*大可能的時鐘速率?！ ?3)地彈跳（GoundBounce）：所謂地彈跳，是指在某一集成電路開關(guān)時，由于PCB的地線以及集成電路的接地引線具有一定的電感，相應(yīng)會引起器件內(nèi)部地電位短暫的沖擊或下降。而來自其它器件的輸入驅(qū)動信號，或者由此器件輸出信號所驅(qū)動的其他器件，都是以外部系統(tǒng)地為參考的。這種參考地電位的不一致，可能會導(dǎo)致器件的輸入門檻或輸出電平的改變，從而給高速PCB的設(shè)計(jì)帶來問題。對于電源來說，也存在類似的問題?！ ?4)串音：通?？煞譃閮刹糠郑垂沧杩柜詈虾碗姶艌鲴詈?。公共阻抗耦合是因?yàn)椴煌盘柟灿霉卜祷芈窂揭鸬?，這種耦合通常在低頻時起決定作用。電磁場耦合又可分為電感耦合與電容耦合。串音屬于近場問題，在PCB0上，串音與線的長度、線的間距、線中傳輸信號的方向以及參考地平面的狀況有關(guān)。例如地平面上的裂縫（Split）會使跨越裂縫的鄰近線路的串音增加，引起信號波形畸變?！ ?strong>二、減小傳導(dǎo)和輻射騷擾 電磁干擾問題主要包括傳導(dǎo)發(fā)射和輻射發(fā)射。電磁兼容中所謂的發(fā)射，是指“從源向外發(fā)出電磁能的現(xiàn)象”，與一般通信領(lǐng)域中人為的向外發(fā)射電磁波不同，PCB中的發(fā)射常常是無意的。輻射發(fā)射標(biāo)準(zhǔn)通常覆蓋30MHz-230MHz～1000MHz的范圍，對于傳導(dǎo)發(fā)射，F(xiàn)CC將范圍限 制在0.45MHz-30MHz，而CISPR將下限延伸0.15MHz。濾波是抑制傳導(dǎo)發(fā)射的一種重要方法?！ 「哳l時，PCB上的印制線就像一個單極天線或環(huán)形天線，向外輻射能量。輻射發(fā)射可以分為兩種基本類型：差模輻射和共模輻射?！ 〔钅］椛涫怯捎陂]合環(huán)路中的電流?即所謂的差模電流引起的。輻射的強(qiáng)度與環(huán)的面積、電流的大小及頻率的平方成正比。通過減小上述因素，尤其是頻率，可以減小輻射的強(qiáng)度。另外，環(huán)的輻射具有方向性，一個小電流環(huán)的電場輻射值在環(huán)所處的平面上*大，而在環(huán)的軸向上*小?！ 」材］椛涫怯杉纳?yīng)，例如地線層、電源層或電纜上的感應(yīng)電流?所謂的共模電流 引起的。共模輻射與一個單極天線類似，輻射的強(qiáng)度與單位線長中的電流及頻率有關(guān)，但對方向不敏感?！ ∮捎诓钅ｋ娏鳟a(chǎn)生的輻射是相減的，而共模電流產(chǎn)生的輻射是相加的，所以即使共模電流比差模電流小的多，也會產(chǎn)生程度相當(dāng)?shù)妮椛鋱觥！ ?strong>三、加強(qiáng)防護(hù)，防止因?yàn)榭箶_度不足引起靈敏度故障 防護(hù)的強(qiáng)度，隨產(chǎn)品的用途而定。對于無關(guān)緊要的電子產(chǎn)品，就不需要專門的防護(hù)。而對于軍用的電子產(chǎn)品及用于電廠與電網(wǎng)控制的電子設(shè)備，就需要加以*高等級的防護(hù)，因?yàn)榧词故窃跇O端情況下，也要保證這些設(shè)備能正常工作。