EMC学习笔记（二）模块划分及特殊器件的布局
模块划分及特殊器件的布局
- 1.模块划分
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- 1.1 按功能划分
- 1.2 按频率划分
- 1.3 按信号类型划分
- 1.4 综合布局
- 2.特殊器件的布局
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- 2.1 电源部分
- 2.2 时钟部分
- 2.3 电感线圈
- 2.4 总线驱动部分
- 2.5 滤波器件
谈PCB的EMC设计,不能不谈PCB的模块划分及关键器件的布局。这一方面是某些频率发生器件、驱动器、电源模块、滤波器件等在PCB上的相对位置和方向都会对电磁场的发射和接收产生巨大影响，另一方面以上布局的优劣将直接影响到布线的质量。
1.模块划分
1.1 按功能划分
各种电路模块实现不同的功能，比如说时钟电路:放大电路:驱动电路:A/D、D/A转换电路; I/O电路、开关电源、滤波电路等等。
一个完整的设计可能包含了其中多种功能的电路模块。在进行PCB设计时，我们可依据信号流向，对整个电路进行模块划分。从而保证整个布局的合理性，达到整体布线路径短，各个模块互不交错，减少模块间互相干扰的可能性。
1.2 按频率划分
按照信号的工作频率和速率可以对电路模块进行划分:高、中、低渐次展开，互不交错。
1.3 按信号类型划分
按信号类型可以分为数字电路和模拟电路两部分。
为了降低数字电路对模拟电路的干扰，使他们能和平共处、达到兼容状态，在PCB布局时需要给他们定义不同的区域，从空间上进行必要的隔离，减小相互之间的耦合。对于数、模转换电路，如A/D、D/A转换电路，应该布放在数字电路和模拟电路的交界处，器件布放的方向应以信号的流向为前提，使信号引线最短，并使模拟部分的管脚位于模拟地上方，数字部分的管脚位于数字地上方。
1.4 综合布局
电路布局的一个原则，就是应该按照信号流向关系，尽可能做到使关键的高速信号走线最短，其次考虑电路板的整齐、美观。时钟信号应尽可能短，若时钟走线无法缩短，则应在时钟线
的两侧加屏蔽地线。对于比较敏感的信号线，也应考虑屏蔽措施。时钟电路具有较大的对外辐射，会对一些较敏感的电路，特别是模拟电路产生较大的影响,因此在电路布局时应让时钟电路远离其他无关电路:为了防止时钟信号的对外辐射，时钟电路般应远离I/O电路和电缆连接器。
低频数字I/O电路和模拟I/O电路应靠近连接器布放，时钟电路、高速电路和存储器等器件常布放在电路板的最靠近里边(远离拉手条) 的位置:中低速逻辑电路一般放在电路板的中间位置:如果有A/D、D/A电路，则一般放在电路板最中间的位置。
基本要点：
1.区域分割，不同功能种类的电路应该位于不同的区域，如对数字电路、模拟电路、接口电路、时钟、电源等进行分区。
2.数、模转换电路应布放在数字电路区域和模拟电路区域的交接处。
3.时钟电路、高速电路、存储器电路应布放在电路板最靠近里边(远离拉手条) 的位置;低频I/O电路和模拟IO电路应靠近HEAD头布放。
4.应该采用基于信号流的布局，使关键信号和高频信号的连线最短，而不是首先考虑电路板的整齐、美观。
5.功率放大与控制驱动部分远离屏蔽体的局部开孔,并尽快离开本板。
6.晶振、晶体等就近对应的IC放置。
7.基准电压源(模拟电压信号输入线、A/D变换参考电源) 要尽量远离数字信号。
2.特殊器件的布局
2.1 电源部分
在分散供电的单板上都要一个或者多个 DC/DC电源模块，加上与之相关的电路，如滤波，防护等电路共同构成单板电源输入部分。
现代的开关电源是EMI产生的重要源头，干扰频带可以达到300MHz以上，系统中多个单板都有自己独立的电源，但干扰却能通过背板或空间传播到其他的单板上 ，而单板供电线路越长，产生的问题越大，所以电源部分必须安装在单板电源入口处 。如果存在大面积的电源部分，也要求统一放在单板一测。下面是一个比较好的放置方法，也是大多数单板所采用的方法。
电源部分放置方向主要是考虑输入输出线的顺畅，避免交叉。
另外，因为往往单板的电源部分相对比较独立，而又常常会产生EMI的问题，所以推荐利用过孔带或分割线将电源部分和其他电路部分进行隔离，见下图:
2.2 时钟部分
时钟往往是单板最大的干扰源 ，也是进行PCB设计时最需要特殊处理的地方 。布局时一方面要使时钟源离单板板边(尤其是拉手条 距离尽量大，另一方面要使时钟输出到负载的走线尽量短。在布线部分中，我们提到对时钟线要优先考虑布内层，并进行必要的匹配、屏蔽等处理。
2.3 电感线圈
线圈(包括继电器) 是最有效的接受和发射磁场的器件 (在继电器选型时应尽量考虑采用固态继电器)。建议线圈放置在离 EMI源尽量远的地方，这些发射源可能是开关电源 、时钟输出、总线驱动等。
线圈下方PCB板上不能有高速走线或敏感的控制线 ，如果不能避免，就一定要考虑线圈的方向问题，要使场强方向和线圈的平面平行，保证穿过线圈的磁力线最少。
2.4 总线驱动部分
随着系统容量越来越大，总线速率越来越高，总线驱动能力要求也越来越高 ，而总线数量同时大量增加，而总线匹配难以做到十分完美，所以一般总线驱动器 (如16244) 附近的辐射场强很高，在部分单板的测量过程中，我们总线驱动部分是时钟之外的另一主要EMI源。
在布局上，要求总线驱动部分离单板拉手条的距离尽量远 ，减小对系统外的辐射，同时要求驱动后信号到宿的距离尽量靠近。如下图:
必要的时候可以考虑在大量的总线驱动部分加局部屏蔽体。
2.5 滤波器件
滤波措施是必不可少也是最常用的对策手段 ，原理设计中经常是注意到了很多的滤波措施比如去耦电容、三端电容、磁珠，电源滤波，接口滤波等，但在进行PCB设计时，如果滤波器件的位置放置不当，那么滤波效果将大打折扣，甚至起不到滤波作用。
滤波器件安装的一般考虑是就近原则。例如:
去耦电容要尽量靠近IC的电源管脚:
电源滤波要尽量靠近电源输入或电源输出:
局部功能模块的滤波要靠近模块的入口:
对外接口的滤波(如磁珠等) 要尽量靠近接插件等。下面的图给一个直观的范例:
