多层高速PCB设计学习笔记（二）基本设计原则及EMC分析
系列文章目录
多层高速PCB设计学习（一）初探基本知识（附单层设计补充）
多层高速PCB设计学习笔记（二）基本设计原则及EMC分析
多层高速PCB设计学习笔记（三） GND的种类及PCB中GND布线实战
多层高速PCB设计学习笔记（四）四层板实战（上）之常见模块要求
多层高速PCB设计学习笔记（五）四层板实战（下）之阻抗控制计算（SI9000）
目录
- 系列文章目录
- 前言
- 设计原则
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- 5-5原则
- 20H原则
- 3W/4W/10W原则
- 元器件特性分析
- EMC问题从何产生
- 信号回流
- 天线
前言
之前学习了多层板的基本层叠结构以及一些布局布线的规则，继续学习PCB的设计原则
设计原则
5-5原则
印制板层数选择规则，即时钟频率到5MHz或脉冲上升时间小于5ns，则PCB板须采用多层板。，有的时候出于成本等因素的考虑，采用双层板结构时，这种情况下，最好将印制板的一面做为一个完整的地平面层。
20H原则
电源层相对地层内缩20H的距离，当然也是为抑制边缘辐射效应。在板的边缘会向外辐射电磁干扰。
将电源层内缩，使得电场只在接地层的范围内传导。有效的提高了EMC。若内缩20H则可以将70%的电场限制在接地边沿内；内缩100H则可以将98%的电场限制在内。
具体内缩多少：确保电源平面的边缘要比0V平面边缘至少缩入相当于两个平面间层距的20倍。 降低来自0V/电源平面结构的侧边射击发射技术（抑制边缘辐射效应）
但是也只是在一些特殊的东西下起作用：
1、在电源总线中电流波动的上升/下降时间要小于1ns。
2、电源平面要处在PCB的内部层面上，并且与它相邻的上下两个层面都为0v平面。这两个0v平面向外延伸的距离至少要相当于它们各自与电源平面间层距的20倍。
3、在所关心的任何频率上，电源总线结构不会产生谐振。
4、PCB的总导数至少为8层或更多。
经验：一般按照经验值GND层相对板框内给20mil，PWR层相对板框内层60mil。也即是说，电源相对地内缩40mil.同时对于移动式设备来说在内缩的距离里面隔150mil左右放置一圈GND过孔
3W/4W/10W原则
3W/4W原则主要目的是抑制电磁辐射，放置距离太近发生串扰，故走线间尽量遵循3W原则，即线与线之间保持3倍线宽的距离，差分线GAP间距满足4W。如果线中心距不少于3倍线宽时，则可保持70%的线间电场不互相干扰，称为3W规则。如要达到98%的电场不互相干扰，可使用10W规则。一般在设计过程中因走线过密无法所有的信号线都满足3W的话，我们可以只将敏感信号采用3W处理，比如时钟信号、复位信号。
走线会向外辐射圆柱状的电磁波，会出现能量的耦合，两个之间就会产生互感，所以高频变化很快，那个磁生电现象会很严重。
元器件特性分析
元器件在高频电路下，特性发生了变化，阻抗也要重新计算。
上图就是电容的性质变化。
例如如果要利用电容的容性时，就要考虑自谐振频率，不要频率太高最后是感抗特性。
EMC问题从何产生
EMC：Electromagnetic Magnetic Compatibility，即电磁兼容性。要求该设备或网络系统能够在比较恶劣的电磁环境中正常工作，同时有不能辐射过量的电磁波干扰周围其它设备及网络的正常工作。
EMI：Electromagnetic Interference，指电子产品工作会对周边的其他电子产品造成干扰。
EMS：Electro Magnetic Susceptibility，电磁抗干扰，在一定环境中机器设备和系统具有对所在环境中存在的电磁干扰有一定程度的抗扰度的能力，即电磁敏感性。
信号回流
低频信号回流选择阻抗最低路径，高频信号回流选择感抗最低的路径。电子流的特性之一就是电子从不在任何地方停留，无论电流流到哪里，必然要回来，因此电流总是在环路中流动，从源到负载然后从负载到源。电路中任意的信号都以一个闭合回路的形式存在。
但是发射出去时，布线是做不到直线连过去，这就不可避免了。（我现在认为，如果连接两引脚，那么应该以这两个的直线连线为基准，布线尽量不要偏离这条基准线太多，之间尽量不要有紧密的过孔割裂地平面）（这个理解应该是低频信号下的）
当信号频率小于等于1kHz时，大部分电流直接从铜箔上返回，即电阻最小路径。当信号大于100kHz时，信号直接从铜箔处返回的电流几乎为零，而是都从印制线的镜像两侧分布返回，走阻抗最小的路径。
图中绿色的就是返回路径
环路电感：与环路面积成正比
可以把每个回路看成是一个感应线圈，当某个回路中有电流流过时，另外一个回路就会产生感应电动势，从而产生干扰。因此，减少干扰的最有效方法就是尽量减少每个回路的有效面积。
天线
电磁波辐射有两个必要的条件，一是交变电流，二是天线。其实在实际的设备存在着各种各样的寄生天线，想办法消除寄生天线，也是电磁兼容设计的目的之一。
天线的回路是通过天线两背间的分布电容而形成的。即天线通过空气有一个电流回路。
常见的两种天线：
偶极子天线：
是有一对相同极子的天线。
环形天线：
信号发射出现再通过GND返回，且会寻找最小阻抗返回。（尽量减小环路面积），产生的主要原因就是过孔打的太密集，把地平面给割裂了，回来的时候就要绕圈，就会产生各种辐射。
坏例子：
好例子：
