PCB板中的EMC设计指南和整改方法

ysw_1982

  Guildlines
  1. 一般规则
  1.1 PCB板上预划分数字、模拟、DAA信号布线区域。
  1.2 数字、模拟元器件及相应走线尽量分开并放置於各自的布线区域内。
  1.3 高速数字信号走线尽量短。
  1.4 敏感模拟信号走线尽量短。
  1.5 合理分配电源和地。
  1.6 DGND、AGND、实地分开。
  1.7 电源及临界信号走线使用宽线。
  1.8 数字电路放置於并行总线/串行DTE接口附近，DAA电路放置於电话线接口附近。

  2. 元器件放置
  2.1 在系统电路原理图中：
  a) 划分数字、模拟、DAA电路及其相关电路；
  b) 在各个电路中划分数字、模拟、混合数字/模拟元器件；
  c) 注意各IC芯片电源和信号引脚的定位。
  2.2 初步划分数字、模拟、DAA电路在PCB板上的布线区域(一般比例 2/1/1)，数字、模拟元器件及其相应走线尽量远离并限定在各自的布线区域内。
  Note:当DAA电路占较大比重时，会有较多控制/状态信号走线穿越其布线区域，可根据当地规则限定做调整，如元器件间距、高压抑制、电流限制等。
  2.3 初步划分完毕後，从Connector和Jack开始放置元器件：
  a) Connector和Jack周围留出插件的位置；
  b) 元器件周围留出电源和地走线的空间；
  c) Socket周围留出相应插件的位置。
  2.4 首先放置混合型元器件(如Modem器件、A/D、D/A转换芯片等)：
  a) 确定元器件放置方向，尽量使数字信号及模拟信号引脚朝向各自布线区域；
  b) 将元器件放置在数字和模拟信号布线区域的交界处。
  2.5 放置所有的模拟器件：
  a) 放置模拟电路元器件，包括DAA电路；
  b) 模拟器件相互靠近且放置在PCB上包含TXA1、TXA2、RIN、VC、VREF信号走线的一面；
  c) TXA1、TXA2、RIN、VC、VREF信号走线周围避免放置高噪声元器件；
  d) 对於串行DTE模块，DTE EIA/TIA-232-E
  系列接口信号的接收/驱动器尽量靠近Connector并远离高频时钟信号走线，以减少/避免每条线上增加的噪声抑制器件，如阻流圈和电容等。
  2.6 放置数字元器件及去耦电容：
  a) 数字元器件集中放置以减少走线长度；
  b) 在IC的电源/地间放置0.1uF的去耦电容，连接走线尽量短以减小EMI；
  c) 对并行总线模块，元器件紧靠
  Connector边缘放置，以符合应用总线接口标准，如ISA总线走线长度限定在2.5in；
  d) 对串行DTE模块，接口电路靠近Connector；
  e) 晶振电路尽量靠近其驱动器件。
  2.7 各区域的地线，通常用0 Ohm电阻或bead在一点或多点相连。
  3. 信号走线
  3.1 Modem信号走线中，易产生噪声的信号线和易受干扰的信号线尽量远离，如无法避免时要用中性信号线隔离。
Modem易产生噪声的信号引脚、中性信号引脚、易受干扰的信号引脚如下表所示：
===============================================================
| Noise Source | neutral | noise
sensitive
-----------+----------------+----------------+-----------------
VDD,GND, AGND | | 31,38,34,37 |
-----------+----------------+----------------+-----------------
Crystal | 52,53 | |
-----------+----------------+----------------+-----------------
Reset | | 35 |
-----------+----------------+----------------+-----------------
Memory BUS| 1-6,9-10,12-13 | |
| 43-50,58-68 | |

-----------+----------------+----------------+-----------------
NVRAM | | 39,42 |

-----------+----------------+----------------+-----------------
Telephone | | 7-8,36,51,54 | 24-25,30,32-33
-----------+----------------+----------------+-----------------
Audio | | | 23,26-29
-----------+----------------+----------------+-----------------
串行DTE | 40-41 | 11,14-22,55-57 |
===============================================================
===============================================================
| Noise Source | neutral | noise
sensitive
-----------+----------------+----------------+-----------------
VDD,GND, AGND | | 31,38,34,37 |

-----------+----------------+----------------+-----------------
Crystal | 52,53 | |

-----------+----------------+----------------+-----------------
Reset | | 35 |

-----------+----------------+----------------+-----------------
Memory BUS| 1-6,9-10,12-13 | |
| 43-50,58-68 | |
-----------+----------------+----------------+-----------------
NVRAM | | 39,42 |
-----------+----------------+----------------+-----------------
Telephone | | 7-8,36,51,54 | 24-25,30,32-33
-----------+----------------+----------------+-----------------
Audio | | | 23,26-29
-----------+----------------+----------------+-----------------
并行总线 | 11,14-22,40-41 | |
| 55-57 | |
===============================================================
  3.2 数字信号走线尽量放置在数字信号布线区域内；
  模拟信号走线尽量放置在模拟信号布线区域内；
  (可预先放置隔离走线加以限定，以防走线布出布线区域)
  数字信号走线和模拟信号走线垂直以减小交叉耦合。
  3.3 使用隔离走线(通常为地)将模拟信号走线限定在模拟信号布线区域。
  a) 模拟区隔离地走线环绕模拟信号布线区域布在PCB板两面，线宽50-100mil；
  b) 数字区隔离地走线环绕数字信号布线区域布在PCB板两面，线宽50-100mil，其中一面PCB板边应布200mil宽度。
  3.4 并行总线接口信号走线线宽>10mil(一般为12-15mil)，如/HCS、/HRD、/HWT、/RESET。
  3.5 模拟信号走线线宽>10mil(一般为12-15mil)，如MICM、MICV、SPKV、VC、VREF、TXA1、TXA2、RXA、TELIN、TELOUT。
  3.6 所有其它信号走线尽量宽，线宽>5mil(一般为 10mil)，元器件间走线尽量短(放置器件时应预先考虑)。
  3.7 旁路电容到相应IC的走线线宽>25mil，并尽量避免使用过孔。
  3.8 通过不同区域的信号线(如典型的低速控制/状态信号)应在一点(首选)或两点通过隔离地线。如果走线只位於一面，隔离地线可走到PCB的另一面以跳过信号走线而保持连续。
  3.9 高频信号走线避免使用90度角弯转，应使用平滑圆弧或45度角。
  3.10 高频信号走线应减少使用过孔连接。
  3.11 所有信号走线远离晶振电路。
  3.12 对高频信号走线应采用单一连续走线，避免出现从一点延伸出几段走线的情况。
  3.13 DAA电路中，穿孔周围(所有层面)留出至少60mil的空间。
  3.14 清除地线环路，以防意外电流回馈影响电源.

4. 电源
  4.1 确定电源连接关系。
  4.2 数字信号布线区域中，用10uF电解电容或钽电容与0.1uF瓷片电容并联後接在电源/地之间.在PCB板电源入口端和最远端各放置一处，以防电源尖峰脉冲引发的噪声干扰。
  4.3 对双面板，在用电电路相同层面中，用两边线宽为 200mil的电源走线环绕该电路。(另一面须用数字地做相同处理)
  4.4 一般地，先布电源走线，再布信号走线。

  5. 地
  5.1双面板中，数字和模拟元器件(除DAA)周围及下方未使用之区域用数字地或模拟地区域填充，各层面同类地区域连接在一起，不同层面同类地区域通过多个过孔相连:Modem DGND引脚接至数字地区域，AGND引脚接至模拟地区域;数字地区域和模拟地区域用一条直的空隙隔开。
  5.2 四层板中，使用数字和模拟地区域覆盖数字和模拟元器件(除DAA)；Modem DGND引脚接至数字地区域，AGND引脚接至模拟地区域;数字地区域和模拟地区域用一条直的空隙隔开。
  5.3 如设计中须EMI过滤器，应在接口插座端预留一定空间，绝大多数EMI器件(Bead/电容)均可放置在该区域;未使用之区域用地区域填充，如有屏蔽外壳也须与之相连。
  5.4 每个功能模块电源应分开。功能模块可分为：并行总线接口、显示、数字电路(SRAM、EPROM、Modem)和DAA等，每个功能模块的电源/地只能在电源/地的源点相连。
  5.5 对串行DTE模块，使用去耦电容减少电源耦合，对电话线也可做相同处理。
  5.6 地线通过一点相连，如可能，使用Bead；如抑制EMI需要，允许地线在其它地方相连。
  5.7 所有地线走线尽量宽，25-50mil。
  5.8 所有IC电源/地间的电容走线尽量短，并不要使用过孔。

  6. 晶振电路
  6.1 所有连到晶振输入/输出端(如XTLI、XTLO)的走线尽量短，以减少噪声干扰及分布电容对Crystal的影响。XTLO走线尽量短，且弯转角度不小於45度。(因XTLO连接至上升时间快，大电流之驱动器)
  6.2 双面板中没有地线层，晶振电容地线应使用尽量宽的短线连接至器件上

  离晶振最近的DGND引脚，且尽量减少过孔。
  6.3 如可能，晶振外壳接地。
  6.4 在XTLO引脚与晶振/电容节点处接一个100 Ohm电阻。
  6.5 晶振电容的地直接连接至 Modem的GND引脚，不要使用地线区域或地线走线来连接电容和Modem的GND引脚。
  7. 使用EIA/TIA-232接口的独立Modem设计
  7.1 使用金属外壳。如果须用塑料外壳，应在内部贴金属箔片或喷导电物质以减小EMI。
  7.2 各电源线上放置相同模式的Choke。
  7.3 元器件放置在一起并紧靠EIA/TIA-232接口的Connector。
  7.4 所有EIA/TIA-232器件从电源源点单独连接电源/地。电源/地的源点应为板上电源输入端或调压芯片的输出端。
  7.5 EIA/TIA-232电缆信号地接至数字地。
  7.6 以下情况EIA/TIA-232电缆屏蔽不用接至Modem外壳;空接;通过Bead接到数字地;EIA/TIA-232电缆靠近Modem外壳处放置一磁环时直接连到数字地。

  8. VC及VREF电路电容走线尽量短，且位於中性区域。
  8.1 10uF VC电解电容正极与0.1uF VC电容的连接端通过独立走线连至Modem的VC引脚(PIN24)。
  8.2 10uF VC电解电容负极与0.1uF VC电容的连接端通过Bead後用独立走线连至Modem的AGND引脚(PIN34)。
  8.3 10uF VREF电解电容正极与0.1uF VC电容的连接端通过独立走线连至Modem的VREF引脚(PIN25)。
  8.4 10uF VREF电解电容负极与0.1uF VC电容的连接端通过独立走线连至Modem的VC引脚(PIN24)；注意与8.1走线相独立。
VREF ------+--------+
┿ 10u ┿ 0.1u
VC ------+--------+
┿ 10u ┿ 0.1u
+--------+-----~~~~~---+ AGND
使用之Bead应满足：
100MHz时，阻抗=70W;;
额定电流=200mA;;
最大电阻=0.5W。

  9. 电话和Handset接口
  9.1 Tip和Ring线接口处放置Choke。
  9.2 电话线的去耦方法与电源去耦类似，使用增加电感组合体、Choke、电容等方法。但电话线的去耦比电源去耦更困难也更值得注意，一般做法是预留这些器件的位置，以便性能/EMI测试认证时调整。
  9.3 Tip和Ring线到数字地间放置耐压高的滤波电容(0.001uF/1KV)