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概述（PCB的EMC设计和布局）1

第1章　整体上节省时间和降低成本5

1.1　使用这些EMC技术的原因5

1.1.1　发展趋势——降低成本和及时占领市场5

1.1.2　降低单位制造成本7

1.1.3　实现无线数据通信9

1.1.4　允许采用最新的IC设计和IC封装技术11

1.1.5　尽早符合大功率数字信号处理的EMC要求12

1.1.6　改善模拟电路的抗扰度12

1.2 “高速”意味着什么13

1.3　PCB的电子学发展趋势和它们在PCB上的执行16

1.3.1　芯片的缩小16

1.3.2　封装的缩小19

1.3.3　电源电压的降低20

1.3.4　PCB正在变得与任何硬件和软件同样重要21

1.3.5　EMC测试的发展趋势21

1.4　通过对设计技术管理来降低开发周期风险和返修率22

1.4.1　指导原则、数学公式和场求解器22

1.4.2　虚拟设计23

1.4.3　实验验证28

参考文献29

第2章　隔离和接口抑制30

2.1　隔离技术简介30

2.2　PCB层次上的屏蔽30

2.2.1　PCB层次上采取屏蔽措施的原因31

2.2.2　PCB层次上的屏蔽综述32

2.2.3　PCB上屏蔽罩壳的类型35

2.2.4　PCB上屏蔽罩壳的固定和安装37

2.2.5　PCB上屏蔽罩壳的材料38

2.2.6　屏蔽罩壳上的孔洞和缝隙39

2.2.7　截止频率以下的波导技术41

2.2.8　近场对屏蔽的影响43

2.2.9　空腔谐振44

2.3　互连接和屏蔽47

2.4　屏蔽和散热技术的组合应用51

2.5　环境问题52

2.6　PCB层次上的滤波53

2.6.1　PCB层次上采用滤波技术的原因53

2.6.2　PCB层次上的滤波技术综述53

2.6.3　高性能的滤波要求一个高质量的RF参考面55

2.6.4　单级低功率和信号PCB的滤波器设计55

2.6.5　PCB层次上的电源滤波器63

2.6.6　屏蔽连接器的滤波63

2.7　离板互连接的设置64

参考文献65

第3章　PCB与底板的搭接67

3.1　PCB与底板的搭接简介67

3.1.1　什么是底板68

3.1.2　什么是搭接69

3.1.3　混合型搭接73

3.1.4　地环路和传统惯例74

3.2　为什么要把PCB的0V参考面搭接到底板上75

3.2.1　降低转移阻抗75

3.2.2　更好地控制边缘场77

3.3　所关心的最高频率78

3.4　PCB和它的底板较为靠近的优点80

3.5　控制PCB-底板间的空腔谐振81

3.5.1　为什么和怎么会形成空腔谐振81

3.5.2　波长准则83

3.5.3　通过增加搭接点的数目来提高谐振频率84

3.5.4　假如无法使用足够的搭接点该怎么办88

3.5.5　扩展谐振频率的宽度来降低它的峰值幅度88

3.5.6　通过设计来避开引起问题频率上的谐振89

3.5.7　正确地选用电容器91

3.5.8　使用电阻器来阻尼空腔谐振91

3.5.9　使用吸波器来阻尼空腔谐振92

3.5.10　降低容性搭接的阻抗93

3.5.11　使用屏蔽技术94

3.5.12　使用全屏蔽的PCB组件95

3.6　子板和小背板95

参考文献96

第4章　0V参考面和电源参考面98

4.1　参考面简介98

4.2　参考面的设计问题101

4.2.1　参考面尺寸101

4.2.2　参考面中的缝隙和孔洞的处理103

4.2.3　网格化面和铜质充填108

4.2.4　器件与参考面间的连接109

4.2.5　隔热衬垫112

4.2.6　器件的设置113

4.2.7　充填和网格114

4.2.8　0V参考面中的谐振116

4.2.9　参考面对中的空腔谐振117

4.2.10　降低来自参考面对的侧边射击发射121

4.2.11　为主动信号或电源选择正确的通孔位置124

4.2.12　何时和如何变更线条的层次124

4.2.13　用于安装DC/DC变换器和时钟的元件层面125

4.3　0V参考面的分割已不再是一个良好的实践125

4.4　线条必须跨越一个分割的0V或电源参考面的情况129

4.5　高密度互连接、堆焊和微化孔PCB技术131

4.6　全屏蔽PCB组件132

参考文献135

第5章　包括掩埋电容在内的去耦合技术137

5.1　去耦合简介137

5.2　使用分列电容器的去耦合140

5.2.1　在电路的什么位置上需要使用去耦电容140

5.2.2　在IC和多芯片模块中设置去耦电容的好处141

5.2.3　需要使用多大电容量的去耦电容142

5.2.4　去耦电容的类型143

5.2.5　减小电流环路的布局144

5.2.6　去耦电容的串联谐振148

5.2.7　在去耦合中铁氧体的使用150

5.2.8　把一个去耦电容分割为二151

5.2.9　以并联的方式使用多个去耦电容152

5.2.10　降低去耦电容ESL的其他方法157

5.3　使用0V／电源参考面对的去耦合159

5.3.1　使用0V／电源参考面对的去耦合效益简介159

5.3.2　一个0V／电源参考面对的分布电容159

5.3.3　使用0V／电源参考面对时的PCB 0V和电源布线161

5.3.4　去耦电容的位置164

5.3.5 当使用0V／电源参考面对时如何消除去耦电容的并联谐振165

5.3.6　0V／电源参考面对中的空腔谐振166

5.3.7　用去耦电容搭接参考面来提高谐振频率168

5.3.8　由π型滤波器来向电源参考面岛供电169

5.3.9　阻尼空腔谐振的峰值171

5.3.10　参考面的扩展电感171

5.3.11　20H规则172

5.3.12　充分利用去耦电容串联谐振的优点173

5.3.13　去耦电容壁173

5.3.14　用于降低发射的其他0V／电源参考面对技术174

5.3.15　掩埋电容技术174

5.4　用于模拟电源总线阻抗的场求解器及其程序179

参考文献180

第6章　传输线183

6.1　PCB上的匹配传输线183

6.1.1　简介183

6.1.2　传播速度v和特性阻抗Z0186

6.1.3　阻抗非连续性效应187

6.1.4　保持Z0为恒定值的效果190

6.1.5　时域反射测量技术191

6.1.6　什么时候需要使用匹配传输线192

6.1.7　现代产品中使用匹配传输线的重要性197

6.1.8　问题的关键所在是信号的真实上升／下降时间197

6.1.9　噪声和抗扰度问题应该包括在设计考虑之中200

6.1.10　线条两端的波形计算202

6.1.11　两种常用类型的传输线203

6.1.12　共面传输线205

6.1.13　容性负载的影响206

6.1.14　PCB上设置测试线条的需要209

6.1.15　上升时间和频率之间的关系210

6.2　传输线的终端法211

6.2.1　终端法的类型212

6.2.2　驱动器的困难所在217

6.2.3　传输线匹配中折中方案的选择218

6.2.4　带有智能终端器的IC220

6.2.5　双向终端法220

6.2.6　非线性终端技术221

6.2.7　终端补偿222

6.2.8　传输线端头上终端器的位置223

6.3　传输线布线的制约223

6.3.1　一般布线原则223

6.3.2　通过电缆离开一个产品的传输线226

6.3.3　产品内部PCB间的互连接227

6.3.4　线条在PCB中变更层次229

6.3.5　线条穿越PCB参考面的沟槽或缝隙233

6.3.6　避免线条形成尖锐的拐角234

6.3.7　利用通孔或去耦电容连接返回电流平面235

6.3.8　通孔短截线的影响235

6.3.9　通孔周围区域布线的选择和影响237

6.3.10　PCB层叠和布线所造成的其他影响238

6.3.11　有关微带线的一些问题241

6.4　匹配差分传输线242

6.4.1　差分信号简介242

6.4.2　在差分传输线中的CM和DM特性阻抗244

6.4.3　离开PCB或穿越分割参考面的差分传输线247

6.4.4　差分信号传输中的失衡控制248

6.4.5　布线的非对称性254

6.5　介质材料的选择256

6.5.1　编织基板的影响256

6.5.2　其他类型的PCB介质258

6.6　匹配阻抗连接器259

6.7　屏蔽的PCB传输线261

6.7.1　沟道化带状线261

6.7.2　在PCB内部形成全屏蔽的传输线262

6.8　相关的一些其他问题263

6.8.1　阻抗匹配、变换和AC耦合263

6.8.2　留有安全裕度是一种良好的工程实践264

6.8.3　滤波265

6.8.4　CM扼流圈267

6.8.5　用串行数据总线代替并行总线267

6.8.6　FR4和铜材的损耗268

6.8.7　微带线涂敷所带来的问题269

6.8.8　搭接导线和插针的影响270

6.9　使用模拟器和求解器来帮助我们设计匹配传输线270

参考文献273

第7章　包括微化孔在内的布线和层叠技术277

7.1　布线、层叠和微化孔技术277

7.2　布线选择技术和技巧277

7.3　层叠278

7.3.1　从减小线条与参考面间距中获益279

7.3.2　从减小元件与参考面间距中获益280

7.3.3　铜平衡280

7.3.4　单层PCB283

7.3.5　双层PCB284

7.3.6　4层PCB285

7.3.7　6层PCB288

7.3.8　8层PCB290

7.3.9　多于8层的PCB291

7.3.10　在工程实践中PCB的层数和成本效益的考虑292

7.4　使用区域充填或网格化形成铜平衡的EMC问题294

7.5　PCB中的高密度互连接技术296

7.5.1　什么是HDI296

7.5.2 HDI的EMC优势297

7.5.3　HDI技术的选用和成本298

7.5.4　使用HDI技术时的PCB设计问题299

7.5.5　有关HDI技术的参考文献299

7.6　线条的电流容量299

7.6.1　承受浪涌和瞬态电流的能力299

7.6.2　PCB线条所能承受的最大连续DC和低频电流303

7.6.3　在PCB电源分配系统中的电压降303

7.6.4　PCB线条所能承受的连续RF电流303

7.6.5　关于电流承受能力计算的精确度考虑304

7.7　布局对瞬态和浪涌电压的承受能力305

7.7.1　线条与线条以及线条与金属体的间距305

7.7.2　由于必须符合降低危险物质限制指令所引起的EMC和安全问题306

参考文献308

第8章　PCB的EMC设计中最后需要提及的一些问题312

8.1　电源与PCB的连接312

8.2　低介电常数的介质313

8.3　IC的芯片级封装316

8.4　在板芯片316

8.5　PCB的散热问题317

8.5.1　散热器对EMC性能的影响317

8.5.2　散热器的RF谐振319

8.5.3　散热器与PCB参考面的搭接320

8.5.4　屏蔽和散热技术的结合使用326

8.5.5　其他可利用的散热技术328

8.5.6　用于功率器件的散热技术329

8.6　封装谐振331

8.7　消除用于探针板或飞行探头测试的测试盘332

8.8　未使用的I/O插针335

8.9　晶体和振荡器336

8.10　IC选用技巧336

8.11　传输线端头上的终端器位置337

8.12　电磁能带隙338

8.13　PCB设计中最后两个需要注意的细节340

8.14　密切注意PCB制造厂商对层次布局和层叠的改变340

8.15　生产过程中对EMC设计的检验342

8.15.1　在设计图上注明用于EMC设计的要点或所使用的关键元件343

8.15.2　EMC设计的质量控制步骤343

参考文献344

附录347

附录A　项目EMC寿命周期347

附录B　英文缩略语索引348