在高速電路板設計過程中，電磁兼容性設計是一個重點，也是難點。本文從層數設計和層的布局兩方面論述了如何減少耦合源傳播途徑等方面減少傳導耦合與輻射耦合所引起的電磁干擾，提高電磁兼容性。
在設計PCB時，對于單層板和雙層板而言，一般不用考慮電路板的疊層結構。只有在設計四層以上的PCB時，才需要考慮PCB的疊層設計和阻抗控制問題。今天在這里不討論PCB的阻抗控制方面的內容，主要討論一下PCB疊層設計和電磁兼容之間的關系。
在PCB疊層設計中，一般的參考原則是：
(1)在兩個電源地層之間的信號層為最好布線層。
(2)與電源地層相鄰的信號層為較好布線層。
(3)與電源正極層相鄰的信號層為次級布線層。
(4)在設計疊層結構時，需要考慮電磁干擾源在空間傳播特性上，距離越遠，衰減越快，對信號層干擾越小的原則。
(5)電源地層具有屏蔽電磁干擾源的作用，其一方面屏蔽和抑制自身信號線產生的干擾源對外輻射，解決自身輻射發射超標的問題;另外，其對外部干擾源也具備一定的屏蔽和抑制作用。
(6)電源正極層相對電源地層而言，對電磁干擾的屏蔽較弱。
(7)一般情況下，在設計疊層結構時，最好在內部疊層設計時，讓電源正極層和電源地層相鄰，以提高電源的穩定性。但是，也不絕對，為了提高屏蔽效果，在信號布線較少，元器件較少的情況下，為了提高產品的電磁兼容性，在做四層板疊層設計時，把頂層和底層作為電源地層，內部兩層可以設置一層信號層和一層電源正極層。
四層PCB的疊層設計一般采用頂層和底層為信號層，中間兩層為電源正極和電源地層。這樣的疊層設計，緊挨電源地層的信號布線層為相對較好的布線層，緊挨電源正極的信號布線層為次級布線層。一般情況下，建議把距離外殼較遠的信號布線層和地層放在緊挨在一起，這樣可以把敏感信號放在該信號層，把其它信號線設計在另外一層。這樣做的原因是基于干擾源通過外殼引入內部時，距離信號布線層越遠，信號衰減的越多，對敏感信號線的干擾相對較小。
PCB 板層設計與電磁兼容性密切相關，合理設計可顯著提升電子設備的抗干擾能力和輻射控制。以下是具體關系及設計要點：
電磁兼容性核心問題
電磁兼容性(EMC)指設備在復雜電磁環境中正常工作，同時避免對其他設備造成干擾。不當的PCB設計會導致信號失真、噪音過大、系統不穩定等問題，尤其在高速電路或模數混合電路中，單面板和雙面板因缺乏地線屏蔽，輻射增強且抗干擾能力下降。
層數配置原則
電源層：需根據電源數量和類型設計，單一電源可用單一電源層，高密度電路建議多個電源層分割供電。
信號層：需考慮信號特性，高頻信號或特殊信號需獨立分層并增加地平面屏蔽。
地層：與電源層相鄰可形成耦合電容，增強屏蔽效果。
布局優化策略
信號層位置：優先選擇與電源地層相鄰的信號層，減少干擾。
疊層結構：四層板設計中，頂層和底層設為電源地層，內部兩層分別設信號層和電源正極層，可提升屏蔽效果。
布線原則：避免長距離平行走線，減少輻射耦合路徑。
成本與性能平衡
在保證電磁兼容性的前提下，需權衡成本與層數設計。例如，高頻時鐘信號通常需要4層以上PCB以實現有效屏蔽。
1電磁兼容
電磁兼容(EMC)是一門綜合性學科，主要研究電磁干擾和抗干擾的問題。電磁兼容性是指電子設備或系統在規定的電磁環境電平下，不因電磁干擾而降低性能，同時它們本身產生的電磁輻射不大于檢定的極限電平，不影響其它電子設備或系統的正常運行，并達到設備與設備、系統與系統之間互不干擾、共同可靠地工作的要求。電磁兼容性 (EMC)包括兩個方面：產品的電磁輻射性和抗電磁干擾性口一個好的電子產品必須考慮電磁兼容問題，既不能有電磁輻射干擾其他電子設備，又要有較低的電磁敏感度，能抵抗規定的電磁干擾。電磁干擾是電磁騷擾引起的后果，它會使電子設備、傳輸通道、系統和印刷板組裝件的性能下降。印刷板作為電子設備的基礎部件，使用中同樣存在電場和磁場，有電、磁場存在就有電磁兼容問題，尤其是現代電子設備中大量采用數字電路、高速邏輯電路，信號的傳輸速度大大提高，這也增大了引起電磁輻射和受電磁干擾的因素，所以考慮電磁兼容問題是印刷電路板設計的重要內容。
2印刷電路板上抑制電磁干擾設計
由于PCB上的電子器件和線路的密集度不斷增加，而信號的頻率也不斷提高，不可避免地會引入E訛(電磁兼容)和陰I(電磁干擾)的問題。
外部的傳導干擾和輻射干擾對PCB上的電路基本無影響，實際上在設計中采取正確的措施常常能同時起到抗干擾和抑制發射的作用。在設計印刷電路板時，首先要根據實際需要，選擇合適的印制板類型(板材和板層)，然后是確定元器件在板上的位置，再依次布局，設計地線、信號線。
2.1印刷電路板的選取
印刷電路板有單面、雙面和多層板之分。單面和雙面板一般用于低、中密度布線的電路和集成度較低的電路。多層板適用于高密度布線、高集成度芯片的高速數字電路。從電磁兼容的角度來說，多層板可以減小線路板的電磁輻射并提高線路板的抗干擾能力。因為在多層板中，可以設置專門的電源層和地層，使信號線與地線之間的距離僅為線印刷電路板的層間距離。這樣板上所有信號的回路面積就可以降至最小，從而有效減小差模輻射。
2.2元器件的布局
設計印刷電路板不僅僅是簡單地將各個元器件之間用印制導線連接起來，更重要的是應當考慮電路的特點和要求，正確的擺放元器件
l)按電路單元和相互有連接關系的元器件應靠近布局。以減少元器件之間的走線和連線的長度，減低輻射和干擾。
2)按電路工作頻率或器件的開關速度的相對高低分區布局，從I/0端向板的遠端電路工作頻率依次降低分布，在較高頻率區內，高速震蕩器件不應靠近工/0端。
3)容易產生電磁輻射的元器件(如：時鐘、震蕩器等)，遠離電磁敏感器件或走線，必要時采取電磁屏蔽措施。
2.3信號線的布局
信號線的布置最好根據信號的流向順序安排，使電路板上的信號走向流暢。不相容的信號線應相互遠離，不要平行走線。同一層上的信號線保持一定間距，最好以相應地線回路隔離，減少線間信號串擾。分布在不同層上的信號線走向應相互垂直，這樣可以減少線間的電場和磁場禍合干擾。高速信號的回路面積盡可能小，以免發生輻射干擾。
1)高速信號線盡可能放在同一層，不要換層：2)使信號線平滑過度，避免由于線寬突變引起信號反射：3)印制線不要一部分緊鄰地線走，一部分不緊鄰造成阻抗突變;4)信號線不要離印制板邊緣太近，否則會引起特征阻抗變化，而且容易產生邊緣場，增加向外的輻射：5)對于導線特性阻抗要求嚴格的信號線，應采用帶狀線或微帶線的布線形式，有利于導線寬度、厚度和絕緣層厚度調整特性阻抗;6)當電路的工作頻率超過SMHz或器件的邊沿數率超過sns時，應優先選用多層板，有利于降低電磁干擾;7)高速信號傳輸線路中過孔盡量少，并且孔徑小，有利于降低孔的寄生電容，通常采用小孔徑的過孔、埋孔或盲孔。
2.4地線布局
1)將數字電路與模擬電路分開。電路板上既有高速邏輯電路，又有線性電路，應使它們盡量分開，兩者的地線不要相混，分別與電源端地線相連。要盡量加大線性電路的接地面積。
2)正確選擇單點接地與多點接地。在低頻電路中，信號的工作頻率小于1陽z，它的布線和器件間的電感影響較小，而接地電路形成的環流對干擾影響較大，因而應采用一點接地。當信號工作頻率大于10MHz時，地線阻抗變得很大，此時應盡量降低地線阻抗，應采用就近多點接地。
3)盡量加粗接地線。若接地線很細，接地電位則隨電流的變化而變化，致使電子設備的定時信號電平不穩，抗噪聲性能變壞。因此應將接地線盡量加粗，使它能通過三倍于印制電路板的允許電流。
4)地線上的隔離孔不應距離太近，隔離孔的絕緣環不能過大，以免形成無意的溝槽，影響上一層信號線的阻抗。
5)接地線構成閉環路。設計只由數字電路組成的印刷電路板的地線系統時，將接地線做成閉環路可以明顯的提高抗噪聲能力。
1電磁兼容
電磁兼容(EMC)是一門綜合性學科，主要研究電磁干擾和抗干擾的問題。電磁兼容性是指電子設備或系統在規定的電磁環境電平下，不因電磁干擾而降低性能，同時它們本身產生的電磁輻射不大于檢定的極限電平，不影響其它電子設備或系統的正常運行，并達到設備與設備、系統與系統之間互不干擾、共同可靠地工作的要求。電磁兼容性 (EMC)包括兩個方面：產品的電磁輻射性和抗電磁干擾性口一個好的電子產品必須考慮電磁兼容問題，既不能有電磁輻射干擾其他電子設備，又要有較低的電磁敏感度，能抵抗規定的電磁干擾。電磁干擾是電磁騷擾引起的后果，它會使電子設備、傳輸通道、系統和印刷板組裝件的性能下降。印刷板作為電子設備的基礎部件，使用中同樣存在電場和磁場，有電、磁場存在就有電磁兼容問題，尤其是現代電子設備中大量采用數字電路、高速邏輯電路，信號的傳輸速度大大提高，這也增大了引起電磁輻射和受電磁干擾的因素，所以考慮電磁兼容問題是印刷電路板設計的重要內容。
2印刷電路板上抑制電磁干擾設計
由于PCB上的電子器件和線路的密集度不斷增加，而信號的頻率也不斷提高，不可避免地會引入E訛(電磁兼容)和陰I(電磁干擾)的問題。
外部的傳導干擾和輻射干擾對PCB上的電路基本無影響，實際上在設計中采取正確的措施常常能同時起到抗干擾和抑制發射的作用。在設計印刷電路板時，首先要根據實際需要，選擇合適的印制板類型(板材和板層)，然后是確定元器件在板上的位置，再依次布局，設計地線、信號線。
2.1印刷電路板的選取
印刷電路板有單面、雙面和多層板之分。單面和雙面板一般用于低、中密度布線的電路和集成度較低的電路。多層板適用于高密度布線、高集成度芯片的高速數字電路。從電磁兼容的角度來說，多層板可以減小線路板的電磁輻射并提高線路板的抗干擾能力。因為在多層板中，可以設置專門的電源層和地層，使信號線與地線之間的距離僅為線印刷電路板的層間距離。這樣板上所有信號的回路面積就可以降至最小，從而有效減小差模輻射。
2.2元器件的布局
設計印刷電路板不僅僅是簡單地將各個元器件之間用印制導線連接起來，更重要的是應當考慮電路的特點和要求，正確的擺放元器件
l)按電路單元和相互有連接關系的元器件應靠近布局。以減少元器件之間的走線和連線的長度，減低輻射和干擾。
2)按電路工作頻率或器件的開關速度的相對高低分區布局，從I/0端向板的遠端電路工作頻率依次降低分布，在較高頻率區內，高速震蕩器件不應靠近工/0端。
3)容易產生電磁輻射的元器件(如：時鐘、震蕩器等)，遠離電磁敏感器件或走線，必要時采取電磁屏蔽措施。
2.3信號線的布局
信號線的布置最好根據信號的流向順序安排，使電路板上的信號走向流暢。不相容的信號線應相互遠離，不要平行走線。同一層上的信號線保持一定間距，最好以相應地線回路隔離，減少線間信號串擾。分布在不同層上的信號線走向應相互垂直，這樣可以減少線間的電場和磁場禍合干擾。高速信號的回路面積盡可能小，以免發生輻射干擾。
1)高速信號線盡可能放在同一層，不要換層：2)使信號線平滑過度，避免由于線寬突變引起信號反射：3)印制線不要一部分緊鄰地線走，一部分不緊鄰造成阻抗突變;4)信號線不要離印制板邊緣太近，否則會引起特征阻抗變化，而且容易產生邊緣場，增加向外的輻射：5)對于導線特性阻抗要求嚴格的信號線，應采用帶狀線或微帶線的布線形式，有利于導線寬度、厚度和絕緣層厚度調整特性阻抗;6)當電路的工作頻率超過SMHz或器件的邊沿數率超過sns時，應優先選用多層板，有利于降低電磁干擾;7)高速信號傳輸線路中過孔盡量少，并且孔徑小，有利于降低孔的寄生電容，通常采用小孔徑的過孔、埋孔或盲孔。
2.4地線布局
1)將數字電路與模擬電路分開。電路板上既有高速邏輯電路，又有線性電路，應使它們盡量分開，兩者的地線不要相混，分別與電源端地線相連。要盡量加大線性電路的接地面積。
2)正確選擇單點接地與多點接地。在低頻電路中，信號的工作頻率小于1陽z，它的布線和器件間的電感影響較小，而接地電路形成的環流對干擾影響較大，因而應采用一點接地。當信號工作頻率大于10MHz時，地線阻抗變得很大，此時應盡量降低地線阻抗，應采用就近多點接地。
3)盡量加粗接地線。若接地線很細，接地電位則隨電流的變化而變化，致使電子設備的定時信號電平不穩，抗噪聲性能變壞。因此應將接地線盡量加粗，使它能通過三倍于印制電路板的允許電流。
4)地線上的隔離孔不應距離太近，隔離孔的絕緣環不能過大，以免形成無意的溝槽，影響上一層信號線的阻抗。
5)接地線構成閉環路。設計只由數字電路組成的印刷電路板的地線系統時，將接地線做成閉環路可以明顯的提高抗噪聲能力。
2.5印刷導線的寬度
導線寬度應以滿足電氣性能而又便于生產為宜，它的最小值以承受的電流而定，但最小不宜小于0.Zmln，在高密度、高精度的印刷線路中，導線寬度和間距一般可取0.3nnn;導線寬度在大電流情況下還應考慮到其溫升，單面板試驗表明，當銅箔厚度為SOum、導線寬度1一1.smm、通過電流為2A時，溫升很小。
在DIP封裝的走線間，當兩腳間通過2根線時，焊盤直徑可設為50mil，線寬與線距都為10耐l;當兩腳間只通過1根導線時，焊盤直徑可設為64011，線寬與直徑都為12mil。
3軟件抗干擾措施
采用看門狗電路防止由于外界干擾硬件故障及程序出錯致使系統停機中斷或程序進入死循環;采用軟件濾波方法剔除高頻脈沖干擾。
4小結
印制電路板中的電磁兼容問題很復雜，要針對具體問題采取相應的措施。設計中善于采用新的設計手段，吸取先進的設計經驗，利用成熟的安裝工藝，有效的減少電磁干擾。隨著PCB工藝的不斷提高和電磁兼容學的深入發展，其電子產品的電磁兼容性能也將會有顯著的提高。
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