印制電路板（PCB）易于制造，性能可靠，價格便宜，因此廣泛地應(yīng)用于各種電子設(shè)備中。近年來，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，印制電路板上微處理器和邏輯電路中的（時鐘）速率越來越快，信號的上升/下降時間越來越短，同時，板上器件密度和布線密度不斷增加，印制電路板的電磁兼容問題變得日益突出。

    在電磁兼容層面分析印制電路板，要考慮三個基本問題：

● 保證信號在板上可靠地傳輸，確保信號的完整性（Signal Integrity);

● 抑制電磁干擾(EMI)的傳播;

● 加強防護，防止因為抗擾度不足引起靈敏度故障(Susceptibility Failure)。

對于相對低頻的信號(信號的頻譜上限為100MHz) ，通?？梢圆豢紤]上述的問題。 但是當(dāng)信號波長(λ)與信號線長度(l)可相互比擬時(l≥0.1λ) ，就需要考慮印制線的幾何尺寸，布線，線間間隔以及傳輸信號的上升，下降時間，脈沖寬度與周期等因素，以致需要用傳輸線理論(在某些場合需要用微波理論)來正確地分析信號的傳播。

    印制電路板上的印制線通?？梢杂梦Ь€或帶狀線模型來模擬。微帶線模型由介質(zhì)基片一邊的導(dǎo)體帶和基片另一邊的金屬接地板構(gòu)成，它可用來模擬PCB 表面層的印制導(dǎo)線。帶狀線模型由上下接地導(dǎo)體和中間導(dǎo)體帶構(gòu)成，接地板和導(dǎo)體帶之間是絕緣介質(zhì)，它可以模擬多層PCB中間層的印制導(dǎo)線。

1 信號完整性

PCB上的信號完整性問題主要包括時延，阻抗不匹配，地彈跳(Ground Bounce) ，串音等。信號完整性問題會影響電子器件的穩(wěn)定工作。

1) 信號時延:對于高頻信號，傳輸時延應(yīng)該是電路設(shè)計者考慮的最基本的問題之一。傳輸時延與信號線的長度，信號傳輸速度的關(guān)系如下:

式中:c 真空中的光速；ε_reff 有效的相對電導(dǎo)率；lp信號線的長度。

ε_reff與傳輸線周圍介質(zhì)有關(guān),對于微帶傳輸線來說, ε_reff介于板的相對電導(dǎo)率與空氣相對電導(dǎo)率之間,在大多數(shù)系統(tǒng)中,信號傳輸線長度是影響時鐘脈沖相位差(clock skew)的最直接因素.時鐘脈沖相位差是指同時產(chǎn)生的兩個時鐘信號,到達接收端的時間不同步,時鐘脈沖相位差降低了信號沿到達的可預(yù)測性,如果時鐘脈沖相位差太大,會在接收端產(chǎn)生錯誤的信號,如圖1所示.傳輸線時延已經(jīng)成為時鐘脈沖周期(Clock Cycle)中的重要部分。

圖1 傳輸時延對信號地影響

2) 阻抗不匹配:阻抗不匹配可以由驅(qū)動源，傳輸線和負載的阻抗不同引起，也可由傳輸線的不連續(xù)(例如導(dǎo)通孔，短截線)引起，另外由于返回路徑上局部電感，電容的變化，返回路徑不連續(xù)也會導(dǎo)致阻抗不連續(xù)。這種阻抗的不匹配，會導(dǎo)致反射和阻尼振蕩。反射會引起信號的振鈴(Ringing)現(xiàn)象，即在穩(wěn)態(tài)信號上下產(chǎn)生的電壓過沖和下沖現(xiàn)象，如圖2 所示。為了將電壓的過沖/下沖限制在合理的范圍內(nèi)(不超出穩(wěn)態(tài)值的10%-15%) ，應(yīng)該遵循下面這樣一個原則：信號的上升時間要小于信號在印制導(dǎo)線上來回引起的傳輸時延。即：

tr≤2lp/tppd

式中:tr 指信號的上升時間；lp 信號線的長度；tppd 信號線單位長度引起的延時。

振鈴現(xiàn)象可能會導(dǎo)致誤觸發(fā)，為了消除振鈴現(xiàn)象的影響，方法之一就是等待信號穩(wěn)定下來，但這又會減小系統(tǒng)最大可能的時鐘速率。

圖2 反射引起的振鈴現(xiàn)象

3) 地彈跳(Ground Bounce):所謂地彈跳，是指在某一集成電路開關(guān)時，由于PCB 的地線以及集成電路的接地引線具有一定的電感，相應(yīng)會引起器件內(nèi)部地電位短暫的沖擊或下降。而來自其它器件的輸入驅(qū)動信號，或者由此器件輸出信號所驅(qū)動的其他器件，都是以外部系統(tǒng)地為參考的。這種參考地電位的不一致，可能會導(dǎo)致器件的輸入門檻或輸出電平的改變，從而給高速PCB 的設(shè)計帶來問題。對于電源來說，也存在類似的問題。

4) 串音:通?？煞譃閮刹糠?，即公共阻抗耦合和電磁場耦合。公共阻抗耦合是因為不同信號共用公共返回路徑引起的，這種耦合通常在低頻時起決定作用。電磁場耦合又可分為電感耦合與電容耦合。串音屬于近場問題，在PCB上，串音與線的長度，線的間距，線中傳輸信號的方向以及參考地平面的狀況有關(guān)。例如地平面上的裂縫(Split)會使跨越裂縫的鄰近線路的串音增加，引起信號波形畸變。

2 減小傳導(dǎo)發(fā)射和輻射發(fā)射

電磁干擾問題主要包括傳導(dǎo)發(fā)射和輻射發(fā)射問題。電磁兼容中所謂的發(fā)射，是指"從源向外發(fā)出電磁能的現(xiàn)象"，與一般通信領(lǐng)域中人為的向外發(fā)射電磁波不同，PCB 中的發(fā)射常常是無意的。輻射發(fā)射標(biāo)準(zhǔn)通常覆蓋30MHz-1GHz的范圍，在不久的將來將擴展至5-40GHz。對于傳導(dǎo)發(fā)射，F(xiàn)CC將范圍限制在0.45-30MHz ，而CISPR 將下限延伸0.15MHz。

濾波是抑制傳導(dǎo)發(fā)射的一種重要方法。對離開PCB 板的信號線進行濾波，可以抑制傳導(dǎo)發(fā)射的傳播。

高頻時，PCB 上的印制線就像一個單極天線(Mono-pole Antennas)或環(huán)形天線(Loop Antennas) ，向外輻射能量。輻射發(fā)射可以分為兩種基本類型:差模輻射和共模輻射。

差模輻射是由于閉合環(huán)路中的電流(即所謂的差模電流)引起的。輻射的強度與環(huán)的面積，電流的大小及頻率的平方成正比。通過減小上述因素，尤其是頻率，可以減小輻射的強度。另外，環(huán)的輻射具有方向性，一個小電流環(huán)的電場輻射值在環(huán)所處的平面上最大，而在環(huán)的軸向上最小。

共模輻射是由寄生效應(yīng)，例如地線層，電源層或電纜上的感應(yīng)電流(所謂的共模電流)引起的。共模輻射與一個單極天線類似，輻射的強度與單位線長中的電流及頻率有關(guān)，但對方向不敏感。

    由于差模電流產(chǎn)生的輻射是相減的，而共模電流產(chǎn)生的輻射是相加的，所以即使共模電流比差模電流小的多，也會產(chǎn)生程度相當(dāng)?shù)妮椛鋱?。例如，長為1m的電纜，其中間距為1.2mm的兩導(dǎo)線中流有30MHz,20mA的差模電流，會在3m外產(chǎn)生100uV/m輻射電場，而對共模電流來說，只需要8uA的電流就能產(chǎn)生同樣程度的輻射。 在進行遠場分析時，必須考慮共模輻射。

3 加強防護

    防護的強度，隨產(chǎn)品的用途而定。對于無關(guān)緊要的電子產(chǎn)品，就不需要專門的防護。而對于**的電子產(chǎn)品及用于電廠與電網(wǎng)控制的電子設(shè)備，就需要加以最高等級的防護，因為即使是在極端情況下，也要保證這些設(shè)備能正常工作。

4 結(jié)論

    在設(shè)計印制電路板時，必須考慮電磁兼容問題，以確保設(shè)計功能的實現(xiàn)。在高頻時，簡單的電路模擬可能不再適用，而需要用傳輸線理論或微波理論來分析遇到的問題。