印制電路板（PCB）易于制造，性能可靠，價(jià)格便宜，因此廣泛地應用于各種電子設備中。近年來(lái)，隨著(zhù)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(shí)鐘）速率越來(lái)越快，信號的上升/下降時(shí)間越來(lái)越短，同時(shí)，板上器件密度和布線(xiàn)密度不斷增加，印制電路板的電磁兼容問(wèn)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(gè)基本問(wèn)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(wèn)題。 但是當信號波長(cháng)(λ)與信號線(xiàn)長(cháng)度(l)可相互比擬時(shí)(l≥0.1λ) ，就需要考慮印制線(xiàn)的幾何尺寸，布線(xiàn)，線(xiàn)間間隔以及傳輸信號的上升，下降時(shí)間，脈沖寬度與周期等因素，以致需要用傳輸線(xiàn)理論(在某些場(chǎng)合需要用微波理論)來(lái)正確地分析信號的傳播。

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

1 信號完整性

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

1) 信號時(shí)延:對于高頻信號，傳輸時(shí)延應該是電路設計者考慮的*基本的問(wèn)題之一。傳輸時(shí)延與信號線(xiàn)的長(cháng)度，信號傳輸速度的關(guān)系如下:

式中:c 真空中的光速；ε_reff 有效的相對電導率；lp信號線(xiàn)的長(cháng)度。

ε_reff與傳輸線(xiàn)周?chē)橘|(zhì)有關(guān),對于微帶傳輸線(xiàn)來(lái)說(shuō), ε_reff介于板的相對電導率與空氣相對電導率之間,在大多數系統中,信號傳輸線(xiàn)長(cháng)度是影響時(shí)鐘脈沖相位差(clock skew)的*直接因素.時(shí)鐘脈沖相位差是指同時(shí)產(chǎn)生的兩個(gè)時(shí)鐘信號,到達接收端的時(shí)間不同步,時(shí)鐘脈沖相位差降低了信號沿到達的可預測性,如果時(shí)鐘脈沖相位差太大,會(huì )在接收端產(chǎn)生錯誤的信號,如圖1所示.傳輸線(xiàn)時(shí)延已經(jīng)成為時(shí)鐘脈沖周期(Clock Cycle)中的重要部分。

圖1 傳輸時(shí)延對信號地影響

2) 阻抗不匹配:阻抗不匹配可以由驅動(dòng)源，傳輸線(xiàn)和負載的阻抗不同引起，也可由傳輸線(xiàn)的不連續(例如導通孔，短截線(xiàn))引起，另外由于返回路徑上局部電感，電容的變化，返回路徑不連續也會(huì )導致阻抗不連續。這種阻抗的不匹配，會(huì )導致反射和阻尼振蕩。反射會(huì )引起信號的振鈴(Ringing)現象，即在穩態(tài)信號上下產(chǎn)生的電壓過(guò)沖和下沖現象，如圖2 所示。為了將電壓的過(guò)沖/下沖限制在合理的范圍內(不超出穩態(tài)值的10%-15%) ，應該遵循下面這樣一個(gè)原則：信號的上升時(shí)間要小于信號在印制導線(xiàn)上來(lái)回引起的傳輸時(shí)延。即：

tr≤2lp/tppd

式中:tr 指信號的上升時(shí)間；lp 信號線(xiàn)的長(cháng)度；tppd 信號線(xiàn)單位長(cháng)度引起的延時(shí)。

振鈴現象可能會(huì )導致誤觸發(fā)，為了消除振鈴現象的影響，方法之一就是等待信號穩定下來(lái)，但這又會(huì )減小系統*大可能的時(shí)鐘速率。

圖2 反射引起的振鈴現象

3) 地彈跳(Ground Bounce):所謂地彈跳，是指在某一集成電路開(kāi)關(guān)時(shí)，由于PCB 的地線(xiàn)以及集成電路的接地引線(xiàn)具有一定的電感，相應會(huì )引起器件內部地電位短暫的沖擊或下降。而來(lái)自其它器件的輸入驅動(dòng)信號，或者由此器件輸出信號所驅動(dòng)的其他器件，都是以外部系統地為參考的。這種參考地電位的不一致，可能會(huì )導致器件的輸入門(mén)檻或輸出電平的改變，從而給高速PCB 的設計帶來(lái)問(wèn)題。對于電源來(lái)說(shuō)，也存在類(lèi)似的問(wèn)題。

4) 串音:通?？煞譃閮刹糠?，即公共阻抗耦合和電磁場(chǎng)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(shí)起決定作用。電磁場(chǎng)耦合又可分為電感耦合與電容耦合。串音屬于近場(chǎng)問(wèn)題，在PCB上，串音與線(xiàn)的長(cháng)度，線(xiàn)的間距，線(xiàn)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(huì )使跨越裂縫的鄰近線(xiàn)路的串音增加，引起信號波形畸變。

2 減小傳導發(fā)射和輻射發(fā)射

電磁干擾問(wèn)題主要包括傳導發(fā)射和輻射發(fā)射問(wèn)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(wú)意的。輻射發(fā)射標準通常覆蓋30MHz-1GHz的范圍，在不久的將來(lái)將擴展至5-40GHz。對于傳導發(fā)射，FCC將范圍限制在0.45-30MHz ，而CISPR 將下限延伸0.15MHz。

濾波是抑制傳導發(fā)射的一種重要方法。對離開(kāi)PCB 板的信號線(xiàn)進(jìn)行濾波，可以抑制傳導發(fā)射的傳播。

高頻時(shí)，PCB 上的印制線(xiàn)就像一個(gè)單極天線(xiàn)(Mono-pole Antennas)或環(huán)形天線(xiàn)(Loop Antennas) ，向外輻射能量。輻射發(fā)射可以分為兩種基本類(lèi)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(guò)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(gè)小電流環(huán)的電場(chǎng)輻射值在環(huán)所處的平面上*大，而在環(huán)的軸向上*小。

共模輻射是由寄生效應，例如地線(xiàn)層，電源層或電纜上的感應電流(所謂的共模電流)引起的。共模輻射與一個(gè)單極天線(xiàn)類(lèi)似，輻射的強度與單位線(xiàn)長(cháng)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(huì )產(chǎn)生程度相當的輻射場(chǎng)。例如，長(cháng)為1m的電纜，其中間距為1.2mm的兩導線(xiàn)中流有30MHz,20mA的差模電流，會(huì )在3m外產(chǎn)生100uV/m輻射電場(chǎng)，而對共模電流來(lái)說(shuō)，只需要8uA的電流就能產(chǎn)生同樣程度的輻射。 在進(jìn)行遠場(chǎng)分析時(shí)，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(wú)關(guān)緊要的電子產(chǎn)品，就不需要專(zhuān)門(mén)的防護。而對于**的電子產(chǎn)品及用于電廠(chǎng)與電網(wǎng)控制的電子設備，就需要加以*高等級的防護，因為即使是在極端情況下，也要保證這些設備能正常工作。

4 結論

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