在PCB的電磁兼容(EMC)設(shè)計(jì)中，合理的模塊劃分和器件布局是基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，直接影響電磁場(chǎng)的發(fā)射與接收特性，并決定了后續(xù)布線的質(zhì)量。頻率產(chǎn)生器件、驅(qū)動(dòng)器、電源模塊和濾波元件的位置及排列方向都會(huì)對(duì)整體EMC性能產(chǎn)生顯著影響。

模塊劃分策略

功能導(dǎo)向分區(qū)

將電路按功能模塊化處理，例如時(shí)鐘電路、放大電路、驅(qū)動(dòng)電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、I/O接口、開(kāi)關(guān)電源和濾波電路等。依據(jù)信號(hào)流向進(jìn)行合理布局，確保模塊間連接路徑最短，減少交叉干擾。

頻率導(dǎo)向分區(qū)

根據(jù)工作頻率和信號(hào)速率將電路分區(qū)，采用高、中、低頻率逐級(jí)布局方式，避免不同頻段電路相互交錯(cuò)，降低頻率干擾。

信號(hào)類型分區(qū)

將數(shù)字電路與模擬電路分開(kāi)布局，通過(guò)空間隔離減少相互耦合。數(shù)模轉(zhuǎn)換電路(如A/D、D/A轉(zhuǎn)換器)應(yīng)位于兩個(gè)區(qū)域的交界處，并確保模擬部分管腳位于模擬地平面上方，數(shù)字部分管腳位于數(shù)字地平面上方。

綜合布局原則

設(shè)計(jì)PCB布局時(shí)應(yīng)遵循以下關(guān)鍵原則：

1.信號(hào)流向優(yōu)先：讓關(guān)鍵高速信號(hào)線路最短，其次才考慮美觀性

2. 時(shí)鐘電路處理：

盡量縮短時(shí)鐘走線，無(wú)法縮短時(shí)在兩側(cè)添加屏蔽地線，時(shí)鐘電路應(yīng)遠(yuǎn)離I/O接口和連接器，布置在電路板內(nèi)側(cè)。

3. 區(qū)域分配：

低頻數(shù)字I/O和模擬I/O電路靠近連接器布置，高速電路等噪聲源和敏感電路靠?jī)?nèi)側(cè)放置。

4. 其他關(guān)鍵考量：

功率放大與驅(qū)動(dòng)部分應(yīng)遠(yuǎn)離屏蔽體開(kāi)孔區(qū)域，晶振、晶體等元件靠近對(duì)應(yīng)IC放置，基準(zhǔn)電壓源和模擬信號(hào)輸入線應(yīng)遠(yuǎn)離數(shù)字信號(hào)線路

妥善的模塊劃分和器件布局是PCB EMC設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)工作，能有效降低電路間相互干擾，提高產(chǎn)品的整體電磁兼容性能。

特殊器件的布局

特殊器件的布局對(duì)電路的電磁兼容性能有著決定性影響。這些器件通常具有特殊的電氣特性或功能，需要格外關(guān)注其放置位置和方向。

時(shí)鐘布局

晶振和時(shí)鐘發(fā)生器應(yīng)盡量布置在電路板的內(nèi)部區(qū)域，遠(yuǎn)離板邊和I/O接口。這類高頻振蕩器件是電磁干擾的主要發(fā)射源，應(yīng)與敏感電路保持足夠的距離，并考慮在其周圍添加適當(dāng)?shù)慕拥仄帘巍＞д駪?yīng)靠近使用其時(shí)鐘信號(hào)的主控芯片放置，以縮短時(shí)鐘傳輸路徑，減少輻射。

電源布局

電源變換器件如DC-DC轉(zhuǎn)換器、線性穩(wěn)壓器等應(yīng)單獨(dú)劃分區(qū)域。開(kāi)關(guān)電源模塊是電磁干擾(EMI)的主要來(lái)源之一，其干擾頻譜有些甚至可高達(dá)300MHz以上。盡管系統(tǒng)中各單板都有獨(dú)立電源系統(tǒng)，但這些干擾仍能通過(guò)背板連接或空間耦合方式傳播至其他單板。因此電源部分必須合理布局于單板的電源入口位置附近。對(duì)于占用面積較大的電源電路，應(yīng)統(tǒng)一置于單板的同一側(cè)邊。

業(yè)界普遍采用的最佳實(shí)踐是單板的電源入口處。這種布局考慮了電源信號(hào)的輸入輸出流向，避免信號(hào)交叉，使電流路徑最短、最直接。

由于電源部分在功能上相對(duì)獨(dú)立且常是EMI問(wèn)題的源頭，使用過(guò)孔柵欄(via fence)或分割線(split line)在物理上劃分電源區(qū)域與其他電路區(qū)域，有效抑制電源噪聲向敏感電路的傳播。

48V電源布局

高速緩沖器和驅(qū)動(dòng)器

對(duì)于高速緩沖器和驅(qū)動(dòng)器，應(yīng)放置在驅(qū)動(dòng)線路的起始端，盡量靠近負(fù)載器件，以減小信號(hào)反射。驅(qū)動(dòng)大電流負(fù)載的器件周圍應(yīng)設(shè)計(jì)充分的散熱區(qū)域，并確保電流回路完整。負(fù)載比較大的應(yīng)該和驅(qū)動(dòng)器電源分開(kāi)，避免相互干擾。

模擬信號(hào)處理器件

模擬信號(hào)處理器件如運(yùn)放、比較器等應(yīng)遠(yuǎn)離數(shù)字處理電路，特別是遠(yuǎn)離高頻時(shí)鐘源和開(kāi)關(guān)電源。模擬信號(hào)路徑應(yīng)盡量短，避免與數(shù)字信號(hào)線平行走線。對(duì)于高精度模擬電路，建議考慮添加屏蔽層或屏蔽罩。

RF射頻器件

對(duì)于RF射頻器件，應(yīng)嚴(yán)格按照參考設(shè)計(jì)布局，保持信號(hào)路徑阻抗連續(xù)性，并避免其信號(hào)線與其他高速信號(hào)線交叉。射頻部分最好設(shè)計(jì)為獨(dú)立區(qū)域，甚至可考慮使用內(nèi)部屏蔽隔離。

詳情可點(diǎn)擊鏈接射頻電路板設(shè)計(jì)技巧

大功率器件和散熱元件

大功率器件和散熱元件應(yīng)合理布置，避免熱點(diǎn)集中，并考慮整體散熱通道設(shè)計(jì)。這些器件通常需要較大的銅面積散熱，但過(guò)大的銅面也可能形成天線結(jié)構(gòu)，因此需要權(quán)衡EMC性能和散熱效果。

接口連接器

接口連接器如USB、以太網(wǎng)等應(yīng)布置在板邊，且信號(hào)線盡量短，避免跨越整個(gè)電路板。對(duì)于高速接口，應(yīng)考慮信號(hào)完整性問(wèn)題，保持差分對(duì)走線的完整性。

通過(guò)精心規(guī)劃這些特殊器件的布局，可以在源頭上減少電磁干擾問(wèn)題，提高電路的整體可靠性和抗干擾能力，從而達(dá)到更好的電磁兼容性能。

濾波器件

從整體布局角度來(lái)看，不同類型的濾波器需要進(jìn)行合理的分區(qū)布局。敏感的濾波器件應(yīng)當(dāng)遠(yuǎn)離干擾源，，大功率濾波器與小信號(hào)濾波器之間需要保持適當(dāng)?shù)母綦x距離。對(duì)于不同頻段的濾波器，建議按照頻率高低進(jìn)行梯度布局，高頻濾波器應(yīng)當(dāng)更靠近信號(hào)源，而低頻濾波器可以適當(dāng)放置得遠(yuǎn)一些，這樣的安排有助于整個(gè)濾波系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作。