七、PCB EMI設(shè)計(jì)

在PCB設(shè)計(jì)中最常見的問(wèn)題就是信號(hào)線跨越分割地或電源而產(chǎn)生EMI問(wèn)題。為規(guī)避這種EMI問(wèn)題下面就為大家介紹一下PCB設(shè)計(jì)中EMI設(shè)計(jì)的規(guī)范步驟。

1、IC的電源處理

保證每個(gè)IC的電源PIN都有一個(gè)0.1μF的去耦電容，對(duì)于BGA CHIP，要求在BGA的四角分別有0.1μF、0.01μF的電容共8個(gè)。對(duì)走線的電源尤其要注意加濾波電容，如VTT等。這不僅對(duì)穩(wěn)定性有影響，對(duì)EMI也有很大的影響。一般去耦電容還是需要遵循芯片廠家要求。

2、時(shí)鐘線的處理

1.建議先走時(shí)鐘線。

2.頻率大于等于66M的時(shí)鐘線，每條過(guò)孔數(shù)不要超過(guò)2個(gè)，平均不得超過(guò)1.5個(gè)。

3.頻率小于66M的時(shí)鐘線，每條過(guò)孔數(shù)不要超過(guò)3個(gè)，平均不得超過(guò)2.5個(gè)

4.長(zhǎng)度超過(guò)12inch的時(shí)鐘線，如果頻率大于20M，過(guò)孔數(shù)不得超過(guò)2個(gè)。

5.如果時(shí)鐘線有過(guò)孔，在過(guò)孔的相鄰位置，在第二層(地層)和第三層(電源層)之間加一個(gè)旁路電容、如圖2.5-1所示，以確保時(shí)鐘線換層后，參考層(相鄰層)的高頻電流的回路連續(xù)。旁路電容所在的電源層必須是過(guò)孔穿過(guò)的電源層，并盡可能地靠近過(guò)孔，旁路電容與過(guò)孔的間距最大不超過(guò)300MIL。

6.所有時(shí)鐘線原則上不可以穿島(跨越分割)。下面列舉了穿島的四種情形。

時(shí)鐘、復(fù)位、100M以上信號(hào)以及一些關(guān)鍵的總線信號(hào)不能跨分割，至少有一個(gè)完整平面，優(yōu)選GND平面。

時(shí)鐘信號(hào)、高速信號(hào)和敏感信號(hào)禁止跨分割；

差分信號(hào)必須對(duì)地平衡，避免單線跨分割。(盡量垂直跨分割)

所有信號(hào)的高頻返回途徑都直接位于相鄰層信號(hào)線的正下方。在信號(hào)下面設(shè)置一個(gè)實(shí)體層可以顯著減少信號(hào)完整性和時(shí)序問(wèn)題，這個(gè)實(shí)體層可以為該信號(hào)提供直接回路。當(dāng)走線與層分割交叉不可避免時(shí)，應(yīng)使用一個(gè) 0.01 uF 回路電容。如圖所示，當(dāng)使用回路電容時(shí)，應(yīng)盡可能靠近信號(hào)線與層分割的交叉點(diǎn)布置回路電容。

6.1 跨島出現(xiàn)在電源島與電源島之間。此時(shí)時(shí)鐘線在第四層的背面走線，第三層(電源層)有兩個(gè)電源島，且第四層的走線必須跨過(guò)這兩個(gè)島.

6.2 跨島出現(xiàn)在電源島與地島之間。此時(shí)時(shí)鐘線在第四層的背面走線，第三層(電源層)的一個(gè)電源島中間有一塊地島，且第四層的走線必須跨過(guò)這兩個(gè)島。

6.3 跨島出現(xiàn)在地島與地層之間。此時(shí)時(shí)鐘線在第一層走線，第二層(地層)的中間有一塊地島，且第一層的走線必須跨過(guò)地島，相當(dāng)于地線被中斷。

6.4 時(shí)鐘線下面沒(méi)有鋪銅。若條件限制實(shí)在做不到不穿島，保證頻率大于等于66M的時(shí)鐘線不穿島，頻率小于66M的時(shí)鐘線若穿島，必須加一個(gè)去耦電容形成鏡像通路。以圖6.1為例，在兩個(gè)電源島之間并靠近跨島的時(shí)鐘線，放置一個(gè)0.1UF的電容。

7.當(dāng)面臨兩個(gè)過(guò)孔和一次穿島的取舍時(shí)，選一次穿島。

8.時(shí)鐘線要遠(yuǎn)離I/O一側(cè)板邊500MIL以上，并且不要和I/O線并行走，若實(shí)在做不到，時(shí)鐘線與I/O口線間距要大于50MIL。

9.時(shí)鐘線走在第四層時(shí)，時(shí)鐘線的參考層(電源平面)應(yīng)盡量為時(shí)鐘供電的那個(gè)電源面上，以其他電源面為參考的時(shí)鐘越少越好，另外，頻率大于等于66M的時(shí)鐘線參考電源面必須為3.3V電源平面。

10.時(shí)鐘線打線時(shí)線間距要大于25MIL。

11.時(shí)鐘線打線時(shí)進(jìn)去的線和出去的線應(yīng)該盡量遠(yuǎn)。盡量避免類似圖A和圖C所示的打線方式，若時(shí)鐘線需換層，避免采用圖E的打線方式，采用圖F的打線方式。

12.時(shí)鐘線連接BGA等器件時(shí)，若時(shí)鐘線換層，盡量避免采用圖G的走線形式,過(guò)孔不要在BGA下面走,最好采用圖H的走線形式。

13.注意各個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，不要忽略任何一個(gè)時(shí)鐘，包括AUDIO CODEC的AC_BITCLK，尤其注意的是FS3-FS0,雖然說(shuō)從名稱上看不是時(shí)鐘，但實(shí)際上跑的是時(shí)鐘，要加以注意。

14.Clock Chip上拉下拉電阻盡量靠近Clock Chip。

3、I/O口的處理

1.各I/O口包括PS/2、USB、LPT、COM、SPEAK OUT、 GAME分成一塊地，最左與最右與數(shù)字地相連，寬度不小于200MIL或三個(gè)過(guò)孔，其他地方不要與數(shù)字地相連。

2.若COM2口是插針式的，盡可能靠近I/O地。

3.I/O電路EMI器件盡量靠近I/O SHIELD。

4.I/O口處電源層與地層單獨(dú)劃島，且Bottom和TOP層都要鋪地，不許信號(hào)穿島(信號(hào)線直接拉出PORT，不在I/O PORT中長(zhǎng)距離走線)。

4、幾點(diǎn)說(shuō)明

1.對(duì)EMI設(shè)計(jì)規(guī)范，設(shè)計(jì)工程師要嚴(yán)格遵守，EMI工程師有檢查的權(quán)力，違背EMI設(shè)計(jì)規(guī)范而導(dǎo)至EMI測(cè)試FAIL，責(zé)任由設(shè)計(jì)工程師承擔(dān)。

2.EMI工程師對(duì)設(shè)計(jì)規(guī)范負(fù)責(zé)，對(duì)嚴(yán)格遵守EMI設(shè)計(jì)規(guī)范，但仍然EMI測(cè)試FAIL，EMI工程師有責(zé)任給出解決方案，并總結(jié)到EMI設(shè)計(jì)規(guī)范中來(lái)。

3.EMI工程師對(duì)每一個(gè)外設(shè)口的EMI測(cè)試負(fù)有責(zé)任，不可漏測(cè)。

4.每個(gè)PCB設(shè)計(jì)工程師有對(duì)該設(shè)計(jì)規(guī)范作修改的建議權(quán)和質(zhì)疑的權(quán)力。EMI工程師有責(zé)任回答質(zhì)疑，對(duì)工程師的建議通過(guò)實(shí)驗(yàn)后證實(shí)后加入設(shè)計(jì)規(guī)范。

5.EMI工程師有責(zé)任降低EMI設(shè)計(jì)的成本，減少磁珠的使用個(gè)數(shù)。

八、PCB設(shè)計(jì)的ESD抑止

PCB布線是ESD防護(hù)的一個(gè)關(guān)鍵要素，合理的PCB設(shè)計(jì)可以減少故障檢查及返工所帶來(lái)的不必要成本。在PCB設(shè)計(jì)中，由于采用了瞬態(tài)電壓抑止器(TVS)二極管來(lái)抑止因ESD放電產(chǎn)生的直接電荷注入，因此PCB設(shè)計(jì)中更重要的是克服放電電流產(chǎn)生的電磁干擾(EMI)電磁場(chǎng)效應(yīng)。本文將提供可以優(yōu)化ESD防護(hù)的PCB設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。

1、電路環(huán)路

電流通過(guò)感應(yīng)進(jìn)入到電路環(huán)路，這些環(huán)路是封閉的，并具有變化的磁通量。電流的幅度與環(huán)的面積成正比。較大的環(huán)路包含有較多的磁通量，因而在電路中感應(yīng)出較強(qiáng)的電流。因此，必須減少環(huán)路面積。

最常見的環(huán)路由電源和地線所形成。在可能的條件下，可以采用具有電源及接地層的多層PCB設(shè)計(jì)。多層電路板不僅將電源和接地間的回路面積減到最小，而且也減小了ESD脈沖產(chǎn)生的高頻EMI電磁場(chǎng)。

如果不能采用多層電路板，那么用于電源線和接地的線必須連接成網(wǎng)格狀。網(wǎng)格連接可以起到電源和接地層的作用，用過(guò)孔連接各層的印制線，在每個(gè)方向上過(guò)孔連接間隔應(yīng)該在6厘米內(nèi)。另外，在布線時(shí)，將電源和接地印制線盡可能靠近也可以降低環(huán)路面積。

減少環(huán)路面積及感應(yīng)電流的另一個(gè)方法是減小互連器件間的平行通路。

當(dāng)必須采用長(zhǎng)于30厘米的信號(hào)連接線時(shí)，可以采用保護(hù)線。一個(gè)更好的辦法是在信號(hào)線附近放置地層。信號(hào)線應(yīng)該距保護(hù)線或接地線層13毫米以內(nèi)。

將每個(gè)敏感元件的長(zhǎng)信號(hào)線(>30厘米)或電源線與其接地線進(jìn)行交叉布置。交叉的連線必須從上到下或從左到右的規(guī)則間隔布置。

2、電路連線長(zhǎng)度

長(zhǎng)的信號(hào)線也可成為接收ESD脈沖能量的天線，盡量使用較短信號(hào)線可以降低信號(hào)線作為接收ESD電磁場(chǎng)天線的效率。

盡量將互連的器件放在相鄰位置，以減少互連的印制線長(zhǎng)度。

3、地電荷注入

ESD對(duì)地線層的直接放電可能損壞敏感電路。在使用TVS二極管的同時(shí)還要使用一個(gè)或多個(gè)高頻旁路電容器，這些電容器放置在易損元件的電源和地之間。旁路電容減少了電荷注入，保持了電源與接地端口的電壓差。

TVS使感應(yīng)電流分流，保持TVS鉗位電壓的電位差。TVS及電容器應(yīng)放在距被保護(hù)的IC盡可能近的位置，要確保TVS到地通路以及電容器管腳長(zhǎng)度為最短，以減少寄生電感效應(yīng)。

九、PCB生產(chǎn)中Mark點(diǎn)設(shè)計(jì)

1.pcb必須在板長(zhǎng)邊對(duì)角線上有一對(duì)應(yīng)整板定位的Mark點(diǎn)，板上集成電路引腳中心距小于0.65mm的芯片需在集成電路長(zhǎng)邊對(duì)角線上有一對(duì)對(duì)應(yīng)芯片定位的Mark點(diǎn)；pcb雙面都有貼片件時(shí)，則pcb的兩面都按此條加Mark點(diǎn)。

2.pcb邊需留5mm工藝邊(機(jī)器夾持PCB最小間距要求)，同時(shí)應(yīng)保證集成電路引腳中心距小于0.65mm的芯片要距離板邊大于13mm(含工藝邊)；板四角用Ф5圓弧倒角。pcb應(yīng)采用拼板方式，從目前pcb翅曲程度考慮，最佳拼接長(zhǎng)度約為200mm，(設(shè)備加工尺寸：長(zhǎng)度最大為330mm；寬度最大為250mm)，在寬度方向盡量不拼以防止在生產(chǎn)過(guò)程中彎曲。如下圖：

3.MARK點(diǎn)作用及類別

Mark點(diǎn)也叫基準(zhǔn)點(diǎn)，為裝配工藝中的所有步驟提供共同的可測(cè)量點(diǎn)，保證了裝配使用的每個(gè)設(shè)備能精確地定位電路圖案。因此，Mark點(diǎn)對(duì)SMT生產(chǎn)至關(guān)重要

4.我部推薦的MARK點(diǎn)設(shè)計(jì)規(guī)范

1)形狀：建議Mark點(diǎn)標(biāo)記為直徑：R=1.0mm實(shí)心圓；

2)組成一個(gè)完整的MARK點(diǎn)包括：標(biāo)記點(diǎn)(或特征點(diǎn))和空曠區(qū)域。

3)位置：Mark點(diǎn)位于單板或拼板上的對(duì)角線相對(duì)位置且盡可能地距離分開;最好分布在最長(zhǎng)對(duì)角線位置(如MARK點(diǎn)位置圖)。

4)為保證貼裝精度的要求，SMT要求：每塊PCB內(nèi)必須至少有一對(duì)符合設(shè)計(jì)要求的可供SMT機(jī)器識(shí)別的MARK點(diǎn)，同時(shí)必須有單板MARK(拼板時(shí))，拼板MARK或組合MARK只起輔助定位的作用。

5)拼板時(shí)，每一單板的MARK點(diǎn)相對(duì)位置必須一樣。不能因?yàn)槿魏卧蚨矂?dòng)拼板中任一單板上MARK點(diǎn)的位置，而導(dǎo)致各單板MARK點(diǎn)位置不對(duì)稱；

6)PCB上所有MARK點(diǎn)只有滿足：在同一對(duì)角線上且成對(duì)出現(xiàn)的兩個(gè)MARK，方才有效。因此MARK點(diǎn)都必須成對(duì)出現(xiàn)，才能使用(MARK點(diǎn)位置圖)。

7)MARK點(diǎn)(空曠區(qū)邊緣)距離PCB邊緣必須≥5.0mm(機(jī)器夾持PCB最小間距要求)(如MARK點(diǎn)位置圖)。(MARK點(diǎn)位置圖)

8)尺寸

A.Mark點(diǎn)標(biāo)記最小的直徑為1.0mm，最大直徑是3.0mm,Mark點(diǎn)標(biāo)記在同一塊印制板上尺寸變化不能超過(guò)25 微米；

B.特別強(qiáng)調(diào)：同一板號(hào)PCB上所有Mark點(diǎn)的大小必須一致(包括不同廠家生產(chǎn)的同一板號(hào)的PCB)；

C.建議將所有的Mark點(diǎn)標(biāo)記直徑統(tǒng)一設(shè)為1.0mm。

9)空曠區(qū)要求

在Mark點(diǎn)標(biāo)記周圍，必須有一塊沒(méi)有其它電路特征或標(biāo)記的空曠面積。空曠區(qū)圓半徑 r≥2R , R為MARK點(diǎn)半徑,r達(dá)到3R時(shí)，機(jī)器識(shí)別效果更好。

10)材料

Mark點(diǎn)標(biāo)記可以是裸銅、清澈的防氧化涂層保護(hù)的裸銅。如果使用阻焊(soldermask)，不應(yīng)該覆蓋Mark點(diǎn)或其空曠區(qū)域

11)MARK點(diǎn)的光亮度應(yīng)保持一致。

12)平整度：Mark點(diǎn)標(biāo)記的表面平整度應(yīng)該在15 微米之內(nèi)。

13)對(duì)比度

A.當(dāng)Mark點(diǎn)標(biāo)記與印制板的基質(zhì)材料之間有高對(duì)比度時(shí)可達(dá)到最佳的識(shí)別性能

B.對(duì)于所有Mark點(diǎn)的內(nèi)層背景必須相同

以下在補(bǔ)點(diǎn)他人這方面的經(jīng)驗(yàn)，作為參考

MARK點(diǎn)分類：

1)Mark點(diǎn)用于錫膏印刷和元件貼片時(shí)的光學(xué)定位。根據(jù)Mark點(diǎn)在PCB上的作用，可分為拼板Mark點(diǎn)、單板Mark點(diǎn)、局部Mark點(diǎn)(也稱器件級(jí)MARK點(diǎn))，

2)拼板的工藝邊上和不需拼板的單板上應(yīng)至少有三個(gè)Mark點(diǎn)，呈L形分布，且對(duì)角Mark點(diǎn)關(guān)于中心不對(duì)稱。

3)如果雙面都有貼裝元器件，則每一面都應(yīng)該有Mark點(diǎn)。

4)需要拼板的單板上盡量有Mark點(diǎn)，如果沒(méi)有放置Mark點(diǎn)的位置，在單板上可不放置Mark點(diǎn)。

5)引線中心距≤0.5 mm的QFP以及中心距≤0.8 mm的BGA等器件，應(yīng)在通過(guò)該元件中心點(diǎn)對(duì)角線附近的對(duì)角設(shè)置局部Mark點(diǎn)，以便對(duì)其精確定位。

6)如果幾個(gè)SOP器件比較靠近(≤100mm)形成陣列，可以把它們看作一個(gè)整體，在其對(duì)角位置設(shè)計(jì)兩個(gè)局部Mark點(diǎn)。

設(shè)計(jì)說(shuō)明和尺寸要求：

1)Mark點(diǎn)的形狀是直徑為1mm的實(shí)心圓，材料為銅，表面噴錫，需注意平整度，邊緣光滑、齊整，顏色與周圍的背景色有明顯區(qū)別；阻焊開窗與Mark點(diǎn)同心，對(duì)于拼板和單板直徑為3mm，對(duì)于局部的Mark點(diǎn)直徑為1mm,

2)單板上的Mark點(diǎn)，中心距板邊不小于5mm；工藝邊上的Mark點(diǎn)，中心距板邊不小于3mm。

3)為了保證印刷和貼片的識(shí)別效果，Mark點(diǎn)范圍內(nèi)應(yīng)無(wú)焊盤、過(guò)孔、測(cè)試點(diǎn)、走線及絲印標(biāo)識(shí)等，不能被V-CUT槽所切造成機(jī)器無(wú)法辨識(shí)。

4)為了增加Mark點(diǎn)和基板之間的對(duì)比度，可以在Mark點(diǎn)下面敷設(shè)銅箔。同一板上的Mark點(diǎn)其內(nèi)層背景要相同，即Mark點(diǎn)下有無(wú)銅箔應(yīng)一致。

5)對(duì)于單板和拼板的Mark點(diǎn)應(yīng)當(dāng)作元件來(lái)設(shè)計(jì)，對(duì)于局部的Mark點(diǎn)應(yīng)作為元件封裝的一部分設(shè)計(jì)。便于賦予準(zhǔn)確的坐標(biāo)值進(jìn)行定位。

PCB設(shè)計(jì)之光學(xué)基準(zhǔn)點(diǎn)！

在有貼片元件的PCB板上，為了對(duì)PCB整板進(jìn)行定位，通常需要在PCB板的四個(gè)角放置光學(xué)定位點(diǎn),一般放三個(gè)即可。常見的基準(zhǔn)點(diǎn)主要有三種：拼板基準(zhǔn)點(diǎn)，單元基準(zhǔn)點(diǎn)，局部基準(zhǔn)點(diǎn)。

基準(zhǔn)點(diǎn)結(jié)構(gòu)

(1)拼板基準(zhǔn)點(diǎn)和單元基準(zhǔn)點(diǎn)

形狀/大小：直徑為40mil 的實(shí)心圓。阻焊開窗：和基準(zhǔn)點(diǎn)同心的圓形，大小為基準(zhǔn)點(diǎn)直徑的兩倍。在 2mm直徑的邊緣處要求有一圓形或八邊形的銅線作保護(hù)圈用。同一板上的光學(xué)定位基準(zhǔn)符號(hào)其內(nèi)層背景要相同，即三個(gè)基準(zhǔn)符號(hào)下有無(wú)銅箔應(yīng)一致。

(2)局部基準(zhǔn)點(diǎn)

間距≤0.4mm的QFP和間距≤0.8mm BGA、CSP、FC等器件需要放置局部基準(zhǔn)點(diǎn)。

大小/形狀：直徑為40mil 的實(shí)心圓。

阻焊開窗：大小按普通焊盤處理，外圈銅環(huán)可不要。

基準(zhǔn)點(diǎn)放置：

一般原則 ：

過(guò)SMT設(shè)備加工的單板必須放置基準(zhǔn)點(diǎn)。單面基準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)量≥3。

單面布局時(shí)，只需元件面放置基準(zhǔn)點(diǎn)。. A5 I5 ^0 L- z1 m+ P PCB雙面布局時(shí)，基準(zhǔn)點(diǎn)雙面放置。雙面放置的基準(zhǔn)點(diǎn)，除鏡像拼板外，正反兩面的基準(zhǔn)點(diǎn)位置要求基本一致。見下圖。

(1) 拼板的基準(zhǔn)點(diǎn)放置

拼板需要放置拼板基準(zhǔn)點(diǎn)、單元基準(zhǔn)點(diǎn)。

拼板基準(zhǔn)點(diǎn)和單元基準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)量各為三個(gè)。在板邊呈“L”形分布，盡量遠(yuǎn)離。拼板基準(zhǔn)點(diǎn)的位置要求見下圖A。

采用鏡相對(duì)稱拼板時(shí)，輔助邊上的基準(zhǔn)點(diǎn)必須滿足翻轉(zhuǎn)后重合的要求，參見下圖B

(2) 單元板的基準(zhǔn)點(diǎn)放置

基準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)量為三個(gè)，在板邊呈“L”形分布，各基準(zhǔn)點(diǎn)之間的距離盡量遠(yuǎn)。基準(zhǔn)點(diǎn)距離板邊必須大于5mm，如不能保證四個(gè)邊都滿足，則至少要保證傳送邊滿足要求。

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——維文信 《印制電路世界》雜志

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總結(jié)

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