差模電流和共模電流

輻射產(chǎn)生：電流產(chǎn)生輻射而不是電壓，靜電荷產(chǎn)生靜電場，恒定電流產(chǎn)生磁場，時(shí)變電流產(chǎn)生電場和磁場。 任何電路都存在共模電流和差模電流。 差模信號攜帶數(shù)據(jù)或有用信號。 共模信號是差模的負(fù)作用。

差模電流：大小相等，方向（相位）相反。 由于PCB布線的不連續(xù)分布電容、電感和信號線阻抗，以及信號返回路徑的意外路徑，差模電流將轉(zhuǎn)換為共模

共模電流的大小和方向（相位）不一定相同。

設(shè)備對外的干擾主要是共模干擾，也存在差模干擾，但共模干擾強(qiáng)度往往比差模強(qiáng)度大幾個(gè)數(shù)量級。 外界干擾主要是共模干擾，一般不會對設(shè)備造成傷害。 但是如果把共模干擾轉(zhuǎn)換成差模干擾就很嚴(yán)重了，因?yàn)橛杏玫男盘柖际遣钅Ｐ盘枴?/p>

差模電流的磁場主要集中在差模電流形成的環(huán)區(qū)，而環(huán)區(qū)外磁力線會相互抵消； 共模電流的磁場在環(huán)路區(qū)域外，與共模電流產(chǎn)生的磁場方向相同。

許多PCB的EMC設(shè)計(jì)都遵循上述理論。

抑制PCB板上干擾的方法是減小差模信號環(huán)路面積。

減少高頻噪聲返回（過濾、隔離和匹配）。

降低共模電壓（接地設(shè)計(jì)）。

PCB設(shè)計(jì)原則總結(jié)

原則1：PCB時(shí)鐘頻率超過5MHZ或信號上升時(shí)間小于5ns，一般需要采用多層板設(shè)計(jì)。

原因：采用多層板設(shè)計(jì)可以很好地控制信號回路的面積。

原則2：對于關(guān)鍵布線層（時(shí)鐘線、總線、接口信號線、射頻線、復(fù)位信號線、片選信號線和各種控制信號線所在的層），應(yīng)與完整的地平面相鄰 ，最好在兩個(gè)地平面之間。

原因：關(guān)鍵信號線一般都是強(qiáng)輻射或極度敏感的信號線。 靠近地平面布線可以減小信號電路的面積，降低其輻射強(qiáng)度或提高抗干擾能力。

原則3：對于單層板，關(guān)鍵信號線兩邊都要包好；

原因：關(guān)鍵信號兩側(cè)接地，一方面可以減小信號環(huán)路面積，另一方面可以防止信號線與其他信號線之間的串?dāng)_。

原則4：對于雙層板，關(guān)鍵信號線的投影面有大面積鋪地，或者和單面板一樣打孔。

原因：按鍵信號與多層板靠近地平面的信號相同

原則5：在多層板中，電源層相對于其相鄰的地平面應(yīng)減少5H-20H（H為電源與地平面之間的距離）。

原因：相對于其返回地平面縮小電源平面可以有效抑制邊緣輻射問題。

原則6：布線層的投影平面應(yīng)在其返回平面層的區(qū)域內(nèi)。

原因：如果布線層不在返回平面層的投影區(qū)域內(nèi)，會造成邊緣輻射問題，增加信號環(huán)路面積，導(dǎo)致差模輻射增大。

原則7：在多層板中，板的TOP和BOTTOM層不應(yīng)有大于50MHZ的信號線，

原因：最好將高頻信號走在兩個(gè)平面層之間，以抑制其向空間輻射。

原則8：對于板級工作頻率大于50MHz的板，如果第二層和倒數(shù)第二層為布線層，TOP和BOOTTOM層應(yīng)鋪設(shè)接地銅箔。

原因：最好將高頻信號走在兩個(gè)平面層之間，以抑制其向空間輻射。

原則9：在多層板中，單板的主要工作電源平面（應(yīng)用最廣泛的電源平面）應(yīng)靠近其地平面。

原因：電源層與地層相鄰，可有效減小電源電路的環(huán)路面積。

原則10：在單層板中，必須有與電源線相鄰并平行的地線。

原因：減小電源電流環(huán)路面積。

原則11：在雙層板中，必須有與電源線相鄰并平行的地線。

原因：減小電源電流環(huán)路面積

原則12：在分層設(shè)計(jì)中，盡量避免走線層的相鄰設(shè)置。 如果不能避免相鄰的布線層，則應(yīng)適當(dāng)增加兩個(gè)布線層之間的層間距，減小布線層與其信號電路之間的層間距。

原因：在相鄰布線層并行信號走線會造成信號串?dāng)_。

原則13：相鄰的平面圖層應(yīng)避免其投影平面重疊。

原因：當(dāng)投影重疊時(shí)，層與層之間的耦合電容會導(dǎo)致層與層之間的噪聲被耦合。

原則14：PCB布局設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分遵循沿信號流向線性布局的設(shè)計(jì)原則，盡量避免來回環(huán)路。

原因：避免信號直接耦合，影響信號質(zhì)量。

原則15：當(dāng)多個(gè)模塊電路放置在同一塊PCB上時(shí)，數(shù)字電路和模擬電路、高速和低速電路應(yīng)分開布置。

原因：避免數(shù)字電路、模擬電路、高速電路和低速電路之間相互干擾。

原則16：當(dāng)電路板上同時(shí)有高、中、低速電路時(shí)，高、中速電路應(yīng)遠(yuǎn)離接口。

原因：防止高頻電路噪聲通過接口向外輻射。

原則17：儲能和高頻濾波電容器應(yīng)靠近單元電路或電流變化較大的設(shè)備（如電源模塊、風(fēng)扇和繼電器的輸入輸出端子）放置。

原因：儲能電容的存在可以減小大電流回路的回路面積。

原則18：電路板電源輸入端口的濾波電路應(yīng)靠近接口放置，

原因：避免過濾掉的線路再次耦合。

原則19：在PCB板上，接口電路的濾波、保護(hù)和隔離器件應(yīng)靠近接口放置。

原因：能有效達(dá)到保護(hù)、過濾、隔離的效果。

原則20：如果接口處既有濾波電路又有保護(hù)電路，應(yīng)遵循先濾波后保護(hù)的原則。

原因：保護(hù)電路用于外部過壓過流抑制。 如果保護(hù)電路置于濾波電路之后，濾波電路會因過壓過流而損壞。

原則21：布局應(yīng)保證濾波電路（filter）、隔離和保護(hù)電路的輸入輸出線不相互耦合。

產(chǎn)生原因：當(dāng)上述電路的輸入輸出接線相互耦合時(shí)，會削弱濾波、隔離或保護(hù)作用。

原則22：如果板子上的接口設(shè)計(jì)成“潔凈”，“潔凈”和工作場所之間的隔離帶上應(yīng)放置過濾和隔離裝置。

原因：避免濾波器或隔離器件通過平面層相互耦合削弱效果。

原則23：除過濾器和保護(hù)裝置外，不要在“潔凈地面”上放置任何其他裝置。

原因：“clean”設(shè)計(jì)旨在保證接口輻射最小，“clean”容易受外界干擾耦合，因此“clean”上不應(yīng)有其他不相關(guān)的電路和器件。

原則24：晶振、晶振、繼電器、開關(guān)電源等強(qiáng)輻射器件距離單板接口連接器至少1000mil。

原因：干擾會直接向外輻射或耦合出線電纜上的電流向外輻射。

原則25：敏感電路或器件（如復(fù)位電路、WATCHDOG電路等）應(yīng)距離板邊緣至少1000mils，尤其是板接口邊緣。

原因：板卡接口等地方最容易受到外界干擾（如靜電）耦合，而復(fù)位電路、看門狗電路等敏感電路則極有可能引起系統(tǒng)操作錯(cuò)誤。

原則26：所有用于IC濾波的濾波電容，應(yīng)盡量靠近芯片的電源管腳放置。

原因：電容離管腳越近，高頻電路面積越小，輻射越小。

原則27：起始端串聯(lián)的匹配電阻應(yīng)靠近其信號輸出端放置。

原因：一開始串聯(lián)匹配電阻的設(shè)計(jì)目的是為了使芯片輸出端的輸出阻抗與串聯(lián)電阻的阻抗之和等于布線的特性阻抗。 匹配電阻放在末端，不能滿足上式。

原則28：PCB走線不得有直角或銳角走線。

原因：直角布線導(dǎo)致阻抗不連續(xù)，導(dǎo)致信號傳輸產(chǎn)生振鈴或過沖，形成較強(qiáng)的EMI輻射。

原則29：盡量避免相鄰布線層的層設(shè)置。 如果無法避免，盡量使兩個(gè)布線層中的走線相互垂直或平行走線長度小于1000mil。

原因：減少平行線之間的串?dāng)_。

原則30：如果板子有內(nèi)部信號走線層，時(shí)鐘等關(guān)鍵信號線在內(nèi)層走線（優(yōu)先走線層）。

原因：將關(guān)鍵信號敷設(shè)在內(nèi)部走線層上，可以起到屏蔽作用。

原則31：建議在時(shí)鐘線兩邊纏繞地線，每3000mil打一次接地過孔。

原因：保證接地線上各點(diǎn)電位相等。

原則32：時(shí)鐘、總線、射頻電纜等關(guān)鍵信號走線與其他同層平行走線應(yīng)滿足3W原則。

原因：避免信號之間的串?dāng)_。

原則33：用于電流≥1A的電源的表貼保險(xiǎn)絲、磁珠、電感、鉭電容的焊盤應(yīng)至少通過兩個(gè)過孔與平面層相連。

原因：降低了過孔的等效阻抗。

原則34：差分信號線應(yīng)同層、等長、平行、阻抗相同，差分線之間無其他走線。

原因：保證差分線對的共模阻抗相等，提高其抗干擾能力。

原則35：關(guān)鍵信號走線不得跨越分區(qū)區(qū)域（包括過孔和焊盤造成的參考平面間隙）。

原因：跨隔板布線會導(dǎo)致信號回路面積增大。

原則36：當(dāng)信號線不可避免地跨其返回平面分地時(shí)，建議在信號分面附近使用橋接電容，電容值為1nF。

原因：當(dāng)信號被拆分時(shí)，電路面積往往會增加。 采用橋接地方式，手動為其設(shè)置信號電路。

原則37：板上濾波器（濾波電路）下方不得走其他無關(guān)信號。

原因：分布電容會削弱濾波器的濾波效果。

原則38：濾波器（濾波電路）的輸入輸出信號線不得平行或交叉。

原因：避免濾波前后的直接噪聲耦合。

原則39：關(guān)鍵信號線與參考平面邊緣的距離≥3H（H為線距參考平面的高度）。

產(chǎn)生原因：抑制了邊緣輻射效應(yīng)。

原則40：對于金屬外殼的接地元件，其投影區(qū)域的頂層應(yīng)鋪設(shè)接地銅片。

產(chǎn)生原因：金屬外殼與接地銅片之間的分布電容，用來抑制其對外輻射，提高其抗擾度。

原則41：在單層板或雙層板中，布線時(shí)應(yīng)注意“環(huán)路面積最小化”設(shè)計(jì)。

原因：環(huán)路面積越小，環(huán)路對外輻射越小，抗干擾能力越強(qiáng)。