3C认证中的PCB设计Word文档格式.docx
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低速电路。
有高速逻辑电路与模拟电路等并存的PCB板，其布局见下图。
上述两种边端插入传输布局的特点也是高频信号回路面积小，电路分类，电路分区，共地干扰明显下降。
共地干扰:
当几块IC电路共用一根地线工作时，见图。
当IC1、IC2、IC3都工作时，B处地线上的工作电流应I1+I2+I3，IC1、IC2、IC3三块电路工
作互相影响，产生了共地干扰，尤其是那种树干树枝状的地线布局是很差的一种，这是电磁辐射指标和可靠性指标下降的一个很重要原因。
上图为串联地阻抗耦合，所有独立电路的地都通过串联连接，这对干扰嘈声来说是一种最不希
望的共地系统。
因为；
V1=Z1（I1+I2+I3）
V2=Z1（I1+I2+I3）+Z2（I2+I3）
V3=Z1（I1+I2+I3）+Z2（I2+I3）+Z3I3
公式表明串联共地其干拢和辐射是很大的。
归纳上述两类布局方式特点：
以电路特性分类，顺逻辑走向划区，压缩布局空间，明显减少了引线长度，缩小环流面积，降
低了辐射，提高了抗干扰能力，为顺利布线创造了条件。
印制板布局中还应做好散热设计的要求，如大功率发热元器件，其周围不应布热敏元件，并做好散热处理。
需要安装重量较大的元器件时，应尽量安排固定支撑点，不能单靠元器件引脚支撑。
印制板边缘至少空3mm间隙，不再布元器件（可在不会引起短路的情况下布线）来满足生产、
安装、测试的要求。
3元器件的选择
从安全设计的要求出发，首先是载有危险电压的安全关键件的选用。
如：
220V电源插座、保险丝、电源模块等一定要用通过安全认证或3C认证（中国强制认证委员会）的元器件或部件。
其它的安全特低电路的IC电路的选择一般选用方式：
在价格功能合适的情况下，表面贴装的SMT器件优先与TTL双列直插器件，TTL器件优先于分离元器件。
对于IC电路的功率和IC工作的速度（开关电路上升和下降时间）只要在能满足可靠性的前提
下，反对IC功率越大越好，开关速度越快越好的错误观点。
因为任何事情都具有多面性，某一特性走到极端，随之将出现其它问题，如灵敏度与抗干扰性就是一对矛盾，必须兼容各设计指标，妥然解决问题。
电阻、电容、电感，一般也可选用SMT的、容量大的电容，可适情考虑应用其它形式器件。
元器件的选择要在满足功能的前题下；
已提出了3个降低和缩小。
3.1降低IC电路开关速度，减小谐波分量
脉冲信号通过傅立叶级数变换，其频谱见图
图中竖线均为每一频率点上的量值，其中Ａ与辐射强度有关，tr与辐射频宽有关。
而且这些谐波很容易借助各种导线和电缆产生辐射造成干拢，所以必须降低IC电路开关速度，减小谐波分量和谐波频宽。
3.2降低工作电流，减小功率
3.3缩小环流面积
SMT器件环流面积最小最合适，且集成度高可靠性好，所以作为首选对象。
下图用三种不同
器件装配在同一种PCB板上测试结果
第三种SMT的辐射最低。
小结：
选用器件不主张功率越大越好，速度越快越好，而是推荐只要满足设计功能要求，采用
兼容各指标的设计，且能降低成本，又能完美达到设计目标，这种设计组合认为是最佳组合，当然各种不同类型、等级的机器就有不同的最佳组合。
4印制板层次设计及布线：
印制板布线前要正确认识电源、地线干扰及辐射情况是十分重要的，当电源、地线在瞬态出现增加或减少电流时，由于有电感和电容的作用，在电源、地线上出现干扰状况见图。
这是一个IC电路工作时的情况，当许多电路工作时，电源、地线上干扰与辐射是十分严重的。
因此，复杂一些的PCB板建议用四层板，它的好处是顶面、背面都可布信号线，增加了布线空间，更主要的是有了一个低阻抗的地平面和电源平面，尤其是地平面，大大地缩小了所有IC电路工作的环流面积及地线阻抗。
四层板原则上顶层为信号线层，第二层为直流地线层，第三层为直流电源层，第四层为信号线层。
当印制板IC电路全部为开关电路或全部为模拟电路，那它们的地线不必隔离分开。
有时，在直流电源层中往往有几种电源，一般都用空隙隔离方法来分割解决。
当印制板中出现有逻辑电路又有模拟电路的情况，通过分析，可将逻辑电路地线与模拟电路地线分区隔离（隔离带宽度＞3mm）单处短接或用磁珠等方法联接取得同电位参照地。
当印制板中的逻辑电路与模拟电路的联线有几十根，情况非常复杂，那必须掌握它们各自要有
独立的电源、地线区，又要考虑到有联结关系的IC回路，其环流面积最小的原则去设计，并保证有极低阻抗的地线。
见例图
双层板地线设计成栅状围框形成，即在印制板一面布较多的平行地线，另一面为垂直地线，然
后在它们交叉的地方用金属化过孔连接起来（过孔电阻要小）。
例图所示
为考虑到每个IC芯片近旁应设有地线，往往每隔1~1.5cm布一根地线，这样密集的地线使信
号环路的面积更小，有利于降低辐射。
该地网设计方法应在布信号线之前，否则实现比较困难。
信号线布线原则：
双层板在元器件合理布局确定后，紧接着先设计地网电源线，再布重要线——敏感线、高频线，
后布一般线——低频线。
关键引线最好有独立的电源、，地线回路，引线且非常短，所以有时在关键线边上布一条地线紧靠信号线，让它形成最小的工作回路。
四层板顶面、底面的布线原则同双层板的信号线，也是先布关键晶体、晶振电路，时钟电路，
CPU等信号线，一定要遵守环流面积尽量小的原则。
印制板IC电路工作时，前面多次提及环流面积，实际它的出处在差模辐射的概念。
差模辐射的定义：
电路工作电流在信号环路中流动，这个信号环路会产生电磁辐射，由于这种
电流是差模的，因此信号环路产生的辐射称为差模辐射，其辐射场强的计算公式：
Ｅ1＝Ｋ1·
f2·
I·
A/r
式中：
E1——差模印制板电路空间γ处的辐射场强
f印制板电路工作频率
A印制板电路环流面积
I印制板环流工作电流
γ印制板电路空间距离
K1常数
由差模辐射公式可见，其辐射场强与工作频率f2、环流面积A、工作电流I成正比，如当工作
频率f确定后，环流面积的大小是我们设计中可直接控制的关键因素，同时环流工作速度、电流只要满足可靠性，并非越大越好，信号上跳沿下跳沿越窄，它的谐波分量就越大，越宽，电磁辐射就越高，功率越大其电流必然就大（上述已指出过），这是我们不期望的。
下面给出几种逻辑电路能满足辐射Ｂ级标准允许的环流面积参考值
逻辑系列
上升时间
电流
不同时钟频率允许环流面积（cm2）
4MHZ
10MHZ
30MHZ
100MHZ
74HC
6
20
50
45
18
74LS
7.2
2.4
74AC
3-5
80
5.5
2.2
0.75
0.25
74F
3
74AS
1.4
100
2
0.8
0.15
从表中可以看出，电路开关速度越快，则允许的面积越小。
关键的联线，如有可能其周围均可用地线包围之。
另待布线完毕后，可用地线将所有空隙覆盖，
但必须注意这些覆盖地线都要与大地层低阻抗的联体短接，这样能取得良好的效果。
（注意：
有空隙要求的应满足条件，如爬电距离等）
布线宽度；
正常的布线宽度一般为：
地线＞电源线＞信号线，通常信号线宽为0.2~0.3mm，其两线间隙与
线宽成1：
1的比例。
根据布线工艺合理性的要求，布线应照图示方法，纠正不正确的现象。
应避免的例图中的直角走线，它可以等效为传输线上的容性负载，减缓了上升时间，同时其阻
抗不连续造成信号发射，再则直角尖端易产生电磁辐射干扰，其它大多数属工艺性问题。
在设计线路中如有驱动端发送的两个等值反相的差分信号，其布线可采用一对靠近的走线，尽
量保持同形态，等长同阻抗，这样能有效抑制电磁辐射，并具有抗干扰能力强，时序定位精确的优点。
蛇行布线作用是增加阻抗、感抗，起到信号延时的作用。
这种布线法对辐射减少是不利的，但
在一些特殊的场合下可以使用，如采用叠板，其引线比其它部位引过来的线要短，为延迟信号可以使用蛇行线（局部小范围内）。
求得时序和阻抗匹配。
对于布线整体概念来说，顶面导线与底面导线成垂直形态，即一面大多数竖线，另一面大多数
为横线，对于数据及其它重要需平行走线的场合，如有可能最好每一条或两条数据线之间夹一根同宽的地线来提高抗干扰能力。
重要线尽量减少用短路孔，或最多使用1~2个短路孔。
对于安全性来说，如果不是安全特低电压电路的导线，其布线间隔就应严格控制，满足其爬电
距离的要求（无特殊处理的印制板表面的电气间隙，即是爬电距离），如危险电压中的220V引线，两导体的爬电距离应大于3mm，50V左右的两导体的爬电距离应大于0.8mm，一次电路与二次电路部分一般大于6mm。
（见图）
电源线包括直流电源线，布线的宽度应根据该导线上的功率和升温状态计算决定，一般安全特
低电压（如+5V）的电源线可按1A为1mm宽印制板设计，如万一线宽度不够，可用导线表面铜铂镀锡方法增加其导线截面积的方法解决。
随后，插座插针个数也得相应计算匹配，不能使插针触点成为电流瓶颈口，一般一个插针（指一般正常插针）通过+5V应＜1A，不能过大。
焊盘的选用：
焊盘选择对印制板的可靠性直接有关，其应选用有关的标准来保证器件的焊接，双列直插式和
分立元器件焊盘尺寸应与所装配器件的引脚尺寸和承受压力相匹配。
实际证明也可用经验推算。
一般器件的焊盘内孔是фA的话，其焊盘外径一般为ф2A附近，引脚直径为фB的话，那焊盘的内孔直径一般为фB+0.3mm或фB+0.4mm，如空径太大，焊接过程中会出现气泡或缺焊、虚焊状态，如内径太小，器件引脚会插不进或比较困难，焊接时焊锡也不易浸润到对面。
如要负重的散热器焊盘，变压器焊盘等可选用“泪滴型”、“方型盘”、“锁眼型”等改进型焊盘。
加强铜箔附着力。
在布线过程中，如出现过线孔太多或关键地方不允许有过孔的话，在多层板中可使用盲孔和埋
孔，以此提高布板密度减少层数。
盲孔和埋孔最小钻孔尺寸可在0.3mm左右。
在粗线或平面铜箔上的焊盘可用十字盘（梅花盘）来解决散热快易出现虚焊的问题。
SMT器件的布线方式：
SMT焊盘边缘处＞0.6mm的地方才能有通孔，焊盘不允许印有字符和其它标志。
焊盘之间，
焊盘与通孔之间，以及焊盘与大面积地线之间联线，其宽度一般≤焊盘宽度的0.5，如用阻焊膜加以隔开的，其宽度可以等于焊盘宽度。
凡高密度的器件，SOIC、QFP等引脚焊盘之间的短接处不允许直通，应由焊盘加引出线之后
再短接，同时应尽量避免在其焊盘之间穿越其它联线，SMT的焊盘不能兼作检测点。
柱状表面贴装元件（MELF）的焊盘设计（见图）
5滤波电容、储能电容（解耦电容）的设计
当外来电源或系统电源送入印制板时，该输入端应有高低频电容进行滤波，保证输入电流的干
扰电位低于标准水平以下，而每一个IC芯片附近都应设计储能电容。
该电容在IC芯片工作过程中能提供电能，避免IC芯片电源、地线上出现突跳干扰，减小了感
应发出的燥声电压，大规模集成电路有多个电源和地线引脚，设计时也应多加几个储能电容。
关于储能电容器的容量，经实验，一般14和16脚的芯片选用0.01uf，大规模集成的芯片可为
0.1uf。
在时钟振荡电路的电源上串接一只小电感（磁珠）也同样能起到抑制电源跳变的作用。
磁环、磁珠为铁氧体等效扼流圈，串联在线路中有抑制干扰的能力（能量变换）使用时要根据
抑制干扰的频率来选择不同磁导率的铁氧体材料，铁氧体磁导率越高，低频的阻抗越大，而高频的阻抗越小，铁氧体磁导率越低，高频的阻抗越大，而低频的阻抗越小。
（见表）
磁导率
最佳抑制频范围
125
＞200MHz
850
30MHz-200MHz
2500
10MHz-30MHz
5000
＜10MHz
具体使用时，磁环磁珠应装在干扰源发生端，磁珠最常见使用在晶体、振荡器的输出端，同时
在晶振输出端设计一只接地的高频旁路电容，具体值可在2~47PF挑选，用来调节辐射谐波分量。
有时在I/O口为了抗干扰，也有用磁珠的例子，磁环一般使用在电缆线上抑制辐射干扰。
6印制板共模辐射抑制
印制板辐射主要产生于两个源，一个是由各芯片组成的回路辐射，即前面已提过的差模辐射。
另一个就是印制板的各种电缆线，工作时产生的共模辐射。
共模辐射；
当传输信号的导体的电位与邻近导体的电位不同时，（特别是电缆与地线及其他导
体之间）在两者之间就会产生电流，即使两者之间没有任何导体连接，高频电流也会通过寄生电容流动，这种电流称为共模电流，由这种共模电流产生的辐射称之为共模辐射。
在电气产品中，一般都存在电缆，如：
电源电缆、转接、I/O及其它联线等。
由于共模电压都是设计意图之外的，因此共模辐射比差模辐射更难预测和抑制。
由于共模辐射的提出，传统的地线概念要扩展。
广义的地线定义是；
信号电流流回信号源的低阻抗途经（包括有形和无形的地线）。
有些电子干扰、辐射是不可予先知道的，无形地线上发出的干扰、辐射往往很关键,但很多设
计人员不了解此类问题。
共模辐射的计算公式：
Ｅ2=K2·
L·
f/R
Ｅ2——共模辐射场强
I——共模电流
L——电缆长度
f——工作频率
R——观测点到电缆的距离
K2——常数
通过共模辐射的方式可看出，哪些参数可以减小电缆上的共模辐射。
电缆长度的控制：
在满足使用要求的前提下尽量缩短电缆的长度，在辐射概念上看电缆都是一个个单极天线。
减小共模电流
增加共模电流电路的阻抗，可以减少共模电流，使用共模扼流圈就是达到这个目的的方法。
减少共模电压，当共模回路阻抗一定时，减少共模电压就可以减少共模电流，一般可通过在线
路板的I/O接口部份设置干净地，对机箱内的I/O电缆屏蔽，使机箱内的I/O电缆长度尽量短等方法，可以减小共模电压。
滤波可以通过使用共模低通滤波器来滤掉不必要的高频共模电流。
屏蔽电缆使用注意事项：
屏蔽电缆是抑制共模辐射十分有效的方法，但要注意电缆屏蔽层的端
接方法和端接位置，端接的不好可能会增加电缆的辐射。
7保护地和逻辑地联接方式
保护地和逻辑地的关系很值得研究，尤其是1类设备其保护地线要求接地电阻非常低（0.1Ω
在12V25A情况下），印制板I/O接口的外壳全部都接保护地，一旦1类设备的危险电压击穿基本绝缘时，危险电压马上会与保护地形成回路，产生大电流烧断保险丝，而起到安全保护作用，所以电源线的黄绿双色保护地线短接在金属壳体或印制板上时，一定要十分牢固，接触电阻非常小并做好标注符号，另外保护地与逻辑地的关系处理要得当，保护地线是一条泄放静电电击和干扰信号的良好渠道，只有极少的情况下，保护地线上出现强大干扰信号，才会反串到逻辑地线上。
正因为这一辩证的关系，我们设计保护地与逻辑地的原则是即要连接，又有通道限制，具体方法：
7.1用隔离变压器或光耦合器来连接，这时I/O区域与主电路完全隔离，他们之间的连接仅可能通
过金属机壳（如有金属机壳一定要利用，设计时将保护地逻辑地各自固定连接在金属机壳上），由于任何隔离都有寄生电容，因此将共模扼流圈与隔离变压器结合起来使用，可以获得更好的共模抑制效果，同时可在主电路板与保护地区域留有端接焊盘，可根据联网具体情况在端接处焊接磁珠、电容或直接联线。
7.2另一种方法I/O区域的干净保护地与主电路板之间通过”地桥”连接联线。
电源线数据线通常要加滤波器后方能输出，桥的两端应与金属机壳或大的金属板搭接起来，这样不仅能减少共模电压，还能提高对静电和浪涌冲击等抗干扰的能力。
8使用SMT器件的注意事项
随着生产发展、质量的提高，SMT在设计布板中广乏应用，首先器件分布要均匀重要大型SMT器件其底部尽可能布地线（QFP器件除外），SMT布板设计时要针对所上的SMT贴片机的固定特征方式，应在设计时留出工艺边和工艺固定孔，并在印制板两对角线近边缘处标出标认符号（不能用丝印），供编程定标计算用，其名称为Market点。
如印制板需用SMT、波峰焊混焊的，一般顶面用SMT的回流焊，底面点胶固化后波峰焊，底面波峰焊为贴片的电阻、电容、晶体管及少量的小芯片，操作先顶面回流焊后底面波峰焊，在波峰焊时被焊器件焊盘连续方向与波峰成垂直方向这样才能避免”阴影效应”造成虚焊和漏焊。
9印制板标记
每块印制板在丝印层设计中在右下角（特殊情况可在此方向扩展寻找）标明何种机型、版本及公司名称或公司商标，在安全标记方面，220V的保护地线端引线接地处要有，火线标志“L”，零线标志“N”，有危险电压处都要有。
电源输出端应标注电压值，如+5V+12V-12V.
设计时应出具的文件：
印制板设计布图时目前可用Protel99se等软件进行，印制板设计应出具：
四层板：
1、印制板顶层线路图
2、制板底层线路图
3、印制板第二层地线图（线路图）
4、印制板底三层电源图（线路图）
5、印制板打孔图
6、印制板位号图
共6份图纸（不含逻辑线路图）
二层板应有4份图纸，六层板应有8份图纸。
印制板设计完毕、待文件齐全、以审核、批准后方可归档，准备投产。
结束语；
PCB3C认证中的设计，突出了安全性，工艺性，可靠性，电磁兼容性的综合兼容设计，安全性，工艺性的实现要点；
认真按相关规定去做，保证数据正确，一般都能达到标准。
可靠性，电磁兼容性实现的要点；
五个降低，一个提高。
五个降低；
在保证实现功能的前题下，降低IC电路的开关速度、降低IC电路的功率或电流、降低布线电感和电缆长度、缩小环流面积、降低接地阻抗。
一个提高；
提高兼容设计的思想和能力。
参考文献；
杨继深EMC设计
白同云如何实现EMC的设计
国军标印制板布线要求
升级会员 