PCB的EMC设计（二）：模块划分及特殊器件的布局

在PCB的电磁兼容(EMC)设计中，合理的模块划分和器件布局是基础环节，直接影响电磁场的发射与接收特性，并决定了后续布线的质量。频率产生器件、驱动器、电源模块和滤波元件的位置及排列方向都会对整体EMC性能产生显著影响。

模块划分策略

功能导向分区

将电路按功能模块化处理，例如时钟电路、放大电路、驱动电路、数模转换电路、I/O接口、开关电源和滤波电路等。依据信号流向进行合理布局，确保模块间连接路径最短，减少交叉干扰。

频率导向分区

根据工作频率和信号速率将电路分区，采用高、中、低频率逐级布局方式，避免不同频段电路相互交错，降低频率干扰。

信号类型分区

将数字电路与模拟电路分开布局，通过空间隔离减少相互耦合。数模转换电路(如A/D、D/A转换器)应位于两个区域的交界处，并确保模拟部分管脚位于模拟地平面上方，数字部分管脚位于数字地平面上方。

综合布局原则

设计PCB布局时应遵循以下关键原则：

1.信号流向优先：让关键高速信号线路最短，其次才考虑美观性

2. 时钟电路处理：

尽量缩短时钟走线，无法缩短时在两侧添加屏蔽地线，时钟电路应远离I/O接口和连接器，布置在电路板内侧。

3. 区域分配：

低频数字I/O和模拟I/O电路靠近连接器布置，高速电路等噪声源和敏感电路靠内侧放置。

4. 其他关键考量：

功率放大与驱动部分应远离屏蔽体开孔区域，晶振、晶体等元件靠近对应IC放置，基准电压源和模拟信号输入线应远离数字信号线路

妥善的模块划分和器件布局是PCB EMC设计的基础工作，能有效降低电路间相互干扰，提高产品的整体电磁兼容性能。

特殊器件的布局

特殊器件的布局对电路的电磁兼容性能有着决定性影响。这些器件通常具有特殊的电气特性或功能，需要格外关注其放置位置和方向。

时钟布局

晶振和时钟发生器应尽量布置在电路板的内部区域，远离板边和I/O接口。这类高频振荡器件是电磁干扰的主要发射源，应与敏感电路保持足够的距离，并考虑在其周围添加适当的接地屏蔽。晶振应靠近使用其时钟信号的主控芯片放置，以缩短时钟传输路径，减少辐射。

电源布局

电源变换器件如DC-DC转换器、线性稳压器等应单独划分区域。开关电源模块是电磁干扰(EMI)的主要来源之一，其干扰频谱有些甚至可高达300MHz以上。尽管系统中各单板都有独立电源系统，但这些干扰仍能通过背板连接或空间耦合方式传播至其他单板。因此电源部分必须合理布局于单板的电源入口位置附近。对于占用面积较大的电源电路，应统一置于单板的同一侧边。

业界普遍采用的最佳实践是单板的电源入口处。这种布局考虑了电源信号的输入输出流向，避免信号交叉，使电流路径最短、最直接。

由于电源部分在功能上相对独立且常是EMI问题的源头，使用过孔栅栏(via fence)或分割线(split line)在物理上划分电源区域与其他电路区域，有效抑制电源噪声向敏感电路的传播。

48V电源布局

高速缓冲器和驱动器

对于高速缓冲器和驱动器，应放置在驱动线路的起始端，尽量靠近负载器件，以减小信号反射。驱动大电流负载的器件周围应设计充分的散热区域，并确保电流回路完整。负载比较大的应该和驱动器电源分开，避免相互干扰。

模拟信号处理器件

模拟信号处理器件如运放、比较器等应远离数字处理电路，特别是远离高频时钟源和开关电源。模拟信号路径应尽量短，避免与数字信号线平行走线。对于高精度模拟电路，建议考虑添加屏蔽层或屏蔽罩。

RF射频器件

对于RF射频器件，应严格按照参考设计布局，保持信号路径阻抗连续性，并避免其信号线与其他高速信号线交叉。射频部分最好设计为独立区域，甚至可考虑使用内部屏蔽隔离。

详情可点击链接射频电路板设计技巧

大功率器件和散热元件

大功率器件和散热元件应合理布置，避免热点集中，并考虑整体散热通道设计。这些器件通常需要较大的铜面积散热，但过大的铜面也可能形成天线结构，因此需要权衡EMC性能和散热效果。

接口连接器

接口连接器如USB、以太网等应布置在板边，且信号线尽量短，避免跨越整个电路板。对于高速接口，应考虑信号完整性问题，保持差分对走线的完整性。

通过精心规划这些特殊器件的布局，可以在源头上减少电磁干扰问题，提高电路的整体可靠性和抗干扰能力，从而达到更好的电磁兼容性能。

滤波器件

从整体布局角度来看，不同类型的滤波器需要进行合理的分区布局。敏感的滤波器件应当远离干扰源，，大功率滤波器与小信号滤波器之间需要保持适当的隔离距离。对于不同频段的滤波器，建议按照频率高低进行梯度布局，高频滤波器应当更靠近信号源，而低频滤波器可以适当放置得远一些，这样的安排有助于整个滤波系统的协调工作。