中心議題：

• PCB多層布線的特點及發展
• 電源電路電磁幹擾分析及相應抑製措施
• PROTEL99SE簡介及其在電路電磁兼容設計中的應用

解決方案：

• 多層板采用專門地線層易匹配，減少了反射引起的波形畸變
• 采用專門的地線層加大信號線和地線之間的分布電容

隨(sui)著(zhe)現(xian)代(dai)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)工(gong)藝(yi)結(jie)構(gou)的(de)發(fa)展(zhan)


，印(yin)製(zhi)電(dian)路(lu)板(ban)已(yi)取(qu)代(dai)了(le)以(yi)往(wang)的(de)許(xu)多(duo)複(fu)雜(za)配(pei)線(xian)，為(wei)設(she)備(bei)的(de)製(zhi)造(zao)和(he)維(wei)修(xiu)提(ti)供(gong)了(le)極(ji)大(da)的(de)方(fang)便(bian)。另(ling)一(yi)方(fang)麵(mian)，集(ji)成(cheng)電(dian)路(lu)的(de)迅(xun)猛(meng)發(fa)展(zhan)更(geng)加(jia)促(cu)進(jin)了(le)印(yin)製(zhi)電(dian)路(lu)技(ji)術(shu)的(de)飛(fei)速(su)發(fa)展(zhan)。目(mu)前(qian)
，電(dian)子(zi)設(she)備(bei)中(zhong)常(chang)用(yong)的(de)印(yin)製(zhi)電(dian)路(lu)板(ban)有(you)以(yi)下(xia)幾(ji)種(zhong)：一種為單麵布線印製製板，它是一個表麵有銅箔且厚度為0.2―5.0mm的緣緣基板上形成印製電路
，適用於一般要求的電子設備，如收音機等。

另一種為雙麵布線印製板，是在兩個表麵有銅箔且厚度為0.2～5.0mm的絕緣基板上形成印製電路，提高了布線密度，減小了設備體積

，適用於電子儀器、yibiaodeng。haiyouyizhongjiushijifushengminglideduocengbuxianyinzhidianluban
，tashitongguojicengjiaobodedanmianhuoshuangmianbanzhanhe
，zaijueyuanjibanshangxingchengsancengyishangdeyinshuadianluerzhicheng。tayujichengdianlupeiheshiyong，keyijianxiaodianzichanpindetijiyuzhongliang
；通過增設屏蔽層，可以提高電路的電氣性能。

如ru今jin，大da規gui模mo和he超chao大da規gui模mo集ji成cheng電dian路lu已yi在zai電dian子zi設she備bei中zhong得de到dao廣guang泛fan應ying用yong
，而er且qie元yuan器qi件jian在zai印yin刷shua電dian路lu板ban上shang的de安an裝zhuang密mi度du越yue來lai越yue高gao，信xin號hao的de傳chuan輸shu速su度du更geng是shi越yue來lai越yue快kuai，由you此ci而er引yin發fa的deEMC問題也變得越來越突由。單麵
、雙麵布線已滿足不了高性能電路要求
，而多層布線電路的發展為解決以上問題提供了一種可能
，並且其應用正變得越來越廣泛。
　　
電源有如人體的心髒，是所有電設備的動力。電源電路的選擇和設計直接關係到設備的EMI/EMC規範，甚至關係到設備的基本性能。本文通過分析多層布線的特點及其發展
，探討了電源電路中EMI產生的原因，給出了多層布線的一些布線規則及抑製EMI的措施，最後介紹PROTEL99SE軟件及其應用。
　　
1多層布線的特點及發展
　　
圖1給出了多層電路板結構層麵剖視圖。多層板是通過電鍍通孔把重疊在一起的n層印製電路板連接成一個整體
                                  
　
1.1多層布線特點
　　
多層布線之所以逐漸得到廣泛的應用，究其原因

，不乏有以下幾個特點：

（1）多層板內部設有專用電源層、地線層
，減小了供電線器的阻抗

，從而減小了公共阻抗幹擾。印製電路板上單根銅箔導線的特性阻抗為：
　　Z=R+jwL（1）
　　R為印製導線的直流電阻，可以通過下式求得：
　　R=pl/bd（2）
　　p――銅的體積電阻率（Ω•cm）
　　l――印製導線長度（cm）
　　b――印製導線寬度（cm）
　　d――印製導線厚度（cm）

在常溫條件下，p=1.75(Ω•cm)，常用導線的厚度為18μm、35μm、70μm。
　　L為印製導線的自感，可以通過下式求得：
　　L=2l[ln（2l/b）+1/2](mH)（3）
　　式中，l

、b的定義同上。
由公式（2）
、（3）可以看出，印製導線的長度、厚度一定時
，增加導線的寬度可以減小導線的特性阻抗
，從而相應地減小公共阻抗的幹擾。

（2）多層板采用專門地線層，對信號線而言都有均勻接地麵，信號線的特性阻抗穩定，易匹配，減少了反射引起的波形畸變。
　　
在(zai)電(dian)路(lu)設(she)計(ji)中(zhong)發(fa)現(xian)
，當(dang)印(yin)製(zhi)電(dian)路(lu)板(ban)上(shang)裝(zhuang)有(you)多(duo)個(ge)集(ji)成(cheng)電(dian)路(lu)，並(bing)且(qie)其(qi)中(zhong)有(you)些(xie)元(yuan)件(jian)耗(hao)電(dian)很(hen)多(duo)時(shi)，地(di)線(xian)上(shang)會(hui)出(chu)現(xian)較(jiao)大(da)電(dian)位(wei)差(cha)。原(yuan)因(yin)集(ji)成(cheng)電(dian)路(lu)的(de)開(kai)關(guan)電(dian)流(liu)i與電源線和地線電阻R和電感L造成電壓降所至。可通過下式來描述：
　　  E=ER+EL=Ri+L(di/dt)（4）
由式（4）可以看出，通過減小R和L將使電壓降能夠顯著減小。而多層板設計中，信號線與地層之間有均勻接地麵，減小了R、L，保證了地線電位的穩定。
　　[page]
（3）采用專門的地線層加大了信號線和地線之間的分布電容
，減小了串擾。
　　
串(chuan)擾(rao)是(shi)指(zhi)兩(liang)個(ge)或(huo)更(geng)多(duo)導(dao)體(ti)靠(kao)得(de)比(bi)較(jiao)近(jin)時(shi)，它(ta)們(men)之(zhi)間(jian)會(hui)有(you)容(rong)性(xing)耦(ou)合(he)，一(yi)個(ge)導(dao)體(ti)上(shang)的(de)電(dian)壓(ya)大(da)幅(fu)度(du)變(bian)化(hua)時(shi)會(hui)向(xiang)其(qi)它(ta)導(dao)體(ti)耦(ou)合(he)電(dian)源(yuan)。通(tong)常(chang)耦(ou)合(he)電(dian)容(rong)反(fan)比(bi)於(yu)導(dao)體(ti)間(jian)的(de)距(ju)離(li)而(er)正(zheng)比(bi)於(yu)導(dao)體(ti)的(de)麵(mian)積(ji)。而(er)在(zai)通(tong)過(guo)減(jian)小(xiao)相(xiang)鄰(lin)導(dao)體(ti)間(jian)的(de)麵(mian)積(ji)並(bing)增(zeng)大(da)相(xiang)鄰(lin)距(ju)離(li)
，有(you)利(li)於(yu)減(jian)小(xiao)串(chuan)擾(rao)。采(cai)用(yong)多(duo)層(ceng)布(bu)線(xian)
，由(you)於(yu)增(zeng)加(jia)了(le)獨(du)立(li)地(di)線(xian)層(ceng)
，大(da)功(gong)率(lv)接(jie)地(di)層(ceng)上(shang)的(de)噪(zao)聲(sheng)就(jiu)不(bu)會(hui)注(zhu)入(ru)到(dao)其(qi)它(ta)層(ceng)麵(mian)上(shang)去(qu)
，從(cong)而(er)減(jian)小(xiao)了(le)高(gao)頻(pin)電(dian)流(liu)對(dui)敏(min)感(gan)電(dian)路(lu)的(de)影(ying)響(xiang)。
　　
（4）配線密度高。
與相應尺寸的雙麵印製板相比
，多層印製電路板器件安裝麵安裝密度大，配線密度高。
　　
1.2多層布線的發展
　　
上麵分析了多層布線不同於單麵、雙shuang麵mian布bu線xian的de特te點dian。正zheng是shi由you於yu多duo層ceng布bu線xian具ju有you這zhe些xie特te點dian，從cong而er為wei電dian路lu設she計ji人ren員yuan提ti供gong了le一yi種zhong理li想xiang的de解jie決jue噪zao聲sheng問wen題ti的de途tu徑jing。在zai常chang規gui則ze的de電dian路lu設she計ji中zhong，去qu耦ou電dian容rong安an裝zhuang得de當dang可ke以yi使shi串chuan聯lian阻zu抗kang減jian小xiao80%zuoyou。danshi，zhezhongdafuduyizhidianyuandianyabodongdecuoshi
，shizhishangshiyizhongbujiubanfa。genghaodefangfashibuduanwanshangongdianxianludesheji

，erduocengbuxiandefazhanweiqitigongleyizhongkeneng。dangran，duocengdianlubanhaicunzaijiagonggongyifuza、成本高的特點
，這是阻礙其發展的因素。但隨著印刷電路板技術的發展及大規模生產，多層電路板的使用將變得越來越廣泛。
　　
2電源電路電磁幹擾分析及相應抑製措施
　　
電磁兼容（EMC）是(shi)指(zhi)對(dui)電(dian)磁(ci)環(huan)境(jing)進(jin)行(xing)設(she)計(ji)的(de)學(xue)科(ke)領(ling)域(yu)，通(tong)過(guo)研(yan)究(jiu)和(he)分(fen)析(xi)預(yu)測(ce)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)，提(ti)供(gong)抑(yi)製(zhi)幹(gan)擾(rao)的(de)有(you)效(xiao)技(ji)術(shu)

，進(jin)行(xing)合(he)理(li)設(she)計(ji)
，從(cong)而(er)使(shi)電(dian)子(zi)係(xi)統(tong)和(he)設(she)備(bei)在(zai)共(gong)同(tong)電(dian)磁(ci)環(huan)境(jing)中(zhong)不(bu)受(shou)幹(gan)擾(rao)的(de)影(ying)響(xiang)而(er)相(xiang)容(rong)地(di)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)。電(dian)磁(ci)兼(jian)容(rong)的(de)研(yan)究(jiu)對(dui)象(xiang)就(jiu)是(shi)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)。隨(sui)著(zhe)電(dian)子(zi)係(xi)統(tong)和(he)設(she)備(bei)數(shu)量(liang)的(de)逐(zhu)漸(jian)增(zeng)多(duo)和(he)性(xing)能(neng)的(de)不(bu)斷(duan)提(ti)高(gao)，電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)將(jiang)越(yue)來(lai)載(zai)嚴(yan)重(zhong)。而(er)電(dian)源(yuan)電(dian)路(lu)作(zuo)為(wei)任(ren)何(he)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)所(suo)不(bu)可(ke)缺(que)少(shao)的(de)部(bu)分(fen)，其(qi)性(xing)能(neng)的(de)好(hao)壞(huai)直(zhi)接(jie)關(guan)係(xi)到(dao)了(le)設(she)備(bei)性(xing)能(neng)的(de)優(you)劣(lie)。

對dui電dian源yuan電dian路lu係xi統tong來lai講jiang，電dian磁ci幹gan擾rao可ke分fen為wei輻fu射she型xing和he傳chuan導dao型xing。輻fu射she型xing幹gan擾rao表biao現xian為wei電dian場chang或huo磁ci場chang的de形xing式shi，而er傳chuan導dao型xing幹gan擾rao總zong是shi以yi電dian壓ya或huo電dian流liu的de形xing式shi來lai表biao現xian。電dian源yuan電dian路lu中zhong功gong率lv器qi件jian的de切qie換huan或huo電dian源yuan電dian壓ya的de波bo動dong過guo程cheng，可ke以yi在zai連lian線xian上shang產chan生sheng很hen大da的dedv/dt和di/dt的信號。它可以耦合到其它連線上造成電磁幹擾。因而元件的選擇對於控製電磁幹擾（EMI）至關重要

，而且電路板的布局和連線也具有同等重要的影響。

2.1電源電路中電磁幹擾的產生
　　
2.1.1元件選擇不合理
在電源電路中

，高頻開關器件、高頻變壓器、電感等的使用，為輻射型電磁幹擾的產生帶來了可能。
　　
2.1.2元器件布局不合理
元器件布局的合理性直接關係到電源電路EMI水shui平ping的de好hao壞huai。電dian源yuan電dian路lu中zhong功gong率lv器qi件jian的de切qie換huan可ke以yi在zai連lian續xu上shang產chan生sheng很hen大da的de幹gan擾rao信xin號hao，它ta可ke以yi耦ou合he到dao其qi它ta連lian線xian上shang造zao成cheng幹gan擾rao問wen題ti，布bu局ju時shi要yao進jin行xing特te殊shu注zhu意yi。
　　
2.1.3布線不合理
dianyuandianluzhongdezouxian
，yinggaibaohujiedicengbuxiangdianludeminganbufenouhezaosheng
，gaopindianliudiyumingandianluhuichanshengbukehushideyingxiang。yanjiubiaoming，gaopinkaiguandianyuandianluzhongdeEMI指標往往可以在不增加任何元器件的改變線路的條件睛通過修改布線設計而得到改善。
　　
2.2多層布線對抑製電磁幹擾的作用

這裏從布線的角度
，針對多層布線在抑製電磁幹擾方麵的作用加以分析。
　　
2.2.1布線中的一些規則
gaosuxinhaoxianyaoduan，xinhaoxianhexinhaohuiluxiansuoxingchengdehuanlumianjiyaozuixiao。weibimianxinhaozhijiandexianghuchuanrao，liangtiaoxinhaoxianqiejipingxing，eryingcaiquchuizhijiaochafangshi；或者拉開兩線之間的距離
；也ye可ke在zai兩liang條tiao平ping行xing的de信xin號hao線xian之zhi間jian增zeng設she一yi條tiao地di線xian。連lian線xian和he電dian源yuan線xian的de走zou向xiang盡jin量liang與yu數shu據ju傳chuan輸shu方fang向xiang垂chui直zhi。地di線xian的de設she計ji不bu應ying該gai斷duan開kai，而er應ying該gai設she計ji成cheng環huan路lu，這zhe樣yang可ke以yi避bi免mian地di線xian上shang出chu現xian較jiao大da的de電dian位wei差cha而er引yin起qi地di電dian位wei波bo動dong，導dao致zhi信xin號hao波bo形xing產chan生sheng振zhen蕩dang

、電路誤動作。
　　
2.2.2多層布線在抑製電磁幹擾中的作用
上麵給出了布線的一些規則。采用單麵板、雙(shuang)麵(mian)板(ban)設(she)計(ji)電(dian)源(yuan)電(dian)路(lu)時(shi)有(you)些(xie)規(gui)則(ze)並(bing)不(bu)能(neng)得(de)到(dao)很(hen)好(hao)地(di)實(shi)現(xian)。多(duo)層(ceng)布(bu)線(xian)的(de)使(shi)用(yong)彌(mi)補(bu)了(le)這(zhe)些(xie)不(bu)足(zu)。高(gao)密(mi)度(du)的(de)電(dian)源(yuan)電(dian)路(lu)板(ban)上(shang)，兩(liang)個(ge)或(huo)更(geng)多(duo)導(dao)體(ti)靠(kao)得(de)比(bi)較(jiao)近(jin)時(shi)，它(ta)們(men)之(zhi)間(jian)存(cun)在(zai)容(rong)性(xing)耦(ou)合(he)
，一(yi)個(ge)導(dao)體(ti)上(shang)的(de)大(da)幅(fu)度(du)電(dian)壓(ya)變(bian)化(hua)會(hui)向(xiang)其(qi)它(ta)導(dao)體(ti)耦(ou)合(he)電(dian)流(liu)。一(yi)般(ban)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)增(zeng)加(jia)它(ta)們(men)之(zhi)間(jian)的(de)距(ju)離(li)或(huo)在(zai)導(dao)體(ti)之(zhi)間(jian)增(zeng)加(jia)一(yi)條(tiao)接(jie)地(di)線(xian)來(lai)消(xiao)除(chu)耦(ou)合(he)，但(dan)應(ying)該(gai)保(bao)證(zheng)接(jie)地(di)層(ceng)不(bu)向(xiang)電(dian)路(lu)的(de)敏(min)感(gan)部(bu)分(fen)耦(ou)合(he)噪(zao)聲(sheng)，否(fou)則(ze)會(hui)對(dui)敏(min)感(gan)電(dian)路(lu)產(chan)生(sheng)不(bu)可(ke)忽(hu)視(shi)的(de)影(ying)響(xiang)。

采用多層布線方式，電源、地線和信號分別占有獨立的層麵（如圖1所示），這樣由整個層麵構成的電源線和接地線阻抗相當低。電路板的分布電容由各層之間的距離和介電係數來決定，約為10～1000pF/cm2。圖1中的E層上下表麵經過絕緣處理，既能預防線路板向外輻射噪聲，又能防止線路板接受外來噪聲
；tongshi，dianyuanxianbeimifengzaibannei
，jihubujieshourenhewailaizaosheng，erqieneibujigegongdianmianzhijianyouhendadejingdiandianrong
，xingchengzukangjididegongdianxianlu，jidaditigaolekangzaoxingneng。
　　
3PROTEL99SE簡介及其在電源電路電磁兼容設計中的應用
　　
3.1PROTEL99SE簡介
PROTEL99SE作為一個優秀的板級設計軟件
，是個功能強大的設計係統。它由以下幾部分構成：設計瀏覽器、原理圖捕獲、電路仿真
、PLD設計
、PCB布局、PCB自動布線、信xin號hao完wan整zheng性xing分fen析xi。設she計ji瀏liu覽lan器qi為wei設she計ji人ren員yuan方fang便bian地di進jin入ru設she計ji並bing使shi用yong創chuang建jian設she計ji的de各ge種zhong工gong具ju提ti供gong了le一yi個ge便bian捷jie界jie麵mian。原yuan理li圖tu捕bu獲huo部bu分fen類lei似si於yu傳chuan統tong的de畫hua圖tu過guo程cheng，通tong過guo計ji算suan機ji輔fu助zhu設she計ji自zi動dong繪hui圖tu，便bian捷jie地di修xiu改gai圖tu層ceng。然ran而er
，PROTEL99SE中的原理圖捕獲功能塊是許多技術設計的入口點，從電路設計到PLC（可編程邏輯器件）編程
，再到電路仿真和PCB設計（布局、布線），都以原理圖捕獲為基礎。

電路仿真部分與原理圖編程器緊密集成，可以直接從原理圖（原理圖中的元器件采用仿真庫模塊）對模擬和數字信號設計進行混合仿真。PLD設計提供了基於原理圖及CUPLTM硬件描述語言的可編程邏輯器件的設計手段。PCB布局和PCB自(zi)動(dong)布(bu)線(xian)完(wan)成(cheng)印(yin)製(zhi)電(dian)路(lu)板(ban)的(de)布(bu)局(ju)與(yu)布(bu)線(xian)功(gong)能(neng)，執(zhi)行(xing)設(she)計(ji)規(gui)則(ze)
，產(chan)生(sheng)印(yin)製(zhi)板(ban)加(jia)工(gong)文(wen)件(jian)及(ji)輸(shu)出(chu)文(wen)件(jian)。信(xin)號(hao)完(wan)整(zheng)性(xing)分(fen)析(xi)以(yi)印(yin)製(zhi)電(dian)路(lu)板(ban)設(she)計(ji)為(wei)基(ji)礎(chu)，設(she)定(ding)相(xiang)應(ying)規(gui)則(ze)來(lai)測(ce)試(shi)網(wang)絡(luo)阻(zu)抗(kang)和(he)上(shang)衝(chong)、下衝、上升、xiajiangdengshijian。tongshi，tongguozhixingfansheyuchuanraofenxi

，nenggouqueqiedifenxibuxiandexingnengbingchanshengzhunquedejieguoboxing。zonghegebufensuowanchengdegongnengkeyikanchu。PROTEL99SE是一個功能強大的電路設計係統。
　　
3.2PROTEL99SE在電源電路電磁兼容設計中的應用
線路板設計階段如果缺乏有效的手段分析電磁幹擾，則產生可能通不過EMC標準而不能進入生產。傳統的嚐試性方法仍是國內設計人員普遍采用的方法，但各種各樣的借助於計算機輔助設計的方法正應運而生。PROTEL99SE設計軟件內部的自動布線軟件包與SPICE仿真器件相結合實現了具有EMC設計的PCB計算機輔助設計。

congshangmianbuxianguizekezhi，gaosuxinhaoxianyaoduan，zhekeyitongguopeizhichangduyueshuguizelaishixian。duiyutouchengzaigaosuxinhaodezouxianwangluokeyicaihejuhualiantuopu，guidingyunxuzuichangzouxian。bingbingdaoxianrongyiyinqixianghuchuanrao
，keyitongguopeizhibingxingzouxiandezuidachangdulaibachuanraoxianzhizaiyunxudefanweizhinei。youdi2節分析可知，導線特性阻抗會引起公共阻抗幹擾。

采用PROTEL99SE布(bu)線(xian)時(shi)

，可(ke)以(yi)在(zai)信(xin)號(hao)完(wan)整(zheng)性(xing)功(gong)能(neng)項(xiang)設(she)定(ding)中(zhong)配(pei)置(zhi)阻(zu)抗(kang)約(yue)束(shu)條(tiao)件(jian)來(lai)保(bao)證(zheng)網(wang)絡(luo)最(zui)大(da)允(yun)許(xu)導(dao)線(xian)阻(zu)抗(kang)。同(tong)時(shi)，還(hai)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)設(she)定(ding)信(xin)號(hao)完(wan)整(zheng)性(xing)功(gong)能(neng)項(xiang)中(zhong)的(de)上(shang)衝(chong)
、下衝、延遲時間約束來保證信號的完整。PROTEL99SEdeqiangdashejigongnengweidianyuandianludiancijianrongdeshejitigongleyizhongshouduan。dangran，shejiguochengzhongxuyaogenjudianciganraozhibiaoqufenxijisuanxiangyingdebuxiancanshu，zheyeshigairuanjianzaidiancijianrongshejizhongdebuzuzhichu。
　　
多duo層ceng電dian路lu板ban的de特te點dian使shi其qi發fa展zhan具ju有you豐feng富fu的de生sheng命ming力li。在zai對dui性xing能neng要yao求qiu高gao的de電dian路lu設she計ji中zhong
，多duo層ceng電dian路lu板ban使shi用yong將jiang成cheng為wei一yi種zhong趨qu勢shi。而er且qie在zai電dian源yuan電dian路lu的de設she計ji中zhong由you於yu采cai用yong多duo層ceng電dian路lu板ban，將jiang使shi電dian磁ci兼jian容rong的de設she計ji得de到dao較jiao大da的de改gai善shan。