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1PCBEMC設計準則(II)Ver.2PreparedbyChinyiLiApril29,2003ASUSTeKCOMPUTERINC.目錄I.基本觀念.………..…………..……………………………………………………..3一、系統中的PCBEMC設計…………………………………………………………………...3二、四層板與六層板的EMI特性分析…………………………………………………………..3三、名詞說明………………………………………………………………………………………4II.EMI零件…...………………………………………………………………………51.I/OFilter…………………………..……………………………………………………….……5(1)LCDConnector………………..……………………………………………………….……5(2)CRTPort………………..…………..………………………………………………….……5(3)TV-OutPort………………..……………………………………………………….……….7(4)PrinterPort………………..……………………………………………………….………..8(5)SerialPort………………..……………………………………………………….…………8(6)PS2Port………………..……………………………………………………….…………...9(7)USBPort………………..……………………………………………………….……….….9(8)1394Port………………..……………………………………………………….…………10(9)AudioPort………………..……………………………………………………….………..10(10)InternalSpeaker/MICConnector………………..………………………………………..11(11)BatteryConnector………………….………………………………………………….….11(12)InverterConnector………………….……………………………………………….……12(13)DockingConnector(Portbar,Portdock,PortReplicator,…)………………..……………12(14)LANPort…………………..…………………………………………………….………..13(15)RJ-11Port(TraceonBoard)…………………..…………………………………………14(16)DC-INJack…………………..…………………………………………………….……..14(17)DaughterBoard(VGA/Power/Audio/MDCBoard,…等)Connector……………….....15(18)SmallBoard(LED/Switch/Touchpad,…等有引Cable的小板)Connector…………….15(19)Fan,RTCBatteryConnector……………………………………………………………..152.CapacitoratMoat…...…………….……………………………………………..…………….153.CapacitoratPowerPolygon…………………………………………………………………...15III.LAYOUT…….…...……………….……………………………….…………….161.LayerStacking…..……………………………………………………………………………..16□四層板…..………………………………………………………………………………....16□六層板…..…………………………………………………………………………..……..16□八層板…..……………………………………………………………………………..…..17◎PrepregThickness……………………..…………………………………………………..17◎PrepregCost…………………...…………………………………………………..………1722.Placement………………………………………………………….………………………..….183.PowerPlane……………………………………………………………………………………194.GroundPlane………………………….……………………………………………………….215.SignalRouting…………………………………………………………………………………22[1]四層板（1-G-P/G-4）………………..…………………………………….……………..22[2]六層板（1-G-3-4-P/G-6）………………………………………………………………….23[3]八層板（1-G-3-P-5-6-G-8）……………………………………………………………….24[4]DaughterBoard（VGA/Power/AudioBoard,…）……………………………………….25[5]SmallBoard（轉板/LED/SwitchBoard,TouchpadFPC,…）………………………….25（圖A）四層板或六層板走在鄰近VCCLayer的ClockTrace……………………………26（圖B）LCDConnector範例1………………………………………………………………26（圖C）LCDConnector範例2………………………………………………….……………27（圖D）ClockGenerator範例…………………………………………………….….………27（圖E）R/G/BTrace範例……………………………………………….….…………..……28（圖F）I/OCapacitor連接方式範例……………………………………….…….….………28◎ReferenceBooks…………………………………………………………...……293I.基本觀念一、系統中的PCBEMC設計PCBDesignDeviceADeviceBPCB2PCB3DeviceCPCB1I/OPortGroundingPCBDesign二、四層板與六層板的EMI特性分析「只有一層GroundPlane的四層板與六層板」在EMI方面有如下缺點：1.有一半以上的信號Trace無法鄰近GroundPlane，按照映像（Image）理論，這些信號產生的電磁場得不到一個良好的抵消，因此產生較大的輻射EMI。2.雖然VCCPlane通常也可被用來充當映像Plane，但VCC經多區塊劃分之後，各區塊實際的面積相對於GroundPlane甚小，鄰近VCCPlane的信號Trace無可避免地跨越不同的VCCPlane，使得映像效果失去作用而產生EMI。3.即使信號Trace不跨越VCCPlane，所得到的映像效果亦遠不如GroundPlane，其原因有二：(1)VCC本身面積甚小，與理想的映像Plane條件相差甚遠，故電磁場的抵消效果大打折扣；(2)VCCPlane本身攜帶的雜訊電流較Ground大很多，容易污染鄰近的信號Trace，造成額外的EMI效應。4.GroundPlane必須擔負所有信號與電源的回返電流，只有一層GroundPlane其電流負荷量必定加重許多，這樣的GroundPlane本身攜帶的雜訊電流亦較多。因此整體而言，只有一層GroundPlane的四層板與六層板會攜帶較大的共模電流，EMI也必定較大。所以，只有一層GroundPlane的四層板與六層板需要借助更大幅度的高頻信號展頻技術，更細膩的佈線規則，以及更多的去耦合電容來彌補上述缺陷。同時在機構方面則需要更嚴謹的Shielding與Grounding設計來掩護其它的不足。八層板一般可以維持兩個GroundPlane，故沒有上述缺點，EMI特性較容易掌控。惟當板厚過薄時需注意內層Crosstalk問題與各層Trace阻抗的控制。4本設計準則著眼在如何從Layout上將「只有一層GroundPlane的四層板與六層板」的EMI不理想效應降到最低的程度。◎映像理論可參考：《IntroductiontoEMC》byClaytonR.Paul.JohnWiley&Sons,Inc,1992.Page215.三、名詞說明EMI:ElectromagneticInterference，電磁干擾，泛指任何的電流、電場、磁場以及電磁波所造成的干擾，均可稱之。Decoupling電容:ICPowerPin旁的電容或任何PowerPlane，PowerPolygon，PowerTrace上的電容。其作用是降低整體PowerBus上的阻抗。Bypass電容:I/OPort信號或Power上的電容，作用是濾除往I/OPort的高頻雜訊（電流）。Bead:FerriteBead的簡稱，一種低通濾波元件。等效電路為R(f)+jωL(f)，一般用於低頻信號上。Choke:一般指線圈式的電感或低通濾波元件。等效電路為jωL，或jωL(f)，或R(f)+jωL(f)。Common-modeChoke:用來濾除Common-mode電流的Choke。等效電路為R(f)+jωL(f)，一般用於高頻差動信號上，主要優點是能夠濾除差動信號上的共模電流，而不會濾掉差模電流。Crosstalk:指信號線之間的近場耦合效應，亦為EMI的一種。程度嚴重者會造成電路功能不正常。Shielding:一般指使用金屬材料對電磁場或電磁波的遮蔽，作用是防止電磁波外洩或進入某區域。Grounding:一般指PCBGround與機構金屬材料（ChassisGround）之間的搭接，作用是降低PCB上的高頻雜訊與增強對ESD的免疫力等。傳輸線:PCB上一條或多條Trace與ReferencePlane或ReferenceTrace可構成傳輸線。阻抗:電阻+電抗（感抗或容抗）=R+jX。特性阻抗:在假定無反射的條件下，傳輸線上某處的電壓對電流的比值即為該處之特性阻抗。若傳輸線結構均勻，則在線上各點的特性阻抗均等。特性阻抗值由傳輸線的結構與所處環境來決定，PCB上的傳輸線一般由「Trace寬度」、「PCB介電材質」、「Trace與GND間的相對距離」等因素決定。5II.EMI零件1.I/OFilter(1)LCDConnector:→每一條LVDS預留電容或電容性Polygon.參考（圖C）LCDConnector範例2.LCDConnector㏕﹚ふPowerLVDSBead◎LVDS電容:預留.◎PowerBead:120ohm/100Mhz規格根據電流量選用.◎PowerBypass電容:0.1μF.(2)CRTPort:BG逼甧DiodeBeadDDCDAHsync815714613512411310291RDDCCKVsyncBead_ArrayVCC㏕﹚ふ6◎R/G/BBead:120ohm/100Mhz規格自由選用.◎R/G/BBypass電容:33pF以上.◎Hsync,Vsync,Ddcck,DdcdaBeadArray:120ohm/150mA,09-071120201.◎Hsync,Vsync,Ddcck,Ddcda排容:100pF.◎SpacingotherTraceTraceWTraceTraceGND_Trace(20mile)otherTraceB3WGND_Trace(20mile)GWWR3W◎Impedance75ohm37.5ohm75ohmTrace75ohmfilterCRT_PortTracea.filter75ohmb.Portbar_CRT(ぃ筿(ぃ筿TraceCRT_Port37.5ohmTraceTrace◎TraceLayout7◎CRTPortLayout範例:(3)TV-OutPort:㏕﹚ふPortBeadGND◎Bead:120o