20、PCB设计：电磁干扰与艺术版图制作全解析

PCB设计：电磁干扰与艺术版图制作全解析

1. 电磁干扰与兼容性（EMI/EMC）

高速数字电路是电磁辐射的主要来源。印刷电路板（PCB）的辐射水平会受到高时钟频率、快速信号上升/下降时间、长走线长度和不良接地网格的显著影响。在高频情况下，PCB上的走线会像单极或环形天线一样工作。当走线长度接近所传输信号波长的七分之一时，传输线效应就成为设计中需要重点考虑的因素。例如，如果系统时钟频率为200 MHz，在FR4材料中信号的波长约为0.5 m。

信号的频率和上升时间存在如下关系：Tr（上升时间，单位：ns） = 0.35 / 频率（单位：GHz）。以下是常见高速集成电路（IC）的上升时间和波长：
| 参数 | TTL | 肖特基TTL | ECL | GaAs |
| ---- | ---- | ---- | ---- | ---- |
| 输出上升时间（ns） | 6 - 9 | 2 - 3 | 0.45 - 0.75 | 0.05 - 0.20 |
| 自由空间波长（m） | 6.8 | 2.5 | 0.52 | 0.086 |
| FR4中波长（m） | 3.1 | 1.2 | 0.24 | 0.04 |

以ECL为例，其频率为0.35 / 0.45 = 777 MHz，在自由空气中的波长约为375 mm，在FR4中约为175 mm，在陶瓷中约为100 mm。因此，如果使用FR4制造的PCB走线长度超过25 mm，就需要考虑ECL信号的电磁特性和传输线效应。

在高速设计中，50 - 80欧姆的特性阻抗较为常用。较低的阻抗值会导致过大的di/dt串扰，并可能使功耗翻倍，从而产生散热问题。较高的阻抗不仅会产生高