顺利通过EMC试验（二十）文字版
预习思考题
请列举你所知道的多层线路板对于电磁兼容的好处。
经常有培训机构找我，希望举办关于PCB设计的培训。但是我一直没有承诺。因为，单纯讲PCB设计，确实不用很多时间，实际上，PCB设计无非就是将电磁兼容技术的原理应用在PCB这个场合而已。如果非得要做PCB电磁兼容设计的培训，其中90%也是一般培训中的内容。就象，你想学习烹饪技术，应该参加一个烹饪培训班，而不是“怎样制作婚宴”、“怎样制作生日宴”等等这种貌似很有用的培训班。
实际上，PCB电磁兼容设计的核心就是两个，一个是减小关键信号的回路面积，这主要是改善差模特性。另一个是减小电源线、地线的阻抗，这主要是改善共模特性。再加上一些简单的规则，例如“3W”、“20H”等。
大家可能要问，什么是关键信号呢？如果从敏感性考虑，就是那些不允许出现差错的信号，或者容易受到干扰的信号，例如，系统的复位信号，CPU的终端请求信号等，以及低电平的模拟信号等。
如果从骚扰发射的角度考虑，就是周期性信号，具体说，就是时钟信号、开关电源中的PWM信号等。
现在多层PCB的工艺十分成熟，在成本不是十分的场合，应该尽量选择多层PCB。最简单的多层PCB就是四层板。
四层PCB中，用两层分别作为电源线层和地线层。
如图所示的四层板，上下两层分别是信号层，中间两层分别是电源线层和地线层。由于整层都是电源线和地线，因此，电源线和地线的阻抗很低，这就可以减小电源线和地线上的噪声电压。
另外，由于电源层和地线层相邻，因此，它们之间形成的回路面积很小，这有助于降低电源线回路的电磁辐射。
实际上，还有一种潜在的好处，这就是，电源线和地线之间的杂散电容构成了一个高频特性非常好的去耦电容。前面，我们讲解了去耦电容的重要性，特别提到去耦电容的高频特性的重要性。这种电源线面和地线面形成的电容就是最理想的高频电容。
有些PCB厂商，专门在电源线层与地线层之间使用高介电常数的材料，增加这种电容。
有些设计师凭想象，把两层信号线放在中间层，电源层和地线层放在外面两层，他们希望这样能够降低PCB的辐射，实际上，是没有必要的。这样做的后果，对于降低辐射效果十分有限，但是却导致地线和电源线之间的电容减小，回路面积变大，两层信号线之间容易发生串扰等问题，得不偿失。
多层板不仅对于改善电源线和地线的电磁兼容性十分有益。而且对于改善信号线的电磁兼容性也十分有益。
这是因为，多层线路板为信号线提供了一个最小的回路面积。
首先，我们看一下左图，这个漂亮的草坪被踩出了一条小路。大家一定会非常气愤那些践踏草坪的人，说这些人不文明。但是，这些人虽然不文明，却是原生态的，因为人都愿意走捷径。者个被踩出了一条小路的草坪，恰恰反映了人的本性。
与人喜欢走捷径的特性类似，电流也有它的本性。
电流的本性，就是愿意选择阻抗最低的路径。
我们知道，地线就是电源电流、信号电流的回流路径。而地线面为信号返回电流提供了无数的路径，那么什么路径是阻抗最低的呢？
很多人会认为，一定是直线路径。实际上，这仅对于直流或者低频电流是正确的，对于高频电流，阻抗最低的路径不是直线，而是紧贴着信号线下方的路径。
右图所示的是，在一块金属板（作为地线面）上设置一条信号线，并在信号线和地线之间连接上信号源和负载。
图中画出了高频电流在金属板上的路径，它是紧贴着信号线流动的。显然，这个回路是面积最小的回路。
所以，如果提供了一个地线面，时钟信号的地线电流总是自动形成一个面积最小的回路，从而产生最小的差模辐射。根据天线的互异性，这是电路的抗绕性也最好。
前面我们从理论上论述了多层PCB对于降低辐射的好处。
这里我们对两层板和四层板的辐射情况作了一个对比。
左图是两层板产生辐射，右图是四层板产生的辐射。
两种情况的差别一目了然，这验证了前面的理论。
既然多层PCB对于改善辐射发射十分有效，根据天线的互易性，对于改善PCB的敏感性也是同样有效的。
所以大家应该尽量使用多层PCB，并设置专门的电源线层和地线层。
对于多层PCB的好处，前面我们已经讨论了很多。
请大家注意，多层板之所以能够带来这些好处，一个重要的原因是，他为电源电流、信号电流的返回电流提供了任意可能的路径，这使高频电流可以自动形成一个面积最小的回路，从而改善骚扰发射特性和敏感特性。
因此，保持多层板的这种优点的关键是，保持地线面的完整。也就是，要让高频地线电流自然地紧贴着信号线流动。
图中所示的情况是，在信号线的下方出现了一个裂缝。由于这个裂缝的存在，地线电流不能再紧贴着信号线流动，而必须绕开裂缝，形成一个较大的回路面积，这就降低了地线面的效果。
所以，在使用多层PCB时，要避免电源线面和地线面在关键信号线的下方出现裂缝。
除了明显的裂缝以外，还有一种隐藏的裂缝。
这就是信号线换层的情况。
信号线不可能只在一层布线，需要换走线层。通常，在四层板中，两层信号线层上的信号走线相互垂直。信号线通过换层来改变方向。
这时，出现了一个问题。
如左图所示，这里信号线从地线面1的上面，变换到地线面2的下面。
当信号线在地线面1的上面时，地线面1为地线电流提供路径。
当信号线在地线面2的下面时，地线面2 为地线电流提供路径。
那么，地线电流怎样从地线面1变换到地线面2呢？
这可以看成一个裂缝，如右上图所示。上面的黄色代表一层地线层，下面的蓝色代表另外一层地线层。我们把他们展开，就成为右下图。
右下图是不是就是我们所关注的裂缝？
