PCB设计中用于电磁干扰和信号完整性的20H规则

在PCB设计中，您应该了解20H规则。该规则规定电源层边缘必须远离信号层边缘，至少应保持20倍介质层高度的距离。这有助于降低电磁干扰，并提高信号完整性。遵循20H规则可以确保电路的低噪声、高可靠性和良好工作性能。

关键精华

• 20H 规则规定电源层边缘应远离接地层边缘，至少要保持 20 倍介质层高度的距离。这种距离有助于抑制电磁干扰，并改善信号质量。

• 使用 20H 规则有助于您的 PCB 通过 EMI 测试。它能将电场限制在电路板内部，从而降低不良信号影响电路板正常工作的可能性。

• 20H 规则可以提高信号质量，减少噪声和故障，从而帮助高速信号在 PCB 板上平稳传输。

• 使用20H规则时，良好的堆叠和布局至关重要。巧妙的设计能够保持合适的空间，也能让电路板使用起来更顺畅，使用寿命更长。

• 务必测试你的 PCB设计 使用 20H 法则后，可以检查设计是否有效，并有助于及早发现和解决问题。

PCB设计中的20H规则

20小时的定义

你可能会问，PCB设计中的20H规则是什么？20H规则是一条指导原则，旨在帮助你防止电路板上的电磁干扰。它指出，电源层边缘与接地层边缘之间的距离应至少为介质层高度的20倍。这个距离非常重要，因为它能降低不必要的信号从PCB边缘逸出的可能性。遵循20H原则，可以将电场限制在电路板内部。这有助于优化设计，确保电路正常工作。当使用高速信号或电流快速变化（例如上升或下降时间小于1纳秒）时，20H规则尤为重要。

提示： 如果想要减少串扰并获得更好的电磁兼容性，务必检查电源层和接地层之间的间距。20H 规则是一种简便的检查方法。

起源和目的

20H 规则并非偶然形成。W. Michael King 于 1980 年首次提出这一概念。后来，Mark I. Meltrose 在他的著作中对此进行了更详细的阐述。如今，许多工程师已将此规则作为 EMI 设计的常规组成部分。20H 规则可用于解决现代 PCB 设计中出现的问题。以下是它能够解决的一些主要问题：

• It 有助于降低电磁干扰随着工作频率的提高，这种情况会变得更糟。

• 你可以用它作为一种简单的方法来减少高速PCB项目中的电磁干扰。

• 该规则已通过真实数据和计算机模型进行了测试，结果表明其能有效阻止不必要的信号。

您还会看到行业标准中提到了“20H 规则”。这些标准规定，高速信号走线与参考平面之间的距离应至少为走线高度的 20 倍。这有助于防止串扰，确保 PCB 正常工作。“20H 规则”还要求在电源层和接地层之间保持足够的距离。这样做可以防止边缘辐射，提高设计的电磁兼容性。

为什么 20 小时对 PCB 很重要

减少电磁干扰

您肯定希望您的PCB板通过电磁干扰测试。“20h规则”可以帮助您实现这一点。遵循“20h规则”，您可以确保电源层边缘与接地层边缘保持一定距离。这个距离可以阻止强电场从电路板逸出。由于电场无法到达外部，因此您可以观察到更低的电磁干扰。

下表显示了20小时规则如何降低辐射排放 在多层板中：

PCB设计	辐射发射（dB）
20-H 规则	3.6到4.4
第 20-H 规则	0（基线）
TMlO 模式	7（差值）

使用 20 小时规则，最多可降低 4.4 分贝的电磁干扰。这意味着您的 PCB 设计更有可能满足严格的电磁干扰标准。同时，还能降低电路板对其他设备造成干扰的风险。

注意： 更低的排放量意味着您的产品更安全、更可靠。

信号完整性优势

您希望信号在电路板上传输时保持清晰。20h 规则有助于保持信号的强度和清晰度。当电源层和地层之间的距离至少为介质层厚度的二十倍时，就能阻止边缘辐射。这能将能量限制在电路板内部，避免扩散到边缘。

你会发现电路中的故障和噪声都减少了。高速信号的传输损耗也更小。这能显著提升PCB板的性能，尤其是在使用高速芯片或精密元件时。良好的信号完整性意味着每次开机时，电路板都能按预期运行。

20H 在 PCB 中的工作原理

20H 原则

您可以使用 20h 原理来控制 PCB 设计中电场的行为。这条规则源于电磁兼容性理论。它要求您将电源层边缘与接地层边缘的距离至少拉开 20 倍介质层高度。这样做可以将大部分电场限制在电路板内部，防止其泄漏并造成问题。

• 当电流变化很快时，例如上升或下降时间小于 1 纳秒，20 小时原理的效果最佳。

• 你需要将电源层放置在电路板内部，并在其周围铺设接地层。

• 这种设置有助于保持信号线路的安静和稳定。

遵循20小时规则，可以使您的电路板更安全、更可靠，也有助于您的电路通过严格的电磁干扰测试。

边缘辐射抑制

你需要阻止电场从各层边缘逸出。20h 规则通过将电场限制在接地层内来帮助你实现这一点。当你将电源层回缩 20h 时，大约 70% 的电场会被捕获。如果回缩更多，例如 100h，则可以捕获高达 98% 的电场。

回缩距离	电场约束
20H	〜70％
100H	〜98％

你会发现最大的好处是 高速PCB设计例如射频、通信和汽车电路板。以下是应用该规则的方法：

1. 将电源平面从接地平面边缘向内凹陷 20h。

2. 这一步骤可将边缘辐射降低 30 至 40 分贝。

保持信号纯净，电路板安静运行。同时，确保线路不会接收到不必要的噪声。20小时规则提供了一种简单的方法来提升性能并控制电磁干扰。

在PCB设计中应用20H

Stackup 指南

在多层PCB设计中应用20H规则时，需要选择合适的叠层结构。叠层结构决定了各层之间的协同工作方式以及电路板控制电磁干扰的能力。以下是两种主要的叠层结构方案：

解决方案	描述
第一个解决方案	当电路板上有很多芯片时，请使用这种方法。将接地层放置在走线最多的信号层旁边。这种设置 提高信号完整性 并且有助于抑制辐射。它还符合20H规则，使电源层边缘远离接地层边缘。
第二解决方案	对于芯片数量较少且周围空间充足的电路板，建议选择这种结构。将接地层置于最外层，信号/电源层置于中间。这种结构可以屏蔽信号并控制阻抗。它在四层电路板的电磁干扰控制方面效果最佳。
补充笔记	增加信号层和电源层之间的距离。使走线方向垂直以避免串扰。控制电路板面积以符合 20H 规则。连接电源和接地铜线以确保良好的导电性。

提示：布线前务必检查叠层结构。良好的叠层结构有助于遵循 20H 规则，并保持电路板的静音运行。

布局注意事项

使用 20H 规则时，必须注意布局细节。该规则有助于控制电源层和地层之间的电场。将电源层向内收缩 20H。此步骤可将大部分电场限制在地层边缘内，从而降低电磁干扰。

以下是重要的布局步骤：

1. 应用 20H 规则来减少高速设计中的平面耦合。

2. 确保电源平面比地平面至少小 20H。

3. 该方法可限制射频能量泄漏并提高电磁兼容性。

你还应该注意一些常见的陷阱：

1. 电镀层上的空隙或缝隙会阻碍电流流动，导致故障。

2. 木屑可能会形成不必要的连接，从而造成短路。

3. 焊盘间缺少阻焊层会导致焊锡桥接。

4. 酸阱会在蚀刻过程中削弱连接强度。

5. 过多的电磁干扰会导致产品故障。

6. 铜箔边缘间距不足会导致短路和腐蚀。

注意：精心布局和叠层选择有助于您充分利用 20H 规则，从而确保 PCB 设计的强度和可靠性。

20H 在 PCB 中的优势

EMI控制

你想要你的 PCB需通过EMI测试 并且适用于任何环境。20H 规则为您提供了一种控制电磁干扰的有力工具。当您将电源层边缘向后拉回 20 倍介质层高度时，大部分电场就会被限制在电路板内部。这一步骤可以防止您的电路板像天线一样工作。

使用20H规则后，您可以看到实际效果。工程师们已经测量了采用和不采用该规则时的排放量差异。以下是一些主要发现：

• 你可以看到增长 3.6分贝 在 TM10 模式下使用 20H 规则时的排放。

• 在 TM10 模式下，测得的发射功率与理论预测值可能相差约 7 dB。

这些数据表明，20H 规则在电磁干扰控制方面确实发挥着重要作用。它能降低电路板对其他设备造成干扰的风险，也更容易满足严格的行业标准。

提示： 更低的电磁干扰意味着您的产品更不容易通过合规性测试。您可以在认证过程中节省时间和金钱。

增强性能

您肯定希望电路运行速度快且可靠性高。20H 规则可以帮助您实现这一目标。通过将电场限制在电路板内部，您可以保护信号免受外部噪声干扰。这样，高速信号在 PCB 板上传输时就能保持纯净。

您还能获得更佳的信号完整性。这意味着您的数据传输流畅无阻，不会出现任何故障或丢失。即使使用高速芯片和精密元件，您的电路板也能按预期运行。您将看到更少的错误和更短的停机时间。

以下是20小时规则提升性能的一些方式：

• 保持信号路径稳定并减少串扰。

• 有助于滑板在不产生额外噪音的情况下承受更高的速度。

• 使您的设计在恶劣环境下更加稳健。

遵循20H法则，您可以制造出使用寿命更长、性能更佳的PCB板，从而让您的产品在市场上拥有真正的优势。

20H 规则的局限性

20小时可能无济于事

你可能会认为 20H 规则总能让你的 PCB 更好但有时，这条规则很难适用。有些电路板很难遵循 20H 规则。多层设计需要大量的连接和走线，很难在电源层和接地层之间保持足够的间距。层数较多的小型电路板会迅速占用布线空间，插值距离也可能占用过多空间，从而减少信号所需的空间。

下表列出了一些常见限制：

局限性	说明
插入距离	获得合适的内嵌距离很困难，尤其是在多层设计中。
电磁干扰（EMI）	错误地使用 20H 规则可能会使 EMI 问题更加严重。
路由区域	保持足够的布线空间很困难，尤其是在小型多层PCB中，因为插针需要占用大量空间。

在使用20H规则之前，您应该先检查电路板尺寸和层数。有时，您必须在电磁干扰控制和足够的布线空间之间取得平衡。

权衡取舍与误解

有人说20H规则总是能降低电源总线辐射。但事实并非总是如此。有时，这条规则反而会增加电源层的辐射。因此，在使用这条规则之前，你需要了解你的电路板的工作原理。

许多设计人员认为走线中的 90 度弯折总是会造成问题。但这些弯折的影响取决于您的设计。有时，它们并不会影响信号完整性。保护走线的作用也并非总是相同。您可能认为它们总是有效，但它们的实际效果会因电路板而异。

以下表格澄清了一些常见的误解：

常见误区	澄清
20H 规则减少了电力总线的辐射排放。	使用 20H 规则有时会导致电源平面辐射更高。
线路中90度弯曲总是有害的。	90度弯头对不同设计的影响各不相同。
警戒线总是有效的。	保护线只在某些设计中才能有效发挥作用。

仅仅遵循规则是不够的。务必测试你的设计，并使用仿真工具检查电磁干扰和信号问题。周密的计划有助于避免错误，并制作出更好的PCB。

PCB 20H 最佳实践

设计技巧

您肯定希望您的PCB能够正常工作并通过EMI测试。为了正确运用20H规则，您应该遵循一些简单的设计技巧。首先，电源层始终要小于接地层。这一步骤有助于将电场限制在电路板内部。此外，电源层边缘与接地层边缘之间的距离至少应为介质层厚度的20倍。这种间距可以降低层间耦合，从而减少干扰。

• 使电源平面小于接地平面。

• 电源层边缘与接地层边缘之间的距离至少应为介质层厚度的 20 倍。

提示：布线前请检查堆叠结构。良好的规划有助于避免信号线问题，并保持电路板的静音运行。

设计高速电路板时，您应该运用这些技巧。它们对您有所帮助。 保持信号清晰 并降低噪音。同时，还要确保电路板能够很好地处理多层结构。

实际用例

在许多实际的PCB项目中，您都可以看到20H规则的应用。工程师们利用这条规则来降低电磁辐射。正确应用该规则可以将大部分电场限制在电路板内部。这一步骤有助于您的电路板通过严格的EMC测试。

发现	描述
效用	正确应用20H规则可以减少电磁辐射。
误用	如果使用不当，可能会增加辐射并引发其他问题。
内部反射	该应用可能会导致内部反射增加，从而影响性能。

您应该 了解其起源和目的 在使用20H规则之前，请务必仔细阅读其相关说明。如果错误应用该规则，可能会造成更多问题。实践证明，工程师们发现，后移电源层并不会导致电磁兼容性（EMC）问题。您可以使用20H规则来改进电路板，但为了获得最佳效果，您必须检查您的设计并测试线路。

注意：应用 20 小时规则后，务必对电路板进行测试。精心设计和测试有助于避免错误并制造可靠的 PCB。

现在您明白为什么 20H 规则在 PCB 设计中如此重要了。这条规则有助于保持高速信号的清晰度，并防止串扰。如果您希望减少电磁干扰并获得更好的信号质量，就应该遵循这条规则。

• 20H 规则阻止电场在导线之间跳跃。

• 它可以帮助您避免高频电路中的噪声和错误。

在使用20H规则之前，务必先考虑您的设计需求。如果您想了解更多信息，请查看高级PCB叠层指南和EMI控制资源。

常见问题解答

20H 规则对你的电路板设计意味着什么？

使用 20H 规则可以使电源层边缘与接地层边缘保持一定距离。这有助于电路板控制电磁干扰。遵循这一简单的准则，可以使您的电路板更安全、更可靠。

接地层如何影响电路板上的信号质量？

接地层为电路板上的信号提供稳定的参考点。它可以降低噪声并提高信号完整性。正确放置接地层后，电路板在处理高速信号时性能更佳。

为什么要缩小电路板上的电源层？

缩小电源层，使其不与接地层边缘齐平。这一步骤可以将电场限制在电路板内部，从而降低电路板像天线一样工作并引发问题的风险。

20H 规则可以适用于所有棋盘吗？

大多数电路板都可以使用 20H 规则，但层数较多的小型电路板可能会损失布线空间。应用此规则前，您需要检查电路板的尺寸和层数。有时，您必须在电磁干扰控制和信号布线空间之间取得平衡。

如果在电路板布局中忽略接地层会发生什么？

如果你忽略 地平面这样一来，你的电路板可能会更容易受到噪声干扰，出现更多信号丢失和故障，甚至可能无法通过电磁干扰测试。为了确保电路板正常工作，你应该始终添加接地层。