“本文件總結(jié)了七個常見的 PCB 設(shè)計錯誤，這些錯誤可能導(dǎo)致產(chǎn)品在認(rèn)證過程中失敗，特別是在電磁兼容性（EMC）和射頻（RF）方面。”

什么是產(chǎn)品認(rèn)證？

產(chǎn)品認(rèn)證是一種由獨立的第三方機(jī)構(gòu)對企業(yè)的產(chǎn)品進(jìn)行測試、檢驗和審核，以證明其符合特定的標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)規(guī)范或法規(guī)要求的活動。

產(chǎn)品認(rèn)證主要可以分為兩大類：

1. 強(qiáng)制性認(rèn)證，也就是由國家法律法規(guī)強(qiáng)制要求執(zhí)行的認(rèn)證。比如中國的CCC認(rèn)證、歐盟的CE標(biāo)志都屬于強(qiáng)制性要求。

2. 自愿性認(rèn)證，即企業(yè)根據(jù)自身需求、客戶要求或市場推廣需要，自愿申請的認(rèn)證。它不是法律強(qiáng)制的。比如美國的UL認(rèn)證、德國的GS認(rèn)證在很多情況下都屬于自愿性認(rèn)證。

不同國家和地區(qū)有自己的一套認(rèn)證體系。如果您的產(chǎn)品計劃銷往全球，就需要了解目標(biāo)市場的準(zhǔn)入要求。以下是一些最常見的產(chǎn)品認(rèn)證：

歐洲

• CE (Conformité Européenne)

  • 性質(zhì)：強(qiáng)制性。

  • 適用地區(qū)：歐盟（EU）及歐洲自由貿(mào)易聯(lián)盟（EFTA）國家。

  • 簡介：被視為產(chǎn)品進(jìn)入歐洲市場的“護(hù)照”。產(chǎn)品貼上CE標(biāo)志，即表示其符合歐盟在安全、衛(wèi)生、環(huán)保和消費者保護(hù)等方面的一系列指令要求。它不代表質(zhì)量好壞，而是代表滿足了最基本的安全要求。

• GS (Geprüfte Sicherheit)

  • 性質(zhì)：自愿性。

  • 適用地區(qū)：主要為德國，但在整個歐洲乃至全球都有很高的認(rèn)可度。

  • 簡介：“GS”意為“安全性已認(rèn)證”。它是一項基于德國產(chǎn)品安全法的認(rèn)證，比CE要求更嚴(yán)格，包含了對工廠生產(chǎn)流程的年審。因此，擁有GS標(biāo)志的產(chǎn)品通常被認(rèn)為具有更高的安全性和可靠性。

• RoHS (Restriction of Hazardous Substances)

  • 性質(zhì)：強(qiáng)制性。

  • 適用地區(qū)：歐盟。

  • 簡介：一項環(huán)保指令，旨在限制電子電氣設(shè)備中某些有害物質(zhì)（如鉛、汞、鎘等）的含量，以保護(hù)環(huán)境和人類健康。現(xiàn)在全球很多國家也推出了類似的法規(guī)。

北美地區(qū)

• FCC 認(rèn)證 (Federal Communications Commission)

  • 性質(zhì)：強(qiáng)制性。

  • 適用地區(qū)：美國。

  • 簡介：主要針對所有會產(chǎn)生射頻輻射的電子產(chǎn)品（幾乎涵蓋所有電子設(shè)備），以確保這些產(chǎn)品產(chǎn)生的電磁干擾（EMI）在規(guī)定范圍內(nèi)，不會影響無線電通信的安全。

• UL 認(rèn)證 (Underwriters Laboratories)

  • 性質(zhì)：自愿性（但在法律和市場上常被視為“準(zhǔn)強(qiáng)制性”）。

  • 適用地區(qū)：主要為美國，全球認(rèn)可度高。

  • 簡介：全球最知名的安全測試和認(rèn)證機(jī)構(gòu)之一。UL標(biāo)準(zhǔn)非常嚴(yán)苛，專注于產(chǎn)品的安全性能。雖然法律上非強(qiáng)制，但大多數(shù)美國零售商和保險機(jī)構(gòu)都要求產(chǎn)品通過UL認(rèn)證，否則拒絕銷售或承保。

• ETL 標(biāo)志 (ETL Listed Mark)

  • 性質(zhì)：自愿性。

  • 適用地區(qū)：美國和加拿大。

  • 簡介：與UL類似，ETL也是產(chǎn)品安全的證明。如果一個產(chǎn)品帶有ETL標(biāo)志，說明它滿足了和UL相同的安全標(biāo)準(zhǔn)。它是UL的一個有力競爭者，同樣被廣泛接受。

中國

• CCC 認(rèn)證 (China Compulsory Certification)

  • 性質(zhì)：強(qiáng)制性。

  • 適用地區(qū)：中國大陸。

  • 簡介：被稱為“中國強(qiáng)制性產(chǎn)品認(rèn)證”，是中國政府為保護(hù)消費者人身安全和國家安全、加強(qiáng)產(chǎn)品質(zhì)量管理、依照法律法規(guī)實施的一種產(chǎn)品合格評定制度。目錄內(nèi)的產(chǎn)品（如家電、電子設(shè)備、汽車零部件等）必須獲得此認(rèn)證才能在中國市場銷售。

• CQC 認(rèn)證 (China Quality Certification Centre)

  • 性質(zhì)：自愿性。

  • 適用地區(qū)：中國。

  • 簡介：由中國質(zhì)量認(rèn)證中心開展的自愿性產(chǎn)品認(rèn)證業(yè)務(wù)。當(dāng)產(chǎn)品不在CCC強(qiáng)制目錄內(nèi)時，企業(yè)可以通過CQC認(rèn)證來證明其在安全、性能、環(huán)保等方面符合更高的標(biāo)準(zhǔn)，以提升品牌形象。

其他地區(qū)和國際體系

• PSE 認(rèn)證 (Product Safety of Electrical Appliance & Materials)

  • 性質(zhì)：強(qiáng)制性。

  • 適用地區(qū)：日本。

  • 簡介：是日本的電器用品安全法認(rèn)證，規(guī)定了特定電器產(chǎn)品必須通過安全認(rèn)證才能進(jìn)入日本市場。

• KC 認(rèn)證 (Korea Certification)

  • 性質(zhì)：強(qiáng)制性。

  • 適用地區(qū)：韓國。

  • 簡介：韓國為了統(tǒng)一認(rèn)證標(biāo)志而推出的制度，整合了多個不同的強(qiáng)制性認(rèn)證，涵蓋了安全、健康、環(huán)境等多個方面。

• CB 體系 (IECEE CB Scheme)

  • 性質(zhì)：國際互認(rèn)體系。

  • 簡介：這不是一個直接面向消費者的認(rèn)證標(biāo)志，而是一個電工產(chǎn)品安全測試報告的國際互認(rèn)體系。企業(yè)在一個成員國的認(rèn)證機(jī)構(gòu)獲得CB測試證書后，可以更便捷地轉(zhuǎn)換為其他成員國的認(rèn)證證書（如CE、UL、CCC等）

PCB 設(shè)計錯誤導(dǎo)致的認(rèn)證失敗

先來看一個長圖：

在電子產(chǎn)品開發(fā)中，產(chǎn)品認(rèn)證，特別是在電磁兼容性（EMC）與射頻（RF）方面的合規(guī)性，是決定產(chǎn)品能否順利上市的關(guān)鍵瓶頸。認(rèn)證失敗不僅會導(dǎo)致成本高昂的重新設(shè)計與額外的測試費用，更會嚴(yán)重拖延產(chǎn)品上市周期。

電磁兼容性（EMC）：布局設(shè)計的核心原則

多數(shù)認(rèn)證失敗的直接原因在于產(chǎn)品產(chǎn)生了過度的電磁輻射，或?qū)ν饨珉姶鸥蓴_表現(xiàn)出高度敏感性。其中接地和電源完整性是重中之重。

一個常見的設(shè)計缺陷是未能為高速信號走線提供連續(xù)、低阻抗的返回路徑。

當(dāng)信號路徑下方缺乏完整的參考平面（例如，走線跨越分割的地平面），其返回電流將被迫繞行，形成一個較大的環(huán)路面積。這使得信號走線及其返回路徑構(gòu)成一個高效的偶極天線，從而向外輻射電磁噪聲。同樣，地平面的碎片化，因過孔或布線被過度切割而導(dǎo)致的不連續(xù)，也會中斷返回路徑，顯著增加EMI風(fēng)險。對于原型設(shè)計中常見的雙層板，雖然成本低廉，但其通過敷銅形成的拼湊式接地網(wǎng)絡(luò)，極易被信號走線分割，這些碎片化的接地區(qū)域可能演變?yōu)橐馔獾妮椛涮炀€，而非噪聲抑制屏障。因此，為確保認(rèn)證成功，尤其對于包含無線功能的設(shè)計，采用具有專用、完整接地內(nèi)層的多層板非常重要。

此外，噪聲的源頭管理同樣關(guān)鍵。開關(guān)穩(wěn)壓器因其高頻切換特性，是主要的噪聲源之一。如果其布局不當(dāng)，例如存在較長的開關(guān)環(huán)路或不良的接地連接，就會在寬頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)烈的電磁輻射，嚴(yán)重影響EMC測試結(jié)果。同時，電源輸入端口是傳導(dǎo)騷擾進(jìn)入或流出設(shè)備的主要通道，必須通過鐵氧體磁珠、大容量電容或LC濾波器等手段進(jìn)行充分濾波，以滿足傳導(dǎo)輻射標(biāo)準(zhǔn)。

認(rèn)證的是產(chǎn)品，不是單個 PCB

產(chǎn)品認(rèn)證的對象并非孤立的PCB，而是包含外殼、線纜、連接器在內(nèi)的完整終端產(chǎn)品。在裸板狀態(tài)下測試通過，但在裝入外殼并連接線纜后失敗，是極為常見的情形。外部接口，如USB、電源插孔或任何連接長導(dǎo)線的GPIO，都是潛在的“天線”，極易耦合噪聲并向外輻射，或?qū)⑼獠扛蓴_引入系統(tǒng)內(nèi)部。因此，對這些接口進(jìn)行適當(dāng)?shù)臑V波、屏蔽和ESD保護(hù)是必不可少的。

同樣，外殼本身也會對EMC和RF性能產(chǎn)生決定性影響。一個接地不良的金屬外殼可能形成諧振腔，放大特定頻率的噪聲，或者本身變成一個巨大的輻射天線。因此，測試和驗證必須在最終產(chǎn)品形態(tài)下進(jìn)行，以確保結(jié)果的有效性。

射頻（RF）與安全性的特殊考量

對于集成了藍(lán)牙、Wi-Fi等無線通信功能的產(chǎn)品，天線的設(shè)計與布局直接關(guān)系到RF認(rèn)證的成敗。天線性能對周圍環(huán)境極為敏感，若將其置于過于靠近地平面、金屬外殼或其他高頻噪聲組件（如開關(guān)穩(wěn)壓器、晶體振蕩器）的位置，會導(dǎo)致其阻抗失配、輻射效率降低、通信距離縮短，甚至因雜散發(fā)射超標(biāo)而無法通過認(rèn)證。即便使用預(yù)認(rèn)證的無線模塊，如果未能嚴(yán)格遵循其參考設(shè)計中關(guān)于天線周圍接地間隙和禁布區(qū)的規(guī)定，同樣會使模塊的認(rèn)證失效。

最后，對于涉及交流市電或高壓電路的設(shè)計，安全認(rèn)證是不可逾越的紅線。必須嚴(yán)格遵守目標(biāo)市場的安全標(biāo)準(zhǔn)，確保高壓與低壓電路之間有足夠的物理隔離，包括滿足爬電距離和電氣間隙的要求。在布局時，應(yīng)清晰劃分高低壓區(qū)域，并移除隔離帶下方的任何銅箔，以防止?jié)撛诘陌踩[患。

產(chǎn)品開發(fā)過程中的潛在問題

產(chǎn)品設(shè)計初期

• 忽略了 EMC 設(shè)計：在PCB布局中，信號走線過長且沒有實心回流路徑（如跨越分割地平面），可能導(dǎo)致走線像天線一樣輻射噪聲。

• 地平面碎片化（被過孔或布線切割），破壞低阻抗回流路徑，增加輻射。

• 電源輸入未進(jìn)行充分濾波（缺少鐵氧體磁珠、大容量電容或LC濾波器），導(dǎo)致傳導(dǎo)發(fā)射問題。

• 開關(guān)穩(wěn)壓器布局不佳（長環(huán)路或接地不良），在寬頻率范圍內(nèi)輻射，影響EMC結(jié)果。

• 依賴雙層板設(shè)計： 嘗試使用雙層板進(jìn)行認(rèn)證產(chǎn)品設(shè)計，而不是具有專用內(nèi)部地平面的多層板，這使得難以獲得連續(xù)干凈的地平面。

• 外部接口缺乏屏蔽或濾波： USB、電源插孔、天線甚至長GPIO等連接到外部世界的接口未添加鐵氧體磁珠、ESD保護(hù)或共模扼流圈。

• 誤解認(rèn)證范圍： 認(rèn)為認(rèn)證僅適用于PCB或電子元件，而非整個產(chǎn)品（PCB、外殼、布線、連接器等）。

• 天線放置或接地不良：將天線放置得離地平面、外殼或其他嘈雜元件太近，影響無線性能（如范圍縮小、特性失諧）。

• 更改預(yù)認(rèn)證模塊天線周圍的布局（尤其是接地間隙或禁區(qū)），可能使認(rèn)證失效。

• 高低壓之間缺乏隔離： 未在高壓電路（連接到交流電源、電源轉(zhuǎn)換等）和低壓電路之間考慮爬電距離、電氣間隙和隔離。

• 將噪聲元件放置在敏感走線附近： 將開關(guān)穩(wěn)壓器、晶體振蕩器、數(shù)字總線等高速或噪聲元件放置在敏感模擬走線、天線或RF路徑附近。

設(shè)計優(yōu)化與測試準(zhǔn)備階段

• 積極進(jìn)行EMC設(shè)計：考慮發(fā)射和抗擾度，確保信號走線有連續(xù)參考地，避免地平面碎片化，在電源輸入端添加適當(dāng)濾波，優(yōu)化電源供應(yīng)布局。

• 選擇合適的PCB層數(shù)： 對于需要認(rèn)證的產(chǎn)品，使用四層或更多層板，并分配一個內(nèi)部層作為專用地平面，以提供一致的回流路徑。

• 為外部接口增加保護(hù)： 對所有外部接口添加濾波和保護(hù)，確?；亓髀窂娇煽?。

• 整體產(chǎn)品考慮： 在設(shè)計時就將外殼、布線和連接器等納入考慮，并計劃測試最終組裝好的產(chǎn)品，而不是裸板。

• 優(yōu)化天線布局： 遵循參考布局，留出建議的天線間隙，避免附近布線，不要放置在金屬部件下方。

• 確保高低壓隔離： 關(guān)注爬電距離和電氣間隙，移除隔離區(qū)域下方的銅箔，并遵循目標(biāo)市場的標(biāo)準(zhǔn)。

• 優(yōu)化元件布局： 將噪聲和安靜區(qū)域分組，在需要時使用屏蔽，并保持敏感的模擬和RF區(qū)域與高速數(shù)字區(qū)域物理隔離。

認(rèn)證測試階段

• 產(chǎn)品提交認(rèn)證實驗室：產(chǎn)品進(jìn)入耗時且昂貴的認(rèn)證流程。

• EMC測試：如果設(shè)計輻射噪聲過大或?qū)Ω蓴_過于敏感，則會EMC測試失?。o論是美國的FCC還是歐洲的CE）。

• 如果板子單獨通過，但連接電纜后失敗，通常是由于外部接口缺乏屏蔽或濾波。

• 有意輻射體測試（針對無線產(chǎn)品）： 如果產(chǎn)品包含藍(lán)牙、Wi-Fi或其他無線電，可能需要進(jìn)行此測試。天線設(shè)計不佳可能導(dǎo)致雜散發(fā)射或輻射功率不足而失敗。

• 安全測試（針對高壓產(chǎn)品）： 如果有高壓電路，需要考慮安全測試，如爬電距離、電氣間隙和隔離。

結(jié)束語

1. 為什么在PCB設(shè)計初期考慮認(rèn)證而非僅關(guān)注功能性至關(guān)重要？
2. 在EMC測試中，長信號走線若沒有可靠的回流路徑，為何會成為問題？
3. 雙層板在認(rèn)證中常遇到的一個主要問題是什么，以及它如何影響EMI？
4. 為什么說“誤以為只需認(rèn)證PCB”是一個常見的錯誤？產(chǎn)品認(rèn)證的實際范圍是什么？
5. 在帶有無線電功能的PCB設(shè)計中，天線放置不當(dāng)可能導(dǎo)致哪些主要認(rèn)證問題？
6. 當(dāng)產(chǎn)品包含高壓電路時，為了通過安全認(rèn)證，設(shè)計師需要重點關(guān)注哪兩個關(guān)鍵物理距離？
7. 解釋地平面碎片化對PCB設(shè)計中回流路徑和輻射發(fā)射的影響。
8. 除了PCB板本身，哪些產(chǎn)品部件也會影響整體產(chǎn)品的認(rèn)證結(jié)果？
9. 為了避免外部接口引起輻射發(fā)射問題，通常需要添加哪些類型的組件