避免在PCB設(shè)計(jì)中出現(xiàn)電磁問題的7個(gè)技巧
- 發(fā)布時(shí)間:2022-07-28 09:24:01
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技巧1:PCB接地
降低EMI的一個(gè)重要途徑是設(shè)計(jì)PCB接地層。步是使PCB電路板總面積內(nèi)的接地面積盡可能大,這樣可以減少發(fā)射、串?dāng)_和噪聲。將每個(gè)元器件連接到接地點(diǎn)或接地層時(shí)必須特別小心,如果不這樣做,就不能充分利用可靠的接地層的中和效果。
一個(gè)特別復(fù)雜的PCB設(shè)計(jì)有幾個(gè)穩(wěn)定的電壓。理想情況下,每個(gè)參考電壓都有自己對(duì)應(yīng)的接地層。但是,如果接地層太多會(huì)增加PCB的制造成本,使價(jià)格過高。折衷的辦法是在三到五個(gè)不同的位置分別使用接地層,每一個(gè)接地層可包含多個(gè)接地部分。這樣不僅控制了電路板的制造成本,同時(shí)也降低了EMI和EMC。
如果想使EMC,低阻抗接地系統(tǒng)十分重要。在多層PCB中,有一個(gè)可靠的接地層,而不是一個(gè)銅平衡塊(copper thieving)或散亂的接地層,因?yàn)樗哂械妥杩梗商峁╇娏魍?,是的反向信?hào)源。
信號(hào)返回地面的時(shí)長(zhǎng)也非常重要。信號(hào)往返于信號(hào)源的時(shí)間必須相當(dāng),否則會(huì)產(chǎn)生類似天線的現(xiàn)象,使輻射的能量成為EMI的一部分。同樣,向/從信號(hào)源傳輸電流的走線應(yīng)盡可能短,如果源路徑和返回路徑的長(zhǎng)度不相等,則會(huì)產(chǎn)生接地反彈,這也會(huì)產(chǎn)生EMI。
如果信號(hào)進(jìn)出信號(hào)源的時(shí)間不同步,則會(huì)產(chǎn)生類似天線的現(xiàn)象,從而輻射能量,引起EMI
技巧2:區(qū)分EMI
由于EMI不同,一個(gè)很好的EMC設(shè)計(jì)規(guī)則是將模擬電路和數(shù)字電路分開。模擬電路的安培數(shù)較高或者說電流較大,應(yīng)遠(yuǎn)離高速走線或開關(guān)信號(hào)。如果可能的話,應(yīng)使用接地信號(hào)保護(hù)它們。在多層PCB上,模擬走線的布線應(yīng)在一個(gè)接地層上,而開關(guān)走線或高速走線應(yīng)在另一個(gè)接地層。因此,不同特性的信號(hào)就分開了。
有時(shí)可以用一個(gè)低通濾波器來消除與周圍走線耦合的高頻噪聲。濾波器可以抑制噪聲,返回穩(wěn)定的電流。將模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)的接地層分開很重要。由于模擬電路和數(shù)字電路有各自獨(dú)特的特性,將它們分開至關(guān)重要。數(shù)字信號(hào)應(yīng)該有數(shù)字接地,模擬信號(hào)應(yīng)該終止于模擬接地。
在數(shù)字電路設(shè)計(jì)中,有經(jīng)驗(yàn)的PCB布局和設(shè)計(jì)工程師會(huì)特別注意高速信號(hào)和時(shí)鐘。在高速情況下,信號(hào)和時(shí)鐘應(yīng)盡可能短并鄰近接地層,因?yàn)槿缜八?,接地層可使串?dāng)_、噪聲和輻射保持在可控制的范圍。
數(shù)字信號(hào)也應(yīng)遠(yuǎn)離電源平面。如果距離很近,就會(huì)產(chǎn)生噪聲或感應(yīng),從而削弱信號(hào)。
技巧3:串?dāng)_走線是重點(diǎn)
走線對(duì)確保電流的正常流動(dòng)特別重要。如果電流來自振蕩器或其它類似設(shè)備,那么讓電流與接地層分開,或者不讓電流與另一條走線并行,尤其重要。兩個(gè)并行的高速信號(hào)會(huì)產(chǎn)生EMC和EMI,特別是串?dāng)_。必須使電阻路徑短,返回電流路徑也盡可能短。返回路徑走線的長(zhǎng)度應(yīng)與發(fā)送走線的長(zhǎng)度相同。
對(duì)于EMI,一條叫做“侵犯走線”,另一條則是“受害走線”。電感和電容耦合會(huì)因?yàn)殡姶艌?chǎng)的存在而影響“受害”走線,從而在“受害走線”上產(chǎn)生正向和反向電流。這樣的話,在信號(hào)的發(fā)送長(zhǎng)度和接收長(zhǎng)度幾乎相等的穩(wěn)定環(huán)境中 就會(huì)產(chǎn)生紋波。
在一個(gè)平衡良好、走線穩(wěn)定的環(huán)境中,感應(yīng)電流應(yīng)相互抵消,從而消除串?dāng)_。但是,我們身處不完美的世界,這樣的事不會(huì)發(fā)生。因此,我們的目標(biāo)是必須將所有走線的串?dāng)_保持在水平。如果使并行走線之間的寬度為走線寬度的兩倍,則串?dāng)_的影響可降至。例如,如果走線寬度為5密耳,則兩條并行走線之間的距離應(yīng)為10密耳或更大。
隨著新材料和新的元器件不斷出現(xiàn),PCB設(shè)計(jì)人員還必須繼續(xù)應(yīng)對(duì)電磁兼容性和干擾問題。
技巧4:去耦電容
去耦電容可減少串?dāng)_的不良影響,它們應(yīng)位于設(shè)備的電源引腳和接地引腳之間,這樣可以確保交流阻抗較低,減少噪聲和串?dāng)_。為了在寬頻率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)低阻抗,應(yīng)使用多個(gè)去耦電容。
放置去耦電容的一個(gè)重要原則是,電容值的電容器要盡可能靠近設(shè)備,以減少對(duì)走線產(chǎn)生電感影響。這一特定的電容器盡可能靠近設(shè)備的電源引腳或電源走線,并將電容器的焊盤直接連到過孔或接地層。如果走線較長(zhǎng),請(qǐng)使用多個(gè)過孔,使接地阻抗。
技巧5:避免90°角
為降低EMI,應(yīng)避免走線、過孔及其它元器件形成90°角,因?yàn)橹苯菚?huì)產(chǎn)生輻射。在該角處電容會(huì)增加,特性阻抗也會(huì)發(fā)生變化,導(dǎo)致反射,繼而引起EMI。 要避免90°角,走線應(yīng)至少以兩個(gè)45°角布線到拐角處。
技巧6:謹(jǐn)慎使用過孔
在幾乎所有PCB布局中,都必須使用過孔在不同層之間提供導(dǎo)電連接。PCB布局工程師需特別小心,因?yàn)檫^孔會(huì)產(chǎn)生電感和電容。在某些情況下,它們還會(huì)產(chǎn)生反射,因?yàn)樵谧呔€中制作過孔時(shí),特性阻抗會(huì)發(fā)生變化。
同樣要記住的是,過孔會(huì)增加走線長(zhǎng)度,需要進(jìn)行匹配。如果是差分走線,應(yīng)盡可能避免過孔。如果不能避免,則應(yīng)在兩條走線中都使用過孔,以補(bǔ)償信號(hào)和返回路徑中的延遲。
技巧7:電纜/物理屏蔽
承載數(shù)字電路和模擬電流的電纜會(huì)產(chǎn)生寄生電容和電感,引起很多EMC相關(guān)問題。如果使用雙絞線電纜,則會(huì)保持較低的耦合水平,消除產(chǎn)生的磁場(chǎng)。對(duì)于高頻信號(hào),必須使用屏蔽電纜,其正面和背面均接地,消除EMI干擾。
物理屏蔽是用金屬封裝包住整個(gè)或部分系統(tǒng),防止EMI進(jìn)入PCB電路。這種屏蔽就像是封閉的接地導(dǎo)電容器,可減小天線環(huán)路尺寸并吸收EMI。
來源:EEWorld
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