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PCB級的電磁兼容設計規則

2014-03-13 來源:互聯網 字號:

(3)、高、中、低速邏輯電路在PCB上要用不同區域。
(4)、安排電路時要使得信號線長度最小。
(5)、保證相鄰板之間、同一板相鄰層面之間、同一層面相鄰布線之間不能有過長的平行信號線。
(6)、電磁干擾(EMI)濾波器要盡可能靠近EMI源,并放在同一塊線路板上。
(7)、DC/DC變換器、開關元件和整流器應盡可能靠近變壓器放置,以使其導線長度最小。
(8)、盡可能靠近整流二極管放置調壓元件和濾波電容器。
(9)、印制板按頻率和電流開關特性分區,噪聲元件與非噪聲元件要距離再遠一些。
(10)、對噪聲敏感的布線不要與大電流,高速開關線平行。

3、PCB布線

3.1、印刷線路板與元器件的高頻特性:

一個PCB的構成是在垂直疊層上使用了一系列的層壓、走線和預浸處理的多層結構。在多層PCB中,設計者為了方便調試,會把信號線布在最外層。

PCB上的布線是有阻抗、電容和電感特性的。

阻抗:布線的阻抗是由銅和橫切面面積的重量決定的。例如,1盎司銅則有0.49mΩ/單位面積的阻抗。
電容:布線的電容是由絕緣體(EoEr)電流到達的范圍(A)以及走線間距(h)決定的。
用等式表達為C=EoErA/h,Eo是自由空間的介電常數(8.854pF/m),Er是PCB基體的相關介電常數(在FR4碾壓板中該值為4.7)
電感:布線的電感平均分布在布線中,大約為1nH/mm。

對于1盎司銅線來說,在0.25mm(10mil)厚的FR4碾壓板上,位于地線層上方的0.5mm(20mil)寬、20mm(800mil)長的線能產生9.8mΩ的阻抗,20nH的電感以及與地之間1.66pF的耦合電容。

在高頻情況下,印刷線路板上的走線、過孔、電阻、電容、接插件的分布電感與電容等不可忽略。電容的分布電感不可忽略,電感的分布電容不可忽略。電阻會產生對高頻信號的反射和吸收。走線的分布電容也會起作用。當走線長度大于噪聲頻率相應波長的1/20時,就產生天線效應,噪聲通過走線向外發射。

印刷線路板的過孔大約引起0.5pF的電容。一個集成電路本身的封裝材料引入2~6pF電容。一個線路板上的接插件,有520nH的分布電感。一個雙列直插的24引腳集成電路插座,引入4~18nH的分布電感。

這些小的分布參數對于運行在較低頻率下的微控制器系統是可以忽略不計的;而對于高速系統必須予以特別注意。

下面便是避免PCB布線分布參數影響而應該遵循的一般要求:

(1)、增大走線的間距以減少電容耦合的串擾;
(2)、平行地布電源線和地線以使PCB電容達到最佳;
(3)、將敏感的高頻線布在遠離高噪聲電源線的地方以減少相互之間的耦合;
(4)、加寬電源線和地線以減少電源線和地線的阻抗。

3.2、分割:

分割是指用物理上的分割來減少不同類型線之間的耦合,尤其是通過電源線和地線的耦合。

圖2給出了用分割技術將4個不同類型的電路分割開的例子。在地線面,非金屬的溝用來隔離四個地線面。L和C作為板子上的每一部分的過濾器,減少不同電路電源面間的耦合。高速數字電路由于其更高的瞬時功率需求而要求放在靠近電源入口處。接口電路可能會需要抗靜電放電(ESD)和暫態抑制的器件或電路來提高其電磁抗擾性,應獨立分割區域。對于L和C來說,最好不同分割區域使用各自的L和C,而不是用一個大的L和C,因為這樣它便可以為不同的電路提供不同的濾波特性。

3.3、基準面的射頻電流抑制:

不管是對多層PCB的基準接地層還是單層PCB的地線,電流的路徑總是從負載回到電源。返回通路的阻抗越低,PCB的電磁兼容性能越好。由于流動在負載和電源之間的射頻電流的影響,長的返回通路將在彼此之間產生射頻耦合,因此返回通路應當盡可能的短,環路區域應當盡可能的小。

3.4、布線分離:

布線分離的作用是將PCB同一層內相鄰線路之間的串擾和噪聲耦合最小化。

所有的信號(時鐘、視頻、音頻、復位等等)在線與線、邊沿到邊沿間應在空間上遠離。為了進一步的減小電磁耦合,將基準地布放在關鍵信號附近或之間以隔離其他信號線上產生的或信號線相互之間產生的耦合噪聲。

3.5、電源線設計:

根據印刷電路板電流的大小,盡量加粗電源線寬度,減少環路電阻。同時、使電源線、地線的走向和數據傳遞的方向一致,這樣有助于增強抗噪聲能力。

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