PCB板EMC設(shè)計(jì)原則(一)
差模電流和共模電流輻射產(chǎn)生:電流導(dǎo)致輻射,而非電壓,靜態(tài)電荷產(chǎn)生靜電場,恒定電流產(chǎn)生磁場,時(shí)變電流既產(chǎn)生電場又產(chǎn)生磁場。任何電路中存在共模電流和差模電流,差模信號(hào)攜帶數(shù)據(jù)或有用信號(hào),共模信號(hào)是差模模式的負(fù)面效果。差模電流:大小相等,方向(相位)相反。由于走線的分布電容、電感、信號(hào)走線阻抗不連續(xù),以及信號(hào)回流路徑流過了意料之外的通路等,差模電流會(huì)轉(zhuǎn)換成共模電流 共模電流:大小不一定相等,方向(相位)相同。設(shè)備對(duì)外的干擾多以共模為主,差模干擾也存在,但共模干擾強(qiáng)度常常比差模強(qiáng)度大幾個(gè)數(shù)量級(jí)。外來的干擾也多以共模干擾為主,共模干擾本身一般不會(huì)對(duì)設(shè)備產(chǎn)生危害,但如果共模干擾轉(zhuǎn)變?yōu)椴钅8蓴_,就嚴(yán)重了,因?yàn)橛杏眯盘?hào)都是差模信號(hào)。差模電流的磁場主要集中在差模電流構(gòu)成的回路面積內(nèi),而回路面積之外,磁力線會(huì)相互抵消;共模電流的磁場在回路面積之外,共模電流產(chǎn)生的磁場方向相同。PCB 的很多EMC設(shè)計(jì)都遵循以上理論。 在PCB板上抑制干擾的途徑有: 減小差模信號(hào)回路面積。 減小高頻噪聲回流(濾波、隔離及匹配)。 減小共模電壓(接地設(shè)計(jì))。 PCB設(shè)計(jì)原則歸納 原則 1: PCB 時(shí)鐘頻率超過 5MHZ 或信號(hào)上升時(shí)間小于5ns,一般需要使用多層板設(shè)計(jì)。原因:采用多層板設(shè)計(jì)信號(hào)回路面積能夠得到很好的控制。 原則 2:對(duì)于多層板,關(guān)鍵布線層(時(shí)鐘線、總線、接口信號(hào)線、射頻線、復(fù)位信號(hào)線、片選信號(hào)線以及各種控制信號(hào)線等所在層)應(yīng)與完整地平面相鄰,優(yōu)選兩地平面之間。原因:關(guān)鍵信號(hào)線一般都是強(qiáng)輻射或極其敏感的信號(hào)線,靠近地平面布線能夠使其信號(hào)回路面積減小,減小其輻射強(qiáng)度或提高抗干擾能力。 原則 3:對(duì)于單層板,關(guān)鍵信號(hào)線兩側(cè)應(yīng)該包地處理;原因:關(guān)鍵信號(hào)兩側(cè)包地,一方面可以減小信號(hào)回路面積,另外防止信號(hào)線與其他信號(hào)線之間的串?dāng)_。 原則 4:對(duì)于雙層板,關(guān)鍵信號(hào)線的投影平面上有大面積鋪地,或者與單面板一樣包地打孔處理。原因:與多層板關(guān)鍵信號(hào)靠近地平面相同 原則 5:多層板中,電源平面應(yīng)相對(duì)于其相鄰地平面內(nèi)縮 5H-20H(H為電源和地平面的距離)。原因:電源平面相對(duì)于其回流地平面內(nèi)縮可以有效抑制邊緣輻射問題。 原則 6:布線層的投影平面應(yīng)該在其回流平面層區(qū)域內(nèi)。原因:布線層如果不在回流平面層的投影區(qū)域內(nèi),會(huì)導(dǎo)致邊緣輻射問題,并且導(dǎo)致信號(hào)回路面積增大,從而導(dǎo)致差模輻射增大。 原則 7:多層板中,單板 TOP、BOTTOM層盡量無大于 50MHZ 的信號(hào)線,原因:最好將高頻信號(hào)走在兩個(gè)平面層之間,以抑制其對(duì)空間的輻射。 原則 8:對(duì)于板級(jí)工作頻率大于 50MHz 的單板,若第二層與倒數(shù)第二層為布線層,則 TOP和 BOOTTOM層應(yīng)鋪接地銅箔。原因:最好將高頻信號(hào)走在兩個(gè)平面層之間,以抑制其對(duì)空間的輻射。 原則 9:多層板中,單板主工作電源平面(使用最廣泛的電源平面)應(yīng)與其地平面緊鄰。原因:電源平面和地平面相鄰可以有效地減小電源電路回路面積。 原則 10:在單層板中,電源走線附近必須有地線與其緊鄰、平行走線。原因:減小電源電流回路面積。原則 11:在雙層板中,電源走線附近必須有地線與其緊鄰、平行走線。原因:減小電源電流回路面積。 原則 12:在分層設(shè)計(jì)時(shí),盡量避免布線層相鄰的設(shè)置。如果無法避免布線層相鄰,應(yīng)該適當(dāng)拉大兩布線層之間的層間距,縮小布線層與其信號(hào)回路之間的層間距。相鄰布線層上的平行信號(hào)走線會(huì)導(dǎo)致信號(hào)串?dāng)_。 原則 13:相鄰平面層應(yīng)避免其投影平面重疊。原因:投影重疊時(shí),層與層之間的耦合電容會(huì)導(dǎo)致各層之間的噪聲互相耦合。 原則 14:PCB布局設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)充分遵守沿信號(hào)流向直線放置的設(shè)計(jì)原則,盡量避免來回環(huán)繞。原因:避免信號(hào)直接耦合,影響信號(hào)質(zhì)量。 原則 15:多種模塊電路在同一 PCB 上放置時(shí),數(shù)字電路與模擬電路、高速與低速電路應(yīng)分開布局。原因:避免數(shù)字電路、模擬電路、高速電路以及低速電路之間的互相干擾。 原則 16:當(dāng)線路板上同時(shí)存在高、中、低速電路時(shí),應(yīng)該遵從高、中速電路遠(yuǎn)離接口。原因:避免高頻電路噪聲通過接口向外輻射。 原則 17:存在較大電流變化的單元電路或器件(如電源模塊:的輸入輸出端、風(fēng)扇及繼電器)附近應(yīng)放置儲(chǔ)能和高頻濾波電容。原因:儲(chǔ)能電容的存在可以減小大電流回路的回路面積。 原則 18:線路板電源輸入口的濾波電路應(yīng)靠近接口放置,原因:避免已經(jīng)經(jīng)過了濾波的線路被再次耦合。 原則 19:在 PCB板上,接口電路的濾波、防護(hù)以及隔離器件應(yīng)該靠近接口放置。原因:可以有效的實(shí)現(xiàn)防護(hù)、濾波和隔離的效果。 原則 20:如果接口處既有濾波又有防護(hù)電路,應(yīng)該遵從先防護(hù)后濾波的原則。原因:防護(hù)電路用來進(jìn)行外來過壓和過流抑制,如果將防護(hù)電路放置在濾波電路之后,濾波電路會(huì)被過壓和過流損壞。