電路板設(shè)計(jì)之EMI抑制二

3 電容和接地過(guò)孔對(duì)回流的作用高速PCB設(shè)計(jì)中對(duì)于EMI的抑制是非常靈活的，設(shè)計(jì)者永遠(yuǎn)不可能很完美地解決所有的EMI問(wèn)題，只有從小處著手，從對(duì)各個(gè)細(xì)節(jié)的把握來(lái)達(dá)到整體抑制的效果，有時(shí)，往往一個(gè)看似微不足道的電容或過(guò)孔都能起著舉足輕重的作用。也許提到電容對(duì)EMI的抑制作用大家都比較熟悉，即利用電容的儲(chǔ)能濾波特性，穩(wěn)定電壓，消除高次諧波，從而達(dá)到降低EMI的效果。在這節(jié)里，我們將重點(diǎn)分析一下電容和接地過(guò)孔在保證信號(hào)低阻抗回路中所起的作用，這也是多層PCB板設(shè)計(jì)中有效抑制EMI的重要方面之一。多層PCB設(shè)計(jì)中，由于布線密度，拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)的要求，信號(hào)走線經(jīng)常需要在層間切換，如果它所參考的地平面也發(fā)生變化，那么該信號(hào)的回流路徑將發(fā)生變化，從而產(chǎn)生一定的EMI問(wèn)題，如圖2所示：圖2 信號(hào)換層帶來(lái)的EMI問(wèn)題解決這一問(wèn)題最簡(jiǎn)單也是最有效的方法就是合理添加電容或過(guò)孔。如果兩個(gè)不同的參考平面都是地或都是電源，那么我們可以通過(guò)添加接地過(guò)孔或者電源連接過(guò)孔來(lái)為信號(hào)的回流提供回路(圖3 A);如果兩個(gè)參考平面是電源和地之間的切換，那么就可以利用旁路電容提供低阻抗的回路(圖3 B)。圖3 過(guò)孔或電容提供回流通路上圖我們可以看到，在信號(hào)走線換層的附近多放置一些接地過(guò)孔(電源孔)和電容能為信號(hào)提供完整的低阻抗的回路，保證了信號(hào)和回流之間的耦合，從而抑制了EMI。需要注意的是，回流通過(guò)電容切換參考平面時(shí)，由于本身及過(guò)孔的寄生電感存在，仍然會(huì)產(chǎn)生一定的電磁輻射和信號(hào)衰減，所以設(shè)計(jì)者頭腦里要有一個(gè)正確的指導(dǎo)思想：盡量少換層走線，換層后盡量保持信號(hào)靠近同一(或者同屬性)的參考平面。4布局和走線規(guī)則 PCB板上器件的布局，可以按照下面幾個(gè)原則來(lái)進(jìn)行：按照器件的功能和類型來(lái)進(jìn)行布局。對(duì)于功能相同或者相近的器件，放置在一個(gè)區(qū)域里面有利于減小他們之間的布線長(zhǎng)度。而且還能防止不同功能的器件在一個(gè)小區(qū)域內(nèi)形成干擾。按照電源類型進(jìn)行布局。這個(gè)是布局中最重要的一點(diǎn)，電源類型包括不同的電源電壓值，數(shù)字電路和模擬電路。按照不同電壓，不同電路類型，將他們分開(kāi)布局，這樣有利于最后地的分割，數(shù)字地緊貼在數(shù)字電路下方，模擬地緊貼在模擬電路下方。這樣有利于信號(hào)的回流和兩種地平面之間的穩(wěn)定。關(guān)于共地點(diǎn)和轉(zhuǎn)換器的放置。由于電路中很可能存在跨地信號(hào)，如果不采取什么措施，就很可能導(dǎo)致信號(hào)無(wú)法回流，產(chǎn)生大量的共模和差模EMI。所以，布局的時(shí)候盡量要減少這種情況的發(fā)生，而對(duì)于非走不可的，可以考慮給模擬地和數(shù)字地選擇一個(gè)共地點(diǎn)，提供跨地信號(hào)的回流路徑。電路中有時(shí)還存在A/D或D/A器件，這些轉(zhuǎn)換器件同時(shí)由模擬和數(shù)字電源供電，因此要將轉(zhuǎn)換器放置在模擬電源和數(shù)字電源之間。對(duì)于PCB的走線，我們這里建議如下一些措施來(lái)抑制EMI：保證所有的信號(hào)尤其是高頻信號(hào)，盡可能靠近地平面(或其他參考平面)。一般超過(guò)25MHz的PCB板設(shè)計(jì)時(shí)要考慮使用兩層(或更多的)地層。在電源層和地層設(shè)計(jì)時(shí)滿足20H原則。如圖4(由于RF電流在電源層和地層的邊緣也容易發(fā)射電磁波，解決這個(gè)問(wèn)題的最好方法就是采用20-H規(guī)則，即地平面的邊緣比電源平面大20H(H是電源到地平面的距離)。若是設(shè)計(jì)中電源的管腳在PCB的邊緣，則可以部分延展電源層以包住該管腳。)將時(shí)鐘信號(hào)盡量走在兩層參考平面之間的信號(hào)層。保證地平面(電源平面)上不要有人為產(chǎn)生的隔斷回流的斷槽。在高頻器件周圍，多放置些旁路電容。信號(hào)走線時(shí)盡量不要換層，即使換層，也要保證其回路的參考平面一樣。在信號(hào)換層的過(guò)孔附近放置一定的連接地平面層的過(guò)孔或旁路電容。當(dāng)走線長(zhǎng)度(單位英寸)數(shù)值上等于器件的上升時(shí)間(單位納秒)，就要考慮添加串聯(lián)電阻。保證時(shí)鐘信號(hào)或其他高速電路遠(yuǎn)離輸入輸出信號(hào)的走線區(qū)域。盡量減少印制導(dǎo)線的不連續(xù)性，例如導(dǎo)線寬度不要突變，導(dǎo)線的拐角應(yīng)大于90度，信號(hào)走線不能呈環(huán)狀等。 在一些重要的信號(hào)線周圍可以加上保護(hù)的地線，以起到隔離和屏蔽的作用。對(duì)于跨地信號(hào)，要想辦法保證它最小回流面積。（完）