PCB的EMC设计考虑因素

发布:探针台 2020-04-07 14:28 阅读:1911
如何设计才能让PCB的EMC效果最优? *l d)nH{  
` ,T .  
PCB的EMC设计考虑中,首先涉及的便是层的设置;单板的层数由电源、地的层数和信号层数组成;在产品的EMC设计中,除了元器件的选择和电路设计之外,良好的PCB设计也是一个非常重要的因素。 U,b80%k:  
PCB的EMC设计的关键,是尽可能减小回流面积,让回流路径按照我们设计的方向流动。而层的设计是PCB的基础,如何做好PCB层设计才能让PCB的EMC效果最优呢? }'<Z&NW6  
一、PCB层的设计思路 (B\Kb4m  
PCB叠层EMC规划与设计思路的核心就是合理规划信号回流路径,尽可能减小信号从单板镜像层的回流面积,使得磁通对消或最小化。 xDe^>(,"  
. x$V~t  
单板镜像层 6%EpF;T`  
镜像层是PCB内部临近信号层的一层完整的敷铜平面层(电源层、接地层)。主要有以下作用: R.|h<bur  
(1)降低回流噪声:镜像层可以为信号层回流提供低阻抗路径,尤其在电源分布系统中有大电流流动时,镜像层的作用更加明显。 -}@C9Ja[?  
&# fPJc  
(2)降低EMI:镜像层的存在减少了信号和回流形成的闭合环的面积,降低了EMI; qo9&e~Y<G  
N_D=j 6B  
(3)降低串扰:有助于控制高速数字电路中信号走线之间的串扰问题,改变信号线距镜像层的高度,就可以控制信号线间串扰,高度越小,串扰越小; ${Lrj}93  
,pcyU\68v  
(4)阻抗控制,防止信号反射。 Fz8& Jn!  
e`+  
镜像层的选择 GGHMpQ   
(1)电源、地平面都能用作参考平面,且对内部走线有一定的屏蔽作用; C^C'!  
bIT[\Q  
(2)相对而言,电源平面具有较高的特性阻抗,与参考电平存在较大的电势差,同时电源平面上的高频干扰相对比较大; k&yBB%g  
Il/`#b@h  
(3)从屏蔽的角度,地平面一般均作了接地的处理,并作为基准电平参考点,其屏蔽效果远远优于电源平面; ^/2O_C  
9on$0  
(4)选择参考平面时,应优选地平面,次选电源平面 [ GknE#p  
二、磁通对消原理 '\H & EJ'  
根据麦克斯韦方程,分立的带电体或电流,它们之间的一切电及磁作用都是通过它们之间的中间区域传递的,不论中间区域是真空还是实体物质。在PCB中磁通总是在传输线中传播的,如果射频回流路径平行靠近其相应的信号路径,则回流路径上的磁通与信号路径上的磁通是方向相反的,这时它们相互叠加,则得到了通量对消的效果。 hpOY&7QUTD  
三、磁通对消的本质 i_L u  
x^3K=l;N  
磁通对消的本质就是信号回流路径的控制,具体示意图如下: ;Qd'G7+  
Q]/g=Nn ^~  
_u-tRHh|A  
四、右手定则解释磁通对消效果 |{M F o)  
如何用右手定则来解释信号层与地层相邻时磁通对消效果,解释如下: O0^Y1l  
(1)当导线上有电流流过时,导线周围便会产生磁场,磁场的方向以右手定则来确定。 AJ 0Bb7  
(2)当有两条彼此靠近且平行的导线,如下图所示,其中一个导体的电流向外流出,另一个导体的电流向内流入,如果流过这两根导线的电流分别是信号电流和它的回流电流,那么这两个电流是大小相等方向相反的,所以它们的磁场也是大小相等,而方向是相反的,因此能相互抵消。 pC 4uar  
=]Y'xzJuu  
R "W=V  
五、六层板设计实例 Pd:tRY+t/  
对于六层板,优先考虑方案3 cmf*BkS  
分析: I2{zy|&  
(1)由于信号层与回流参考平面相邻,S1、S2、S3相邻地平面,有最佳的磁通抵消效果,优选布线层S2,其次S3、S1。 eJOo~HIWQ  
(2)电源平面与GND平面相邻,平面间距离很小,有最佳的磁通抵消效果和低的电源平面阻抗。 (4l M3clF  
(3)主电源及其对应的地布在4、5层,层厚设置时,增大S2-P之间的间距,缩小P-G2之间的间(相应缩小G1-S2层之间的间距),以减小电源平面的阻抗,减少电源对S2的影响。 OwC{ Ad{  
#SLi v  
对于六层板,备选方案4 8QFRX'i  
>taT V_,  
分析: cCtd\/ \  
对于局部、少量信号要求较高的场合,方案4比方案3更适合,它能提供极佳的布线层S2。 Wbmqf s  
最差EMC效果,方案2 f$nZogaQ  
i/N68  
分析:此种结构,S1和S2相邻,S3与S4相邻,同时S3与S4不与地平面相邻,磁通抵消效果差。 F8m@mh*8>  
总结 c1%ki%J#  
PCB层设计具体原则: "(F:'J} X  
(1)元件面、焊接面下面为完整的地平面(屏蔽); USf;}F:-C  
(2)尽量避免两信号层直接相邻; tG,xG&  
(3)所有信号层尽可能与地平面相邻; arPqVMVr  
(4)高频、高速、时钟等关键信号布线层要有一相邻地平面。
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