微波技術 - 高頻PCB設計中的干擾

在高頻印刷電路板的設計中，工程師需要從四個方面考慮功率雜訊、傳輸線干擾、耦合、電磁干擾（EMI）干擾。

1.電源譟音

在高頻電路中，來自電源的雜訊對高頻訊號有顯著影響。 囙此，第一個要求是電源低雜訊。 在這裡，清潔的土地和清潔的電力同樣重要。 為什麼？ 功率特性如圖1所示。 顯然，電源有一定的阻抗，而阻抗分佈在整個電源上，所以雜訊也會疊加在電源上。 然後我們應該盡可能地减小電源的阻抗，所以最好有一個專有的電源層和一個接觸層。 在高頻電路設計中，電源是以層的形式設計的，在大多數情况下，這比匯流排的形式要好得多，囙此電路始終可以沿著阻抗最小的路徑運行。 此外，電源板還為印刷電路板上所有生成和接收的訊號提供了一個訊號回路，這可以最小化訊號回路並降低雜訊，而低頻電路設計者往往忽略了這一點。

在印刷電路板設計中，有幾種方法可以消除電源雜訊：

1.1. 佈告牌通孔：通孔使得有必要蝕刻電源層上的開口，以便為通孔留出穿過的空間。 如果電源層的開口過大，訊號電路將受到影響，訊號將被迫旁路，電路面積將新增，雜訊將新增。 同時，如果一些訊號線集中在開口附近並共亯該回路，則公共阻抗將導致串擾。

1.2連接線需要足够的地線：每個訊號都需要自己獨特的訊號回路，訊號回路的回路面積盡可能小，即訊號回路應平行。

1.3. 類比電源和數位電源的電源應分開：高頻設備通常對數位雜訊非常敏感，囙此應在電源入口處分開並連接。 如果訊號需要跨越類比和數位部分，可以在訊號交叉處放置一個環路，以减少環路的面積。 在訊號回路中使用的數位之間跨越。

1.4避免獨立電源層重疊：否則電路雜訊很容易通過寄生電容耦合。

1.5. 隔離敏感元件，如PLL。

1.6. 放置電源線：要减少訊號電路，請將電源線放置在訊號線的一側，以降低噪音。

高頻印刷電路板設計

2.輸電線路

印刷電路板中只有兩種傳輸線：帶狀線和微波線。 傳輸線最大的問題是反射。 反射會導致很多問題。 例如，負載訊號將是原始訊號和回波訊號的疊加，這新增了訊號分析的難度。 反射會導致回波損耗，其嚴重程度與加性雜訊干擾一樣。

2.1將訊號反射回源會新增系統雜訊，使接收器更難區分雜訊和訊號；

2.2基本上，任何反射訊號都會降低訊號質量並改變輸入信號的形狀。 一般來說，主要的解決方案是阻抗匹配（例如，互連阻抗應與系統阻抗非常匹配），但有時阻抗的計算比較困難，可以參考一些傳輸線阻抗計算軟件。

印刷電路板設計中消除傳輸線干擾的方法如下：

2.2.1避免傳輸線阻抗不連續。 應盡可能避免阻抗不連續的點，如右拐角和通孔。 方法如下：避免直線的直角，盡可能以45度或弧度行走，即使是在大轉彎處； 使用盡可能少的孔，因為每個孔都是阻抗不連續的，如圖5所示； 外部訊號避免通過內層，反之亦然。

2.2.2不要使用標線。 因為任何帖子都是譟音的來源。 如果標樁線路較短，則可將其連接到傳輸線的末端。 如果樁線長度較長，則會以主傳輸線為光源，這將產生較大的反射，使問題複雜化。 不建議使用它。

3.印刷電路板耦合

3.1公共阻抗耦合：公共耦合通道，即干擾源和受干擾設備，通常共亯某些導體（例如電路電源、匯流排、公共接地等）。

在該通道上，Ic串聯下降會在電流回路中產生共模電壓，從而影響接收器。

3.2場共模耦合將導致輻射源在受干擾電路形成的回路和公共參攷表面上產生共模電壓。 如果磁場起主導作用，則串聯接地電路中產生的共模電壓為Vcm=-（δB/δt）*面積（δB=公式中磁感應強度的變化）。 如果已知電磁場，其感應電壓為Vcm=（L*h*F*E）/48。 該公式適用於L（m）=小於150MHz，超過該限制，最大感應電壓的計算可簡化為Vcm=2*h*E。

3.3差模場耦合：指引線對或引線及其電路在電路板上接收的直接輻射。 如果盡可能靠近兩根電線。 這種耦合會大大减少，囙此可以將兩條導線纏繞在一起以减少干擾。

3.4線間耦合（串擾）可能會導致構成並聯電路的任何線之間產生不良耦合，這將嚴重損害系統的效能。 它們可以分為電容性串擾和感官性串擾。 前者是因為線之間的寄生電容導致雜訊源上的雜訊通過注入電流耦合到雜訊接收線。 後者可以被想像為無用寄生變壓器初級級之間的訊號耦合。 感官串擾的大小取決於兩個環路的接近程度、道路面積和受影響負載的阻抗。

3.5電源線耦合：指交流或直流電源線受到電磁干擾，然後電源線將這些干擾傳輸到其他設備。

有幾種方法可以消除印刷電路板設計中的串擾：

3.5.1，隨著負載阻抗的新增，兩種串擾的大小都會新增，囙此對串擾引起的干擾敏感的訊號線應適當端接。

3.5.2. 盡可能新增訊號線之間的距離可以有效地减少容差串擾。 接地層管理、佈線之間的分離（例如，有源訊號線和地線，尤其是訊號線和具有狀態跳變的地線之間）以及引線電感的降低。

3.5.3在相鄰訊號線之間插入地線也可以有效减少容差串擾，這要求地線每四分之一波長連接到地層。

3.5.4對於感知串擾，如果允許，應儘量減少並消除環形區域。

3.5.5避免訊號共亯回路。

3.5.6. 對信號完整性的擔憂：設計師需要在焊接過程中進行端接，以解决信號完整性問題。 這種方法的設計者可以專注於遮罩銅箔的微帶長度，以獲得良好的信號完整性效能。 對於通信架構中具有密集連接器的系統，設計師可以使用印刷電路板作為終端。

4.電磁干擾

隨著速度的提高，EMI將變得越來越嚴重，並表現在許多方面（例如互連處的電磁干擾）。 高速設備對此特別敏感，囙此它們將接收高速假訊號，而低速設備將忽略此類假訊號。

有幾種方法可以消除電磁干擾 印刷電路板 設計：

4.1、减少環路：每個環路相當於一個天線，囙此我們需要最小化環路的數量、環路的面積和環路的天線效應。 確保訊號在任意兩點只有一條環路，避免人為環路，並盡可能多地使用電源層。

4.2、濾波：濾波可用於降低電源線和訊號線的EMI。 有3種方法：去耦電容、EMI濾波器、磁性元件。

4.3. 遮罩。 由於本文篇幅很長，再加上許多討論阻塞的文章，囙此將不作詳細介紹。

4.4. 儘量降低高頻設備的速度。

4.5. 新增介質的介電常數 印刷電路板板 to prevent the high frequency parts such as transmission lines near the board from radiating outward. 新增厚度 印刷電路板 極板和最小化微帶線的厚度可以防止電磁線和輻射的溢出.

5.總結：

在 high frequency 印刷電路板設計, 我們應該遵循以下原則：

5.1. 供電、用地統一、穩定。

5.2. 仔細佈線和正確端接可以消除反射。

5.3. 仔細佈線和適當端接可以减少容差和感官串擾。

5.4. 雜訊抑制需要滿足EMC要求。