PCB新聞 - 一些PCB製造商基於EMC的PCB設計

Preface
PCB is the abbreviation for Printed Circuit Board in English. 通常地, 印製電路製成的導電圖案, 根據預定設計在絕緣材料上的印刷元件或兩者的組合稱為印刷電路. 在絕緣基板上的組件之間提供電力連接的導電圖案稱為印刷電路. 以這種管道, 印刷電路或印刷電路的成品板稱為印刷電路板, 也稱為印刷電路板或印刷電路板. PCB幾乎與我們所能看到的所有電子設備都是分不開的, 來自電子手錶, 小算盘, 通用電腦, 到電腦, 通信電子設備, 航空, 航空航太, 軍事武器系統, 只要有集成電路等電子元件. 設備及其電力互連均使用PCB, 其效能直接關係到電子設備的質量. 隨著電子技術的飛速發展, 電子產品正變得越來越高速, 高靈敏度, 和高密度. This trend has led to serious electromagnetic compatibility (EMC) and electromagnetic interference problems in PCB電路板 設計. 電磁相容設計已成為當今迫切需要解决的科技問題 PCB設計.

1 Electromagnetic compatibility
Electromagnetic Compatibility (Electro-Magnetic Compatibility, EMC for short) is an emerging comprehensive discipline, 主要研究電磁干擾和抗干擾問題. 電磁相容性是指電子設備或系統在規定的電磁環境水准下不會因電磁干擾而降低性能指標, 它們產生的電磁輻射不大於極限水准, 並且不影響其他系統的正常運行. 實現設備與設備之間的互不干擾, 系統和系統, 並可靠地協同工作. Electromagnetic interference (EMI) is caused by electromagnetic interference sources transferring energy to sensitive systems through coupling paths. 它包括3種基本形式：導線傳導和公共地線, 通過空間輻射或近場耦合. 實踐證明，即使電路原理圖設計正確，印刷電路板設計不當, 這將對電子設備的可靠性產生不利影響. 因此, 確保印刷電路板的電磁相容性是整個系統設計的關鍵.
1.1 Electromagnetic Interference (EMI)
When an EMI problem occurs, 它需要由3個元素來描述：干擾源, 傳播路徑和接收器.
因此, 如果我們想减少電磁干擾, 我們必須考慮解决這3個問題. 下麵我們主要討論印刷電路板的佈線科技.
2 Wiring technology for printed circuit boards
Good printed circuit board (PCB) wiring is a very important factor in electromagnetic compatibility.
2.1 Basic characteristics of PCB
A PCB is composed of a series of lamination, 垂直堆疊上的佈線和預浸料處理. 在多層PCB中, 設計者將在最外層佈置訊號線，以便於調試.
PCB上的接線具有阻抗, 電容和電感特性.
阻抗：佈線的阻抗由銅的重量和橫截面積决定. 例如, 一盎司銅含有O. 49米）/組織面積阻抗. Capacitance: The capacitance of the wiring is determined by the insulator (EoEr), the reach of the current (A), and the line spacing (h). 用方程表示為C=EoErA/h, Eo is the dielectric constant of free space (8.854 pF/m), and Er is the relative dielectric constant of the PCB substrate (4.7 in FR4 rolling).
電感：導線的電感均勻分佈在導線中, 約1 nH/m.
對於1盎司銅線, 在O中.D. In the case of 25毫米 (10 mil) thick FR4 rolling, the 0.5 mm (20 mil) wide and 20 mm (800 mil) long wire above the ground layer can produce an impedance of 9.8米ˆ§, 20 nH 1的電感和耦合電容.66 pF接地. 將上述值與部件的寄生效應進行比較, 這些都可以忽略不計, 但所有佈線的總和可能超過寄生效應. 因此, 設計師必須考慮到這一點. General guidelines for PCB wiring:
(1) Increase the spacing of the traces to reduce the crosstalk of capacitive coupling;
(2) Lay the power line and the ground line in parallel to optimize the PCB capacitance;
(3) Route sensitive high-frequency lines away from high-noise power lines;
(4) Widen the power line and the ground line to reduce the impedance of the power line and the ground line.
2.2 Division
segmentation refers to the use of physical segmentation to reduce the coupling between different types of lines, 尤其是通過電力線和地線.
使用除法劃分4種不同類型電路的示例. 在地平面上, 非金屬溝槽用於隔離四個接地層. L和C用作電路板每個部分的濾波器. 减少不同電路功率平面之間的耦合. 由於高速數位電路的暫態功率需求較高，囙此需要將其放置在功率入口. Interface circuits may require electrostatic discharge (ESD) and transient suppression devices or circuits. 對於L和C, 最好使用不同的L和C值, 而不是一個大的L和C, 因為它可以為不同的電路提供不同的濾波特性.
2.3 Decoupling between local power supply and IC
Local decoupling can reduce the noise propagation along the power mains. 連接在電源輸入埠和印刷電路板之間的大容量旁路電容器充當低頻紋波濾波器，同時充當潜在的蓄水池，以滿足突然的電力需求. 此外, 每個集成電路的電源和接地之間應有去耦電容器. 這些去耦電容器應盡可能靠近引脚. 這將有助於濾除集成電路的開關雜訊.
2.4 Grounding technology
grounding technology is applied to both 多層PCB 和單層PCB. 接地科技的目標是最小化接地阻抗, 從而降低從電路回到電源的接地回路的電勢.
(1) Ground wire of single-layer PCB
在一個 single-layer (single-sided) PCB, 地線的寬度應盡可能寬, 並且應至少為1.5 mm (60 mil). 因為星形佈線不能在單層PCB上實現, 跳線和地線寬度的變化應保持在最小值, 否則會引起線路阻抗和電感的變化.
(2) Ground wire of double-layer PCB
In the double-layer (double-sided) PCB, 接地網/數位電路首選點陣佈線. 這種接線方法可以降低接地阻抗, 接地回路和訊號回路. 就像在單層PCB中一樣, 接地線和電源線的寬度應至少為1.5 mm. 另一種佈局是將地平面放在一側，訊號線和電源線放在另一側. 在這種安排中, 接地回路和阻抗將進一步降低, 去耦電容器可以盡可能靠近集成電路電源線和接地層之間.
(3) Protective ring
The protection ring is a grounding technology that can isolate a noisy environment (such as radio frequency current) outside the ring. 這是因為在正常操作中沒有電流流過保護環.
(4) PCB capacitance
On a multilayer board, PCB電容由分隔電源表面和地面的薄絕緣層產生. 在單層板上, 電源線和地線的並聯佈置也會導致這種電容效應. PCB電容器的一個優點是，它具有非常高的頻率回應和均勻分佈在整個表面或整個線路上的低串聯電感. 它相當於均勻分佈在電路板上的去耦電容器. 沒有任何單個離散組件具有此功能.
(5) High-speed circuit and low-speed circuit
High-speed circuits should be placed closer to the ground plane, 低速電路應靠近電源平面.
(6) Copper filling of ground
In some analog circuits, 未使用的電路板區域由一個大接地層覆蓋，以提供遮罩並提高去耦能力. But if the copper area is suspended (for example, it is not connected to the ground), 然後，它可能會起到天線的作用，並會導致電磁相容性問題.
(7) Ground plane and power plane in 多層PCB
In a 多層PCB, 建議將電源平面和接地層放置在盡可能靠近的相鄰層中，以在整個電路板上產生較大的PCB電容. 最快的臨界訊號應靠近地平面的一側, 非臨界訊號應放置在靠近電源板的位置.
(8) Power requirements
When the circuit requires more than one power supply, 使用接地隔離每個電源. 但不可能在單層PCB中接地多個點. 一種解決方案是將一個電源的電源線和地線與其他電源線和地線分開. 這也有助於避免電源之間的雜訊耦合.
3 Concluding remarks
The various methods and techniques introduced in this article are helpful to improve the EMC characteristics of PCBs. 當然, 這些只是EMC設計的一部分. 通常, 反射雜訊, 輻射發射雜訊, 應考慮其他工藝科技問題引起的干擾. 在實際設計中, 應根據目標要求和設計條件，採取合理的抗電磁干擾措施進行設計 PCB電路板 具有良好的EMC效能