PCB部落格 - 高頻PCB板干擾問題及解決方案

1 Power supply noise
In the 高頻PCB電路板, 電源的雜訊對 高頻 訊號. 因此, 首先, 電源要求低雜訊. 在這裡, 清潔的地面和清潔的電力一樣重要, 為什麼？? 電源特性如圖1所示. 明顯地, 電源具有一定的阻抗, 阻抗分佈在整個電源上, 囙此雜訊也會疊加在電源上. 然後我們應該盡可能降低電源的阻抗, 囙此必須有一個專用的電源層和接地層. 在高頻電路設計中, 電源採用分層設計, 在大多數情况下，這比公共汽車的形式要好得多, 這樣回路就可以始終遵循阻抗的路徑. 此外, 電源板必須為PCB上所有生成和接收的訊號提供一個訊號回路, 它可以减少訊號環路並减少雜訊, 這經常被低頻電路設計人員忽視.

有幾種方法可以消除 PCB板設計.
1.1注意電路板上的通孔：通孔使得需要在電源板上蝕刻開口，以留出通孔穿過的空間. 如果功率層開口過大, 這將不可避免地影響訊號回路, 該訊號將被強制旁路, 環路面積將新增, 譟音會新增. 同時, 如果一些訊號線集中在開口附近並共亯該環路, 公共阻抗將導致串擾.
1.2連接線需要足够的地線：每個訊號都需要有自己的專用訊號回路, 訊號和環路的環路面積應盡可能小, 那就是, 訊號和回路應平行.
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，應在電源入口處將兩者分開並連接在一起. 在减少回路面積的位置放置回路.
1.4.避免層間的獨立電源重疊：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放置電源電纜：减少訊號回路, 通過將電源電纜放在訊號電纜的側面來降低噪音.

2. Transmission line
There are only two kinds of transmission lines that can appear in the PCB: strip line and microwave line. 傳輸線的問題是反射, 這會引起很多問題. 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. ; Reflections cause return loss (return loss), which affects the signal as badly as additive noise interference:
2.1訊號反射回信號源將新增系統雜訊, making it more difficult for the receiver to distinguish the noise from the signal;
2.2任何反射訊號基本上都會降低訊號質量並改變輸入信號的形狀. 原則上, the solution is mainly impedance matching (for example, the impedance of the interconnection should be very matched with the impedance of the system), 但有時阻抗的計算很麻煩, 您可以參考一些傳輸線阻抗計算軟件.
2.3消除輸電線路干擾的方法 PCB板 設計 is as follows:
1) Avoid impedance discontinuities in the transmission line. 不連續阻抗點是傳輸線的突變點, 例如直角, 過孔, 等., 應盡可能避免. 方法是：避免軌跡的直角, 儘量取45°角或弧度, 大轉角也是可以接受的； 使用盡可能少的過孔, 因為每個通孔都是一個不連續的阻抗點, 外層訊號避免通過內層，反之亦然.
2) Do not use stake lines. 因為任何存根都是雜訊源. 如果短接導線短路, 它可以在傳輸線的末端終止； 如果短接導線很長, 主輸電線路將用作電源, 導致較大的反射, 這會使問題複雜化，不推薦使用.

3. Coupling
3.1公共阻抗耦合：它是一個公共耦合通道, 那就是, the interference source and the interfered device often share some conductors (such as loop power supply, 公共汽車, 共同點, 等.).
3.2場共模耦合將導致輻射源在受擾電路形成的回路和公共基準面上產生共模電壓. 如果磁場占主導地位, the value of the common-mode voltage generated in the series ground loop is Vcm=-(△B/△t)*area (△B=change in the magnetic induction intensity in the formula) If it is an electromagnetic field, 當其電場值, its induced voltage: Vcm=(L*h*F*E)/48, the formula is applicable to L(m)=150MHz or less, 超出此限制, the calculation of induced voltage can be simplified as: Vcm=2 *h*E.
3.3差模場耦合：指電路板上的導線對或導線及其回路接收的直接輻射. 如果盡可能靠近兩根導線. 這種耦合大大减少, 囙此，將兩根導線纏繞在一起以减少干擾.
3.4 Coupling between lines (crosstalk) can make any line equal to the undesired coupling between parallel circuits, 這將嚴重損害系統的效能. 其類型可分為電容性串擾和電感性串擾. 前者是由於線之間的寄生電容，通過注入電流將雜訊源上的雜訊耦合到雜訊接收線； 後者可以被認為是不需要的寄生變壓器的初級和次級之間的訊號耦合. 感應串擾的大小取決於兩個環路的接近程度和環路面積的大小, 以及受影響負載的阻抗.
3.5電源線耦合：指交流或直流電源線受到電磁干擾後, 電力線將干擾傳輸到其他設備.
3.6有幾種方法可以消除 PCB板 design:
1) The magnitude of both types of crosstalk increases with the increase of load impedance, 囙此，應對串擾引起的干擾敏感的訊號線進行適當端接.
2) Increasing the distance between signal lines as much as possible can effectively reduce capacitive crosstalk. 進行地平面管理, space between traces (such as isolation of active signal lines and ground lines, especially between signal lines and ground where state transitions occur) and reduce lead inductance.
3) Inserting a ground wire between adjacent signal wires can also effectively reduce capacitive crosstalk. 該地線需要每隔1秒連接到接地層/4波長.
4) For inductive crosstalk, 應儘量減少回路面積, 如果允許的話, 應消除回路.
5) Avoid signal sharing loops.
6) Focus on signal integrity: Designers address signal integrity by implementing termination during the soldering process. 使用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. 對於在通信結構中使用密集連接器的系統, 設計者可以使用單個PCB進行端接.

4. Electromagnetic Interference
As speed increases, EMI will become more severe and manifest in many ways (such as electromagnetic interference at interconnects), 高速設備對此特別敏感, 接收高速假訊號, 在低速時，該設備忽略了此類故障.
有幾種方法可以消除 PCB板 design:
4.1减少回路：每個回路相當於一個天線, 所以我們需要最小化迴圈的數量, 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, 避免人為迴圈, 盡可能多地使用電源板.
4.2濾波：濾波可用於電源線和訊號線，以减少電磁干擾. 有3種方法：去耦電容器, EMI濾波器, 和磁性元件.
4.3遮罩. 由於空間問題和許多討論遮罩的文章, 我不會詳細介紹他們.
4.4最小化 高頻 設備.
4.5新增介質的介電常數 PCB板 可以防止 高頻 靠近電路板的傳輸線等部件不會向外輻射； 新增 PCB板 最小化微帶線的厚度可以防止電磁線溢出，也可以防止輻射.

5. 在設計中總結 高頻 PCB板, we should follow the following principles:
5.1供電和接地的統一性和穩定性.
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電容和電感串擾.
5.4 高頻PCB板 需要抑制以滿足EMC要求.