PCB部落格 - PCB板設計中避免電磁問題的7個提示

電磁相容性和相關的電磁干擾歷來要求系統設計工程師保持警惕, 特別是在當今世界經濟萎縮的情况下 電路板 設計和組件封裝以及OEM對高速系統的要求是PCB佈局和設計工程師的頭痛問題. EMC與這一代人密切相關, 傳播, 以及電磁能的接收, 而且EMC在 PCB板 設計. 電磁能來自混合在一起的多種來源, 囙此，必須特別注意確保在不同的電路, 踪迹, 通孔, 和 PCB板 資料協同工作, 各種訊號相互相容，互不干擾. 電磁干擾, 另一方面, 是由EMC或不需要的電磁能量產生的破壞性效應. 在這種電磁環境中, PCB板 設計師必須確保减少電磁能量的產生，從而將干擾降至最低.

這裡有7個避免電磁問題的提示 PCB板 設計：

提示1：將PCB接地

减少EMI的一個重要方法是設計PCB板的接地平面。 第一步是使PCB板總面積內的接地面積盡可能大，這可以减少發射、串擾和雜訊。 將每個部件連接到接地點或接地平面時必須特別小心，否則，無法充分利用可靠接地平面的中和作用。 特別複雜的PCB板設計具有幾個穩定的電壓。 理想情况下，每個參攷電壓都有自己相應的接地平面。 但是，如果接地平面太多，會新增PCB板的製造成本，使價格過高。 折衷方案是在三到五個不同位置使用接地平面，每個位置可以包含多個接地段。 這不僅控制了電路板的製造成本，還降低了EMI和EMC。 如果您想保持EMC較小，低阻抗接地系統非常重要。 在多層PCB中，最好使用實心接地平面而不是銅平衡塊或分散接地平面，因為它具有低阻抗，提供電流路徑，並且是反向訊號的良好來源。 為了解决多層PCB中的EMC問題，最好使用實心接地平面，而不是銅盜竊或分散接地平面。 訊號返回地面所需的時間長度也非常重要。 訊號進出源的時間必須是可比較的，否則，輻射能量成為EMI的一部分時會出現類似天線的現象。 此外，從信號源傳輸電流的跡線應盡可能短，如果源和返回路徑長度不相等，則會出現接地反彈，這也會產生EMI。 如果訊號進入和離開源的定時不同步，則會出現類似天線的現象，輻射能量並導致EMI。

提示2：區分EMI

由於EMI不同，一個好的EMC設計規則是分離類比和數位電路。 具有較高電流強度或電流的類比電路應遠離高速軌跡或開關訊號。 如果可能，應使用接地訊號對其進行保護。 在多層PCB上，類比跡線應在一個接地平面上佈線，而開關或高速跡線應位於另一個接地面上。 囙此，不同特徵的訊號被分離。 低通濾波器有時可用於去除與周圍軌跡耦合的高頻雜訊。 濾波器抑制雜訊並返回穩定電流。 分離類比和數位信號的接地平面很重要。 由於類比電路和數位電路有其獨特的特性，囙此將它們分開是很重要的。 數位信號應具有數位接地，類比信號應終止於類比接地。 在數位電路設計中，經驗豐富的PCB板佈局和設計工程師特別關注高速訊號和時鐘。 在高速時，訊號和時鐘應盡可能短，並與接地平面相鄰，因為如前所述，接地平面將串擾、雜訊和輻射保持在控制之下。 數位信號也應遠離電源平面。 如果距離較近，會產生譟音或感應，從而削弱訊號。

技巧3：串擾和軌跡是重點

跡線對於確保適當的電流流動特別重要。 如果電流來自振盪器或其他類似設備，則特別重要的是保持電流與接地平面分離，或者不使電流與另一個跡線並聯。 兩個並行的高速訊號產生EMC和EMI，尤其是串擾。 電阻路徑必須保持短，回流路徑必須盡可能短。 返回路徑跟踪應與傳輸跟踪長度相同。 對於EMI，一個被稱為“侵略者痕迹”，另一個是“受害者痕迹”。 由於電磁場的存在，電感和電容耦合會影響“受害者”軌跡，在“受害者軌跡”上產生正向和反向電流。 在這種情況下，在訊號的發射和接收長度幾乎相等的穩定環境中產生波紋。 在具有穩定軌跡的良好平衡環境中，感應電流應相互抵消，以消除串擾。 然而，我們生活在一個不完美的世界，這樣的事情不會發生。 囙此，我們的目標必須是將所有軌跡的串擾保持在非常小的水准。 如果平行跡線之間的寬度是跡線寬度的兩倍，則串擾的影響可以最小化。 例如，如果跡線寬度為5密耳，則兩條平行跡線之間的小距離應為10密耳或更大。 隨著新材料和新組件的不斷出現，PCB板設計師還必須繼續處理電磁相容性和干擾問題。

技巧4：去耦電容器

去耦電容器可减少串擾的不良影響，並應放置在設備的電源和接地引脚之間，以確保低交流阻抗，减少雜訊和串擾。 為了在寬頻率範圍內實現低阻抗，應使用多個去耦電容器。 在球栅陣列周圍使用去耦電容器减少串擾。 放置去耦電容器的一個重要經驗法則是將小值電容器盡可能靠近設備放置，以减少對跡線的電感影響。 該特定電容器盡可能靠近器件的電源引脚或電源跡線，並將電容器的焊盤直接連接到通孔或接地平面。 如果跡線較長，則使用多個通孔，以便接地阻抗較低。

提示5：避免90度角

為了减少EMI，避免形成90°角的跡線、通孔和其他組件，因為直角會產生輻射。 在這個角落，電容將新增，特性阻抗將改變，從而引起反射，進而導致EMI。 為了避免90°角，應將跡線佈線至至少兩個45°角的角。

提示6：小心使用通孔

在幾乎所有PCB板佈局中，通孔必須用於提供不同層之間的導電連接。 PCB佈局工程師需要特別小心，因為通孔會產生電感和電容。 在某些情况下，它們也會產生反射，因為在跡線中形成通孔時，特性阻抗會發生變化。 此外，請記住，通孔會新增跡線長度，需要進行匹配。 在差分跡線的情况下，應盡可能避免通孔。 如果不可避免，應在兩條跡線中使用通孔，以補償訊號和返回路徑中的延遲。

提示7：電纜和物理遮罩

承載數位電路和類比電流的電纜會產生寄生電容和電感，導致許多與EMC相關的問題. 如果使用雙絞線電纜, 耦合電平保持低, 消除產生的磁場. 對於高頻訊號, 必須使用遮罩電纜, 採用正面和背景消除EMI干擾. 物理遮罩是用金屬封裝對整個或部分系統進行封裝，以防止EMI進入電路 PCB板. 該遮罩的作用類似於一個封閉的接地導電容器, 减小天線回路尺寸並吸收EMI.