PCBA科技 - 接地平面開槽對PCB板EMC特性的影響

接地平面槽是PCB板接地層（接地平面）中的凹槽，通常用於容納一些訊號線或提供多層板所需的替代返回路徑。 槽的形狀、大小和位置將直接影響電路的效能。

接地平面開槽對PCB板EMC特性的影響分析

接地平面開槽設計會對PCB板的電磁相容性（EMC）效能產生重大影響，這可能是有害的，也可能是有益的。 為了深入瞭解這一點，我們首先需要弄清楚PCB板上高速訊號和低速訊號的電流分佈特性。 在低速傳輸的情况下，電流主要沿著電阻最小的路徑流動。 如下圖所示，當低速電流從A點流向B點時，其返回訊號將在接地平面上廣泛分佈並返回到源。 此時，電流分佈相對較廣。

然而，在高速傳輸的情况下，訊號返回路徑上的電感效應將超過電阻效應成為主導因素。 高速返回訊號將沿著阻抗最小的路徑流動，形成一個狹窄而集中的束，緊緊地跟隨下麵的訊號線。

當PCB板上存在不相容的電路時，需要採用“分割接地”策略來避免返回訊號和公共接地阻抗耦合的疊加。 這意味著電源電壓、數位和類比信號、高速和低速訊號以及高電流和低電流訊號的接地平面是分開的。 從前面對高速和低速訊號的返回電流分佈的描述中，我們可以很容易地理解分裂接地策略的重要性。

然而，當高速和低速訊號穿過電源平面或接地平面中的開放插槽時，它們都會導致許多嚴重的問題。 這些問題包括：

接地平面槽新增了電流回路面積，從而新增了回路電感，導致輸出波形容易振盪。

對於需要嚴格阻抗控制並根據帶狀線模型佈線的高速訊號線，開槽會破壞帶狀線模型，導致阻抗不連續，從而導致嚴重的信號完整性問題。

接地平面開槽新增了輻射發射到周圍空間的可能性，並使電路板更容易受到空間磁場的干擾。

環路電感器兩端的高頻電壓降可能構成共模輻射源，並通過外部電纜產生共模輻射干擾。

接地平面開槽也新增了板上其他電路之間高頻訊號串擾的風險。

在處理接地平面開槽時，應遵守以下原則：

對於需要嚴格阻抗管理的高速訊號線，其路徑必須嚴格避免跨分裂區域佈線，以防止阻抗不連續，這反過來會導致嚴重的信號完整性挑戰；

當PCB板上存在不相容電路時，應採取接地共亯措施，但在這樣做時，應確保高速訊號線不會被迫穿過分割區域，同時也應儘量減少穿過分割區域的低速訊號線；

如果確實無法避免穿過分割槽對齊，則應採用橋接方案進行適當處理；

在分層時應避免與連接器的外部連接，因為如果地層上的a點和B點之間存在顯著的電位差，則可能會通過外部電纜引起共模輻射問題；

在高密度連接器的PCB設計中，除非有特殊需要，一般應確保接地網周圍的每個引脚佈局，或在引脚排列中均勻分佈接地網，以確保接地平面的連續性，從而有效防止開槽的出現。

接地平面開槽對PCB板的EMC效能有著深遠的影響，需要仔細設計。 遵循避免高速線路穿過插槽、合理接地分佈、必要時橋接和優化連接器佈局的原則，可以有效提高EMC效能，確保產品的穩定性和可靠性。