除了元件的選擇和電路設計, 好的 印刷電路板 (PCB) design is also a very important factor in electromagnetic compatibility. PCB電磁相容設計的關鍵是盡可能减少回流面積,使回流路徑朝設計方向流動. 基準面裂紋引起的常見回流問題, 移動參攷平面層, 以及流經連接器的訊號. 連接或去耦電容器可以解决一些問題, 但是電容器的總阻抗, 這些洞, 墊子, 必須考慮接線. 本講座將從以下3個方面介紹EMC的PCB設計科技: PCB分層策略, 佈局技巧和佈線規則.
PCB分層策略
在電路板設計中,電路板的厚度、穿孔工藝和層數並不是解决這個問題的關鍵
m、良好的分層是確保電源母線旁路和去耦、使瞬態電壓位於電源層或接地層、遮罩訊號免受電源電磁場影響的關鍵。 就訊號路由而言,一個好的分層策略是將所有訊號路由放置在一個或多個層中,這些層緊鄰電源層或地面層。 對於電源,一個好的分層策略應該是電源層與地面層相鄰,並且電源層與地面層之間的距離應該盡可能小。 這就是我們所說的“分層”策略。 讓我們進一步討論好的PCB分層策略。
1、佈線層的投影平面應在其回流平面層區域內。 如果佈線層不在其回流平面層的地面投影區域內,佈線過程中投影區域外會有訊號線,導致“邊緣輻射”問題。 此外,它還將導致訊號環路面積的新增,導致差模輻射的新增。
2、儘量避免相鄰佈線層設定。 由於相鄰佈線層上的並行訊號佈線將導致訊號串擾,如果無法避免相鄰佈線層,則應適當擴大兩個佈線層之間的間距,並减小佈線層及其訊號環路之間的間距。
3、應避免相鄰平面層的投影平面重疊。 因為當投影重疊時,層之間的耦合電容將導致層之間的雜訊耦合。
多層板設計:
當時鐘頻率超過5MHz,或訊號上升時間小於5ns時,為了使訊號環路面積能够得到很好的控制,通常需要使用多層設計。 在設計多層板時應注意以下原則:
1、關鍵佈線層(時鐘電纜、匯流排電纜、介面訊號電纜、射頻電纜、復位訊號電纜、晶片選擇訊號電纜和各種控制訊號電纜所在的層)應鄰近整個接地層,最好在兩個平面之間。 關鍵訊號線通常是强輻射或極為敏感的訊號線。 靠近地平面的佈線可以减少訊號回路面積,降低輻射强度或提高抗干擾能力。
此外,單板主工作功率平面(廣泛使用的功率平面)應與其接地層相鄰,以有效减少功率電流的回路面積。
3、檢查訊號電纜–50MHz是否存在於板的頂層和底層。 如果是這樣,高頻訊號被放置在兩個平面層之間,以抑制其對空間的輻射。
單板和雙板設計:
對於單層和雙層面板,應注意關鍵訊號電纜和電力電纜的設計。 為了减少電源電流回路的面積,必須在電源附近並平行於電源安裝接地電纜。
“引導地線”應放置在單層板關鍵訊號電纜的兩側,如圖4所示。 雙層板關鍵訊號線投影面上應有大面積的地面敷設,或採用與單層板相同的處理方法,並應設計“引導地線”。 關鍵訊號線兩側的“保護接地電纜”一方面可以减少訊號環路面積,另一方面可以防止訊號線與其他訊號線之間的串擾。
通常,PCB板分層可以根據下錶進行設計。
PCB佈局提示
PCB佈局設計應完全遵循沿訊號流方向直線放置的設計原則,並儘量避免盤旋。 這樣可以避免訊號的直接耦合,並影響訊號的質量。 此外,為了防止電路和電子元件之間的干擾和耦合,電路的放置和元件的佈局應符合以下原則:
1、如果板上設計了介面“潔淨地板”,則篩檢程式和隔離裝置應放置在“潔淨地板”和工作地面之間的隔離帶上。 這可以防止濾波或隔離裝置通過平面層相互耦合,從而削弱效果。 此外,除篩檢程式和保護裝置外,不得在“乾淨地板”上放置其他裝置。
2、當多個模塊電路放置在同一PCB、數位電路和類比電路上時,高速電路和低速電路應分開佈置,以避免數位電路、類比電路、高速電路和低速電路之間的相互干擾。 此外,當電路板上同時存在高速、中速和低速電路時,應遵循圖7中的佈局原則,以避免高頻電路雜訊通過介面輻射出去。
3、電路板電源輸入的濾波電路應靠近介面放置,以避免濾波電路的再耦合。
4、介面電路的濾波、保護和隔離裝置靠近介面放置,如圖9所示,可有效實現保護、濾波和隔離的效果。 如果介面同時具有濾波和保護電路,則應遵循濾波前保護的原則。 由於保護電路用於抑制外部過電壓和過電流,如果將保護電路置於濾波電路之後,濾波電路將因過電壓和過電流而損壞。 此外,由於電路輸入和輸出線的耦合會削弱濾波、隔離或保護效果,囙此佈局應確保濾波電路(濾波器)、隔離和保護電路的輸入和輸出線不相互耦合。
5、敏感電路或器件(如復位電路)距離板邊緣至少1000mil,尤其是邊緣
板的介面側。
6、儲能和高頻濾波電容器應放置在單元電路或電流變化較大的裝置(如功率模組、風扇和繼電器的輸入和輸出端子)附近,以减少大電流電路的回路面積。
7、濾波器必須並排放置,以防止濾波電路再次受到干擾。
8、具有强輻射的設備,如晶體、晶體振盪器、繼電器和開關電源,應距離板上的介面連接器至少1000mil。 這樣,干擾可以直接向外輻射,或者電流可以耦合在輸出電纜上向外輻射。