苏州莱瑞测信息科技有限公司

电磁兼容性设计需要考虑的问题

   2007-04-15 2110
             
            4、印刷电路板(PCB)布局和接地 

            4.1 电流环路和信号接地
            电流只能在环路中流动。电源电流如此,信号电流同样如此。不幸的是,电流环路将发出噪音,而且环路越大,噪音越大。噪音还随着电流和频率的增加而增加。大的环路更可能接收噪音。因此,环路应该尽可能保持得很小。这意味着每一条可能发出或接收噪音的线路都应该有一可能靠近它的回路来接地。确保每一条噪音路径有这样的一条回路的最好方法是在板上加上一个完全的接地平面。这样,环路区域的长度将只是该路径的长度乘以该路径和接地平面之间的距离。这个区域通常比通过对接地路线得到的区域小,因此,来自带有接地平面的电路板的噪音比来自没有接地平面的电路板的噪音要少得多。

            4.2 接地平面
            在许多设计中,看起来接地平面被定义为”所有铜栅格不作他用,而只在某处接地”。这不会是一个有效的接地平面。注意,对于高频信号,接地平面的回路将恰好在轨道下面即便是这条路线比直接布线长。这是因为回路将总是最少阻抗的路线,对于高频信号,这是具有最小环路线,而不是具有最低DC电阻的路线。对于既包含数字电路又包含模拟电路的电路,接地平面可以划分为模拟接地平面和数字接地平面。这将降低系统的模拟部分和数字部分之间的干扰。

            4.3 电路板分区
            如图2所描述的那样,系统分区也可以应用于单个印刷电路板(PCB)。系统的噪音部分,像开关模式电源上的数字电路一样,应该尽可能小,以减少充当接收天线的电流环路的大小。同样,系统的噪音部分应该尽可能远离敏感部件。记住,在这两种情况下,重要的是降低电流环路的大小,而不是物理板的面积因此,应该避免在接地平面中布线以节省空间,除非彻底的分析表明,其它信号的接地回路将不会受到影响。

            4.4 单层板
            由于其低廉的价格,单层板广泛用于许多商业应用。然而,从电磁兼容性(EMC)观点来看,它们是用起来条件最苛刻的板,因为板上不能包含接地层。这可能增加对外部部件或屏蔽的需要,以得到EMC兼容性,特别是对于高时钟速度,更是如此。单层板的布局将要求设计者具有非常好的电磁兼容性(EMC)设计技巧,因为其布局很容易最终具有大型的充当天线的环路使用电线和条带来克服最糟糕的布线问题一直是个好主意,但这项任务仍然要求苛刻。

            4.5 双层板
            如果可能,其中的一层应该作为专用的接地平面,而且只用于本作用。如果信号在接地平面中进行布线,这也许会干扰另一面的路径的回路。因此,这种布线将要求对板上的每个路径进行详细分析,否则整个接地平面可能会浪费。在两层板上设计接地平面而且仍然允许在两层上进行布线的一种方法是,设计一个如图4所示的接地栅格。

            这里每条路线在附近有一个接地回路,产生一个较小的环路。格子应该多大以及轨道应该多宽,都取决于应用。较高电流和较高频率将要求较宽的轨道和较小的格子。首先把路径放置后,就很难为它提供空间。如果要求,接地格栅的一部分可以移到板的另一面,使布线更容易或为部件让出容易或为部件让出空间。但是删除片断是“不合法”的。如果一个通路或路径必须移动,那么在格栅中放额外的,保证所有格子一样大。接地格栅不象完全的、未破损的接地平面那样好,但是就像任何其它信号一样,它比布线接地更好。设计类似接地平面的另一种方法是在板的双面上有闲置的空格,并在需要处用通路连接接地平面。保证至少一个层被板上各部分的接地平面盖住且使用足够的通路,这非常重要;这样,总体接地区域变得尽可能完整。这种创建接地平面的方法也可以与前面描述的接地格栅结合使用。以一个接地格栅开始,然后布的其余部分,并用接地平面填满所有闲置区域。在这种情况下,接地格栅中的一些通路可以在以后删除。对于既有模拟又有数字电路的混合信号板,我们推荐对电路板的模拟部分使用未破损接地平面,因为这将为敏感模拟电路提供更好的噪音免疫。

      4.6 多层板 
      当使用三层或更多层时,就有必要用一个平面作为接地平面。如果使用四层或以上,我们还推荐使用一层作为电源层。这两个平面应该彼此靠近,放在板的中间,以减少电源阻抗和环路区域。把电源和接地平面放在最外层来充当屏蔽并不是个好主意。它并不会像预期的那样工作,因为高电流在接地平面中流动。屏蔽层将必须是接地层的第二个对。

       5、屏蔽 
       在某些情况下,不添加屏蔽而使得某个系统的噪音水平降得足够低,是不可能的。在其它应用中,可以使用屏蔽,因为使用屏蔽要比通过其他手段降低噪音更容易。取决于应用。屏蔽可以盖住整个系统或者只是最需要它的系统部分。如果在设计中使用分区系统,那么决定哪个区需要屏蔽就很容易。在任何一种情况下,屏蔽必须完全闭合。屏蔽像一只密封的容器一样:好的就好像根本没有任何东西一样。正如前面所描述的那样,进入或离开某个区的所有线路都需要进行过滤。没被过滤的那根就像是水桶中的一个洞一样。它将导致泄漏。一个半封闭的接地屏蔽仍然可以减少噪音。它将充当接地平面。减少环路天线的大小。普通的经验法则认为,任何机械裂缝或洞的最大尺寸都应该小于噪音最小波长的1/10th。在最大显著噪音频率为200MHz的系统中,该波长是150cm,并且裂缝应该不到15cm。但是这样一个洞将仍然会导致屏蔽有效性的洞必须小于最小波长的1%,在这个例子中为1.5cm。然而,也许结果显示,100%有效的屏蔽并不需要。在I/O和电源线上的过滤器通常更重要。在许多应用中,高频率噪音(>30MHz)占主导,使用金属屏蔽甚至是没有必要的。在某些情况下,在塑料衬的内部的传导层就足够了。

 
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