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PCB級(jí)的電磁兼容設(shè)計(jì)規(guī)則

2014-03-13 來源:互聯(lián)網(wǎng) 字號(hào):

(3)、高、中、低速邏輯電路在PCB上要用不同區(qū)域。
(4)、安排電路時(shí)要使得信號(hào)線長度最小。
(5)、保證相鄰板之間、同一板相鄰層面之間、同一層面相鄰布線之間不能有過長的平行信號(hào)線。
(6)、電磁干擾(EMI)濾波器要盡可能靠近EMI源,并放在同一塊線路板上。
(7)、DC/DC變換器、開關(guān)元件和整流器應(yīng)盡可能靠近變壓器放置,以使其導(dǎo)線長度最小。
(8)、盡可能靠近整流二極管放置調(diào)壓元件和濾波電容器。
(9)、印制板按頻率和電流開關(guān)特性分區(qū),噪聲元件與非噪聲元件要距離再遠(yuǎn)一些。
(10)、對(duì)噪聲敏感的布線不要與大電流,高速開關(guān)線平行。

3、PCB布線

3.1、印刷線路板與元器件的高頻特性:

一個(gè)PCB的構(gòu)成是在垂直疊層上使用了一系列的層壓、走線和預(yù)浸處理的多層結(jié)構(gòu)。在多層PCB中,設(shè)計(jì)者為了方便調(diào)試,會(huì)把信號(hào)線布在最外層。

PCB上的布線是有阻抗、電容和電感特性的。

阻抗:布線的阻抗是由銅和橫切面面積的重量決定的。例如,1盎司銅則有0.49mΩ/單位面積的阻抗。
電容:布線的電容是由絕緣體(EoEr)電流到達(dá)的范圍(A)以及走線間距(h)決定的。
用等式表達(dá)為C=EoErA/h,Eo是自由空間的介電常數(shù)(8.854pF/m),Er是PCB基體的相關(guān)介電常數(shù)(在FR4碾壓板中該值為4.7)
電感:布線的電感平均分布在布線中,大約為1nH/mm。

對(duì)于1盎司銅線來說,在0.25mm(10mil)厚的FR4碾壓板上,位于地線層上方的0.5mm(20mil)寬、20mm(800mil)長的線能產(chǎn)生9.8mΩ的阻抗,20nH的電感以及與地之間1.66pF的耦合電容。

在高頻情況下,印刷線路板上的走線、過孔、電阻、電容、接插件的分布電感與電容等不可忽略。電容的分布電感不可忽略,電感的分布電容不可忽略。電阻會(huì)產(chǎn)生對(duì)高頻信號(hào)的反射和吸收。走線的分布電容也會(huì)起作用。當(dāng)走線長度大于噪聲頻率相應(yīng)波長的1/20時(shí),就產(chǎn)生天線效應(yīng),噪聲通過走線向外發(fā)射。

印刷線路板的過孔大約引起0.5pF的電容。一個(gè)集成電路本身的封裝材料引入2~6pF電容。一個(gè)線路板上的接插件,有520nH的分布電感。一個(gè)雙列直插的24引腳集成電路插座,引入4~18nH的分布電感。

這些小的分布參數(shù)對(duì)于運(yùn)行在較低頻率下的微控制器系統(tǒng)是可以忽略不計(jì)的;而對(duì)于高速系統(tǒng)必須予以特別注意。

下面便是避免PCB布線分布參數(shù)影響而應(yīng)該遵循的一般要求:

(1)、增大走線的間距以減少電容耦合的串?dāng)_;
(2)、平行地布電源線和地線以使PCB電容達(dá)到最佳;
(3)、將敏感的高頻線布在遠(yuǎn)離高噪聲電源線的地方以減少相互之間的耦合;
(4)、加寬電源線和地線以減少電源線和地線的阻抗。

3.2、分割:

分割是指用物理上的分割來減少不同類型線之間的耦合,尤其是通過電源線和地線的耦合。

圖2給出了用分割技術(shù)將4個(gè)不同類型的電路分割開的例子。在地線面,非金屬的溝用來隔離四個(gè)地線面。L和C作為板子上的每一部分的過濾器,減少不同電路電源面間的耦合。高速數(shù)字電路由于其更高的瞬時(shí)功率需求而要求放在靠近電源入口處。接口電路可能會(huì)需要抗靜電放電(ESD)和暫態(tài)抑制的器件或電路來提高其電磁抗擾性,應(yīng)獨(dú)立分割區(qū)域。對(duì)于L和C來說,最好不同分割區(qū)域使用各自的L和C,而不是用一個(gè)大的L和C,因?yàn)檫@樣它便可以為不同的電路提供不同的濾波特性。

3.3、基準(zhǔn)面的射頻電流抑制:

不管是對(duì)多層PCB的基準(zhǔn)接地層還是單層PCB的地線,電流的路徑總是從負(fù)載回到電源。返回通路的阻抗越低,PCB的電磁兼容性能越好。由于流動(dòng)在負(fù)載和電源之間的射頻電流的影響,長的返回通路將在彼此之間產(chǎn)生射頻耦合,因此返回通路應(yīng)當(dāng)盡可能的短,環(huán)路區(qū)域應(yīng)當(dāng)盡可能的小。

3.4、布線分離:

布線分離的作用是將PCB同一層內(nèi)相鄰線路之間的串?dāng)_和噪聲耦合最小化。

所有的信號(hào)(時(shí)鐘、視頻、音頻、復(fù)位等等)在線與線、邊沿到邊沿間應(yīng)在空間上遠(yuǎn)離。為了進(jìn)一步的減小電磁耦合,將基準(zhǔn)地布放在關(guān)鍵信號(hào)附近或之間以隔離其他信號(hào)線上產(chǎn)生的或信號(hào)線相互之間產(chǎn)生的耦合噪聲。

3.5、電源線設(shè)計(jì):

根據(jù)印刷電路板電流的大小,盡量加粗電源線寬度,減少環(huán)路電阻。同時(shí)、使電源線、地線的走向和數(shù)據(jù)傳遞的方向一致,這樣有助于增強(qiáng)抗噪聲能力。

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