對于數(shù)字電路PCB設(shè)計(jì)中的EMI控制技術(shù)原理介紹
2.5 布線
* 阻抗控制:高速信號線會呈現(xiàn)傳輸線的特性,需要進(jìn)行阻抗控制,以避免信號的反射、過沖和振鈴,降低EMI輻射。
* 將信號進(jìn)行分類,按照不同信號(模擬信號、時鐘信號、I/O 信號、總線、電源等)的EMI 輻射強(qiáng)度及敏感程度,使干擾源與敏感系統(tǒng)盡可能分離,減小耦合。
* 嚴(yán)格控制時鐘信號(特別是高速時鐘信號)的走線長度、過孔數(shù)、跨分割區(qū)、端接、布線層、回流路徑等。
* 信號環(huán)路,即信號流出至信號流入形成的回路,是PCB設(shè)計(jì)中EMI 控制的關(guān)鍵,在布線時必須加以控制。要了解每一關(guān)鍵信號的流向,對于關(guān)鍵信號要靠近回流路徑布線,確保其環(huán)路面積最小。
對低頻信號,要使電流流經(jīng)電阻最小的路徑;對高頻信號,要使高頻電流流經(jīng)電感最小的路徑,而非電阻最小的路徑(見圖1)。對于差模輻射,EMI 輻射強(qiáng)度(E)正比于電流、電流環(huán)路的面積以及頻率的平方。(其中I 是電流、A 是環(huán)路面積、f 是頻率、r 是到環(huán)路中心的距離,k 為常數(shù)。)
因此當(dāng)最小電感回流路徑恰好在信號導(dǎo)線下面時,可以減小電流環(huán)路面積,從而減少EMI輻射能量。
* 關(guān)鍵信號不得跨越分割區(qū)域。
* 高速差分信號走線盡可能采用緊耦合方式。
* 確保帶狀線、微帶線及其參考平面符合要求。
* 去耦電容的引出線應(yīng)短而寬。
* 所有信號走線應(yīng)盡量遠(yuǎn)離板邊緣。
* 對于多點(diǎn)連接網(wǎng)絡(luò),選擇合適的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),以減小信號反射,降低EMI輻射。2.6 電源平面的分割處理
* 電源層的分割
在一個主電源平面上有一個或多個子電源時,要保證各電源區(qū)域的連貫性及足夠的銅箔寬度。分割線不必太寬,一般為20~50mil 線寬即可,以減少縫隙輻射。
* 地線層的分割
地平面層應(yīng)保持完整性,避免分割。若必須分割,要區(qū)分?jǐn)?shù)字地、模擬地和噪聲地,并在出口處通過一個公共接地點(diǎn)與外部地相連。
為了減小電源的邊緣輻射,電源/地平面應(yīng)遵循20H設(shè)計(jì)原則,即地平面尺寸比電源平面尺寸大20H(見圖2),這樣邊緣場輻射強(qiáng)度可下降70% 。
3 EMI 的其它控制手段
3.1 電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)
* 設(shè)計(jì)低阻抗電源系統(tǒng),確保在低于fknee 頻率范圍內(nèi)的電源分配系統(tǒng)的阻抗低于目標(biāo)阻抗。
* 使用濾波器,控制傳導(dǎo)干擾。
* 電源去耦。在EMI 設(shè)計(jì)中,提供合理的去耦電容,能使芯片可靠工作,并降低電源中的高頻噪聲,減少EMI。由于導(dǎo)線電感及其它寄生參數(shù)的影響,電源及其供電導(dǎo)線響應(yīng)速度慢,從而會使高速電路中驅(qū)動器所需要的瞬時電流不足。合理地設(shè)計(jì)旁路或去耦電容以及電源層的分布電容,能在電源響應(yīng)之前,利用電容的儲能作用迅速為器件提供電流。正確的電容去耦可以提供一個低阻抗電源路徑,這是降低共模EMI的關(guān)鍵。
3.2 接地
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