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                干貨 | PCB如何設計才能發揮EMC醉優效果?
                發布時間:2021-02-21   點擊次數:35次

                    PCB的EMC設計考慮中,首先涉及的便是層的設置;單板的層數由電源、地的層數和信號層數組成;在產品的EMC設計中,除了元器件的選擇和電路設計之外,良好的PCB設計也是一個非常重要的因素。

                 

                    PCB的EMC設計的關鍵,是盡可能減小回流面積,讓回流路徑按照我們設計的方向流動。而層的設計是PCB的基礎,如何做好PCB層設計才能讓PCB的EMC效果醉優呢?

                 

                 

                一、PCB層的設計思路

                    PCB疊層EMC規劃與設計思路的核心就是合理規劃信號回流路徑,盡可能減小信號從單板鏡像層的回流面積,使得磁通對消或小化。

                 

                單板鏡像層

                    鏡像層是PCB內部臨近信號層的一層完整的敷銅平面層(電源層、接地層)。主要有以下作用:

                    (1)降低回流噪聲:鏡像層可以為信號層回流提供低阻抗路徑,尤其在電源分布系統中有大電流流動時,鏡像層的作用更加明顯。

                    (2)降低EMI:鏡像層的存在減少了信號和回流形成的閉合環的面積,降低了EMI;

                    (3)降低串擾:有助于控制高速數字電路中信號走線之間的串擾問題,改變信號線距鏡像層的高度,就可以控制信號線間串擾,高度越小,串擾越小;

                    (4)阻抗控制,防止信號反射。

                 

                鏡像層的選擇

                    (1)電源、地平面都能用作參考平面,且對內部走線有一定的屏蔽作用;

                    (2)相對而言,電源平面具有較高的特性阻抗,與參考電平存在較大的電勢差,同時電源平面上的高頻干擾相對比較大;

                    (3)從屏蔽的角度,地平面一般均作了接地的處理,并作為基準電平參考點,其屏蔽效果遠遠優于電源平面;

                    (4)選擇參考平面時,應優選地平面,次選電源平面

                 

                 

                二、磁通對消原理

                    根據麥克斯韋方程,分立的帶電體或電流,它們之間的一切電及磁作用都是通過它們之間的中間區域傳遞的,不論中間區域是真空還是實體物質。在PCB中磁通總是在傳輸線中傳播的,如果射頻回流路徑平行靠近其相應的信號路徑,則回流路徑上的磁通與信號路徑上的磁通是方向相反的,這時它們相互疊加,則得到了通量對消的效果。

                 

                 

                三、磁通對消的本質

                磁通對消的本質就是信號回流路徑的控制,具體示意圖如下:

                 

                 

                四、右手定則解釋磁通對消效果

                    如何用右手定則來解釋信號層與地層相鄰時磁通對消效果,解釋如下:

                    (1)當導線上有電流流過時,導線周圍便會產生磁場,磁場的方向以右手定則來確定。

                    (2)當有兩條彼此靠近且平行的導線,如下圖所示,其中一個導體的電流向外流出,另一個導體的電流向內流入,如果流過這兩根導線的電流分別是信號電流和它的回流電流,那么這兩個電流是大小相等方向相反的,所以它們的磁場也是大小相等,而方向是相反的,因此能相互抵消。

                 

                 

                五、六層板設計實例

                 

                分析:

                    (1)由于信號層與回流參考平面相鄰,S1、S2、S3相鄰地平面,有醉佳的磁通抵消效果,優選布線層S2,其次S3、S1。

                    (2)電源平面與GND平面相鄰,平面間距離很小,有醉佳的磁通抵消效果和低的電源平面阻抗。

                    (3)主電源及其對應的地布在4、5層,層厚設置時,增大S2-P之間的間距,縮小P-G2之間的間(相應縮小G1-S2層之間的間距),以減小電源平面的阻抗,減少電源對S2的影響。

                 

                分析:

                    對于局部、少量信號要求較高的場合,方案4比方案3更適合,它能提供及佳的布線層S2。

                 

                分析:

                    此種結構,S1和S2相鄰,S3與S4相鄰,同時S3與S4不與地平面相鄰,磁通抵消效果差。

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