如何在PCB設(shè)計(jì)中避免出現(xiàn)電磁問(wèn)題

在PCB設(shè)計(jì)中，電磁兼容性(EMC)及關(guān)聯(lián)的電磁干擾(EMI)歷來(lái)是讓工程師們頭疼的兩大問(wèn)題，特別是在當(dāng)今電路板設(shè)計(jì)和元器件封裝不斷縮小、OEM要求更高速系統(tǒng)的情況下。本文給大家分享如何在PCB設(shè)計(jì)中避免出現(xiàn)電磁問(wèn)題。

串?dāng)_和走線是重點(diǎn)01

走線對(duì)確保電流的正常流動(dòng)特別重要。如果電流來(lái)自振蕩器或其它類似設(shè)備，那么讓電流與接地層分開(kāi)，或者不讓電流與另一條走線并行，尤其重要。兩個(gè)并行的高速信號(hào)會(huì)產(chǎn)生EMC和EMI，特別是串?dāng)_。必須使電阻路徑最短，返回電流路徑也盡可能短。返回路徑走線的長(zhǎng)度應(yīng)與發(fā)送走線的長(zhǎng)度相同。

對(duì)于EMI，一條叫做“侵犯走線”，另一條則是“受害走線”。電感和電容耦合會(huì)因?yàn)殡姶艌?chǎng)的存在而影響“受害”走線，從而在“受害走線”上產(chǎn)生正向和反向電流。這樣的話，在信號(hào)的發(fā)送長(zhǎng)度和接收長(zhǎng)度幾乎相等的穩(wěn)定環(huán)境中就會(huì)產(chǎn)生紋波。

在一個(gè)平衡良好、走線穩(wěn)定的環(huán)境中，感應(yīng)電流應(yīng)相互抵消，從而消除串?dāng)_。但是，我們身處不完美的世界，這樣的事不會(huì)發(fā)生。因此，我們的目標(biāo)是必須將所有走線的串?dāng)_保持在最小水平。如果使并行走線之間的寬度為走線寬度的兩倍，則串?dāng)_的影響可降至最低。例如，如果走線寬度為5密耳，則兩條并行走線之間的最小距離應(yīng)為10密耳或更大。

隨著新材料和新的元器件不斷出現(xiàn)，PCB設(shè)計(jì)人員還必須繼續(xù)應(yīng)對(duì)電磁兼容性和干擾問(wèn)題。

去耦電容02

去耦電容可減少串?dāng)_的不良影響，它們應(yīng)位于設(shè)備的電源引腳和接地引腳之間，這樣可以確保交流阻抗較低，減少噪聲和串?dāng)_。為了在寬頻率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)低阻抗，應(yīng)使用多個(gè)去耦電容。

放置去耦電容的一個(gè)重要原則是，電容值最小的電容器要盡可能靠近設(shè)備，以減少對(duì)走線產(chǎn)生電感影響。這一特定的電容器盡可能靠近設(shè)備的電源引腳或電源走線，并將電容器的焊盤直接連到過(guò)孔或接地層。如果走線較長(zhǎng)，請(qǐng)使用多個(gè)過(guò)孔，使接地阻抗最小。

將PCB接地03

降低EMI的一個(gè)重要途徑是設(shè)計(jì)PCB接地層。第一步是使PCB電路板總面積內(nèi)的接地面積盡可能大，這樣可以減少發(fā)射、串?dāng)_和噪聲。將每個(gè)元器件連接到接地點(diǎn)或接地層時(shí)必須特別小心，如果不這樣做，就不能充分利用可靠的接地層的中和效果。

一個(gè)特別復(fù)雜的PCB設(shè)計(jì)有幾個(gè)穩(wěn)定的電壓。理想情況下，每個(gè)參考電壓都有自己對(duì)應(yīng)的接地層。但是，如果接地層太多會(huì)增加PCB的制造成本，使價(jià)格過(guò)高。折衷的辦法是在三到五個(gè)不同的位置分別使用接地層，每一個(gè)接地層可包含多個(gè)接地部分。這樣不僅控制了電路板的制造成本，同時(shí)也降低了EMI和EMC。

如果想使EMC最小，低阻抗接地系統(tǒng)十分重要。在多層PCB中，最好有一個(gè)可靠的接地層，而不是一個(gè)銅平衡塊(copper thieving)或散亂的接地層，因?yàn)樗哂械妥杩?，可?a target="_blank">供電流通路，是最佳的反向信號(hào)源。

信號(hào)返回地面的時(shí)長(zhǎng)也非常重要。信號(hào)往返于信號(hào)源的時(shí)間必須相當(dāng)，否則會(huì)產(chǎn)生類似天線的現(xiàn)象，使輻射的能量成為EMI的一部分。同樣，向/從信號(hào)源傳輸電流的走線應(yīng)盡可能短，如果源路徑和返回路徑的長(zhǎng)度不相等，則會(huì)產(chǎn)生接地反彈，這也會(huì)產(chǎn)生EMI。

避免90°角04

為降低EMI，應(yīng)避免走線、過(guò)孔及其它元器件形成90°角，因?yàn)橹苯菚?huì)產(chǎn)生輻射。在該角處電容會(huì)增加，特性阻抗也會(huì)發(fā)生變化，導(dǎo)致反射，繼而引起EMI。要避免90°角，走線應(yīng)至少以兩個(gè)45°角布線到拐角處。

使用過(guò)孔需謹(jǐn)慎05

在幾乎所有PCB布局中，都必須使用過(guò)孔在不同層之間提供導(dǎo)電連接。PCB布局工程師需特別小心，因?yàn)檫^(guò)孔會(huì)產(chǎn)生電感和電容。在某些情況下，它們還會(huì)產(chǎn)生反射，因?yàn)樵谧呔€中制作過(guò)孔時(shí)，特性阻抗會(huì)發(fā)生變化。

同樣要記住的是，過(guò)孔會(huì)增加走線長(zhǎng)度，需要進(jìn)行匹配。如果是差分走線，應(yīng)盡可能避免過(guò)孔。如果不能避免，則應(yīng)在兩條走線中都使用過(guò)孔，以補(bǔ)償信號(hào)和返回路徑中的延遲。

電纜和物理屏蔽06

承載數(shù)字電路和模擬電流的電纜會(huì)產(chǎn)生寄生電容和電感，引起很多EMC相關(guān)問(wèn)題。如果使用雙絞線電纜，則會(huì)保持較低的耦合水平，消除產(chǎn)生的磁場(chǎng)。對(duì)于高頻信號(hào)，必須使用屏蔽電纜，其正面和背面均接地，消除EMI干擾。

物理屏蔽是用金屬封裝包住整個(gè)或部分系統(tǒng)，防止EMI進(jìn)入PCB電路。這種屏蔽就像是封閉的接地導(dǎo)電容器，可減小天線環(huán)路尺寸并吸收EMI。

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