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PCB設(shè)計中如何避免出現(xiàn)電磁問題

電子設(shè)計 ? 來源:電子設(shè)計 ? 作者:電子設(shè)計 ? 2021-01-20 14:38 ? 次閱讀

PCB設(shè)計中,電磁兼容性(EMC)及關(guān)聯(lián)的電磁干擾(EMI)歷來是讓工程師們頭疼的兩大問題,特別是在當(dāng)今電路板設(shè)計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)計中避免出現(xiàn)電磁問題。

01、串?dāng)_和走線是重點

走線對確保電流的正常流動特別重要。如果電流來自振蕩器或其它類似設(shè)備,那么讓電流與接地層分開,或者不讓電流與另一條走線并行,尤其重要。兩個并行的高速信號會產(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。返回路徑走線的長度應(yīng)與發(fā)送走線的長度相同。

對于EMI,一條叫做“侵犯走線”,另一條則是“受害走線”。電感和電容耦合會因為電磁場的存在而影響“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,在信號的發(fā)送長度和接收長度幾乎相等的穩(wěn)定環(huán)境中就會產(chǎn)生紋波。

在一個平衡良好、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)計人員還必須繼續(xù)應(yīng)對電磁兼容性和干擾問題。

02、去耦電容

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)實現(xiàn)低阻抗,應(yīng)使用多個去耦電容。

放置去耦電容的一個重要原則是,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孔或接地層。如果走線較長,請使用多個過孔,使接地阻抗最小。

03、將PCB接地

降低EMI的一個重要途徑是設(shè)計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。將每個元器件連接到接地點或接地層時必須特別小心,如果不這樣做,就不能充分利用可靠的接地層的中和效果。

一個特別復(fù)雜的PCB設(shè)計有幾個穩(wěn)定的電壓。理想情況下,每個參考電壓都有自己對應(yīng)的接地層。但是,如果接地層太多會增加PCB的制造成本,使價格過高。折衷的辦法是在三到五個不同的位置分別使用接地層,每一個接地層可包含多個接地部分。這樣不僅控制了電路板的制造成本,同時也降低了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,最好有一個可靠的接地層,而不是一個銅平衡塊(copper thieving)或散亂的接地層,因為它具有低阻抗,可提供電流通路,是最佳的反向信號源。

信號返回地面的時長也非常重要。信號往返于信號源的時間必須相當(dāng),否則會產(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度不相等,則會產(chǎn)生接地反彈,這也會產(chǎn)生EMI。

04、避免90°角

為降低EMI,應(yīng)避免走線、過孔及其它元器件形成90°角,因為直角會產(chǎn)生輻射。在該角處電容會增加,特性阻抗也會發(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45°角布線到拐角處。

05、使用過孔需謹(jǐn)慎

在幾乎所有PCB布局中,都必須使用過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,因為過孔會產(chǎn)生電感和電容。在某些情況下,它們還會產(chǎn)生反射,因為在走線中制作過孔時,特性阻抗會發(fā)生變化。

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

06、電纜和物理屏蔽

承載數(shù)字電路模擬電流的電纜會產(chǎn)生寄生電容和電感,引起很多EMC相關(guān)問題。如果使用雙絞線電纜,則會保持較低的耦合水平,消除產(chǎn)生的磁場。對于高頻信號,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。

來源:網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載,轉(zhuǎn)載此文目的在于傳遞更多信息,版權(quán)歸原作者所有。

審核編輯 黃昊宇

聲明:本文內(nèi)容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網(wǎng)站授權(quán)轉(zhuǎn)載。文章觀點僅代表作者本人,不代表電子發(fā)燒友網(wǎng)立場。文章及其配圖僅供工程師學(xué)習(xí)之用,如有內(nèi)容侵權(quán)或者其他違規(guī)問題,請聯(lián)系本站處理。 舉報投訴
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