EMC理论上的差模电流与共模电流&PCB布局布线思路!


PCB印制板布线

在印制板布线时,应先确定元器件在板上的位置,然后布置地线、电源线,再安排高速信号线,最后考虑低速信号线。

元器件的位置应按电源电压、数字及模拟电路、速度快慢、电流大小等进行分组,以免相互干扰。根据元器件的位置可以确定印制板连接器各个引脚的安排。所有连接器应安排在印制板的一侧,尽量避免从两侧引出电缆,减少共模辐射。

(1)电源线

在考虑安全条件下,电源线应尽可能靠近地线,以减小差模辐射的环面积,也有助于减小电路的交扰。

(2)时钟线、信号和地线的位置信号线与地线距离应较近,形成的环面积较小。

PCB布局小结

合理的布局是PCB设计成功的第一步.应在自动布局的基础上,用交互式布局进行调整.

A.首先,要考虑PCB尺寸大小,过大时,印制线条长,阻抗增加,抗扰能力下降,成本也增加.过小时,散热不好,串扰增加.

B.其次,按不兼容分割原则,确定特殊元器件位置.输入输出元件尽量远离,兼顾美观;

C.再次,把连线关系密切的元器件尽量放在一起,尤其要使高速线尽量短;

D.最后,按照电路流程安排各功能电路单元的位置,使布局便于信号流通,尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接,对全部元器件进行布局。

E.PCB是各类元器件的支撑件,并为它们提供互连,提供所要求的电气特性,如特性阻抗元器件等.

F.产品的高速,高密度,大容量化要求,又提出了许多新的功能要求,例如,信号完整性,防EMI对策等.

G.PCB设计就是把原理图变成PCB电路板这不是一件容易的事情.普通PCB,只要做到布局布线合理即可;对多层板高速PCB,布线长度要严格限制,克服反射和串扰.实践证明,即使电路原理图设计正确,PCB设计不当,也会对产品造成不良后果.布线过程限定最高,技术最细,工作量最大.

PCB布线要求

A.电源线,地线加去耦电容;宽度: 地线>电源线>信号线

多层板

B.数字,模拟共地处理

数字电路频率高,模拟电路敏感度高.器件,信号线都要远离

数字地,模拟地只有一点连接  

C.相邻两层的布线要互相垂直,防止感应耦合

D.输入输出端用的导线应避免相邻平行,必要时加线间地线

E.采用大面积铜箔时,应采用栅格状,以免长期受热后,发生膨胀和脱落,也有利于排除铜箔与基板间粘合剂受热产生的挥发性气体

F.大功率RF信号线放在PCB的中间层,并良好接地减少辐射

G直角走线等效为容性负载,阻抗减小,减缓tr,并造成反射,同时在直角尖端产生电磁骚扰发射

双面板布线设计

地线面

地线网格的极端形式是平行的导线无限多,构成了一个连续的导体平面,这个平面称为地线面。这在多层板中很容易实现,它能提供最小的电感。这种结构特别适合于射频电路和高速数字电路。通常的四层板中专门设置一个电源面,它能够在高频时提供一个低的“源-地”阻抗。

环路面积

地线面的一个主要好处是能够使辐射的环路最小。这保证了PCB的最小差模辐射和对外界骚扰的敏感度。

输入输出地的结构

为了减小电缆上的共模辐射,需要对电缆采取滤波和屏蔽技术。但不论滤波还是屏蔽都需要一个没有受到内部骚扰污染的干净地。

当地线不干净时,滤波在高频时几乎没有作用。除非在布线时就考虑这个问题,一般这种干净地是不存在。

干净地既可以是PCB上的一个区域,也可以是一块金属板。

所有输入输出线的滤波和屏蔽层必须联到干净地上。干净地与内部的地线只能在一点相连。这样可以避免内部信号电流流过干净地,造成污染。

多层板布线设计

对高速逻辑电路设计,使用单层板不能满足电磁兼容性要求时;应该研究多层板的应用。

①多层印制板设计

多层印制板设计中遇到的主要问题是电磁兼容设计。

多层印制板设计要决定选用的多层印制板的层数。多层印制板的层间安排随着电路而变,但应有以下共同原则:

(1)电源平面应靠近接地平面,并且安排在接地平面之下。

这样可以利用两金属平板间的电容作电源的平滑电容,同时接地平面还对电源平面上分布的辐射电流起到屏蔽作用。

(2)布线层应安排与整块金属平面相邻。这样的安排是为了产生通量对消作用。

布线层安排

A.PCB由电源层,接地层和信号层组成.合理选择层数,能减小PCB尺寸,能充分利用中间层设置屏蔽,实现就近接地,有效降低寄生电感,缩短信号传输长度,大幅降低信号交叉干扰等.四层板比双面板的骚扰发射低20dB.当然,层数越多,制造工艺越复杂,成本也越高.

B.S--布线层,必须与接地层或电源层相邻;G—接地层 P—电源层

G,P两者必须相邻,否则S间存在串扰,GP间存在最大环流,多电源供电时,各P之间由G隔开,以免P间AC耦合.

C.决定层数的因素:功能要求,信号分类隔离要求,阻抗控制要求,元器件密度,布线条数,振铃限制等.

(3)把数字电路和模拟电路分开,有条件时将数字电路和模拟电路安排在不同层内。如果一定要安排在同层,可采用开沟、加接地线条、分隔等方法补救。模拟的和数字的地、电源都要分开,不能混用。

数字信号有很宽的频谱,是产生骚扰的主要来源。

(4)在中间层的印制线条形成带状线,在表面层形成微带线,两者传输特性不同。

(5)时钟电路和高频电路是主要的骚扰和辐射源,一定要单独安排、远离敏感电路。

(6)不同层所含的杂散电流和高频辐射电流不同,布线时,不能同等看待。

多层印制板设计中有两个基本原则用来确定印制线条间距和边距20-H原则 所有的具有一定电压的印制板都会向空间辐射电磁能量,为减小这个效应,线路面的物理尺寸都应该比最靠近的接地板的物理尺寸小20H,其中H是两层印制板的问距。

当尺寸小至10H时,辐射强度开始下降,

当尺寸小至20H时,辐射强度下降70%。

根据20-H原则,按照一般典型印制板尺寸,20H一般为3mm左右。

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