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如何做好PCB層設計才能讓PCB的EMC效果**?
日期:2024-06-25 00:07
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摘要:
在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(chǎn)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(gè)非常重要的因素。
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PCB的EMC設計的關(guān)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(dòng)。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**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。...
在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(chǎn)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(gè)非常重要的因素。
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PCB的EMC設計的關(guān)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(dòng)。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*優(yōu)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。
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1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(dòng)時(shí),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(huán)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(xiàn)之間的串擾問(wèn)題,改變信號線(xiàn)距鏡像層的高度,就可以控制信號線(xiàn)間串擾,高度越小,串擾越小;
(4)阻抗控制,防止信號反射。
2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(xiàn)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(shí)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(diǎn),其屏蔽效果遠遠優(yōu)于電源平面;
(4)選擇參考平面時(shí),應優(yōu)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(guò)它們之間的中間區域傳遞的,不論中間區域是真空還是實(shí)體物質(zhì)。在PCB中磁通總是在傳輸線(xiàn)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(shí)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(zhì)
磁通對消的本質(zhì)就是信號回流路徑的控制,具體示意圖如下:
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四、右手定則解釋磁通對消效果
如何用右手定則來(lái)解釋信號層與地層相鄰時(shí)磁通對消效果,解釋如下:
(1)當導線(xiàn)上有電流流過(guò)時(shí),導線(xiàn)周?chē)銜?huì )產(chǎn)生磁場(chǎng),磁場(chǎng)的方向以右手定則來(lái)確定。
(2)當有兩條彼此靠近且平行的導線(xiàn),如下圖所示,其中一個(gè)導體的電流向外流出,另一個(gè)導體的電流向內流入,如果流過(guò)這兩根導線(xiàn)的電流分別是信號電流和它的回流電流,那么這兩個(gè)電流是大小相等方向相反的,所以它們的磁場(chǎng)也是大小相等,而方向是相反的,因此能相互抵消。
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五、六層板設計實(shí)例
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1對于六層板,優(yōu)先考慮方案3
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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*佳的磁通抵消效果,優(yōu)選布線(xiàn)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*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(shí),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。
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3對于六層板,備選方案4
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分析:
對于局部、少量信號要求較高的場(chǎng)合,方案4比方案3更適合,它能提供**的布線(xiàn)層S2。
4*差EMC效果,方案2
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分析:
此種結構,S1和S2相鄰,S3與S4相鄰,同時(shí)S3與S4不與地平面相鄰,磁通抵消效果差。
總結
PCB層設計具體原則:
(1)元件面、焊接面下面為完整的地平面(屏蔽);
(2)盡量避免兩信號層直接相鄰;
(3)所有信號層盡可能與地平面相鄰;
(4)高頻、高速、時(shí)鐘等關(guān)鍵信號布線(xiàn)層要有一相鄰地平面。