提高電路板設計電磁兼容性的方法一

0 引言PCB是英文(Printed Circuit Board)印制線路板的簡稱。通常把在絕緣材料上，按預定設計，制成印制線路、印制元件或兩者組合而成的導電圖形稱為印制電路。而在絕緣基材上提供元器件之間電氣連接的導電圖形，稱為印制線路。這樣就把印制電路或印制線路的成品板稱為印制線路板，亦稱為印制板或印制。PCB幾乎我們所能見到的設備都離不開它，小到手表、計算器、通用電腦，大到計算機、通訊設備、航空、航天、軍用武器系統(tǒng)，只要有集成電路等元器件，它們之間電氣互連都要用到PCB，它的性能直接關系到設備質量的好壞。隨著技術的飛速發(fā)展，產品越來越趨向高速，高靈敏度，高密度，這種趨勢導致了PCB設計中的電磁兼容(EMC)和電磁干擾問題嚴重化，電磁兼容設計已成為PCB Layout中急待解決的技術難題。1 電磁兼容電磁兼容(Electro—Magnetic Compatibility，簡稱EMC)是一門新興綜合性學科，它主要研究電磁干擾和抗干擾問題。電磁兼容性是指設備或系統(tǒng)在規(guī)定的電磁環(huán)境電平下，不因電磁干擾而降低性能指標，同時它們本身產生的電磁輻射不大于限定的極限電平，不影響其它系統(tǒng)的正常運行，并達到設備與設備、系統(tǒng)與系統(tǒng)之間互不干擾、共同可靠工作的目的。電磁干擾(EMI)產生是由于電磁干擾源通過耦合路徑將能量傳遞給敏感系統(tǒng)造成的，它包括由導線和公共地線的傳導、通過空間輻射或近場耦合3種基本形式。實踐證明，即使電路原理圖設計正確，印制設計不當，也會對設備的可靠性產生不利影響，所以保證印制電磁兼容性是整個系統(tǒng)設計的關鍵。1.1 電磁干擾(EMI)當一個EMI問題產生時，需要用3個元素來描述：干擾源、傳播路徑和接受者。因此我們要減小電磁干擾，就要在這三個元素上去想辦法。下面我們主要討論印制的布線技術。2 印制的布線技術良好的印制(PCB)布線在電磁兼容性中是一個非常重要的因素。2.1 PCB基本特性一個PCB的構成是在垂直疊層上使用了一系列的層壓、走線和預浸處理。在多層PCB中，設計者為了方便調試，會把信號線布在最外層。PCB上的布線是有阻抗、電容和電感特性的。阻抗：布線的阻抗是由銅和橫切面面積的重量決定的。例如，l盎司銅則有O.49 mΩ/單位面積的阻抗。電容：布線的電容是由絕緣體(EoEr)、電流到達的范圍(A)以及走線間距(h)決定的。用等式表達為C=EoErA/h，Eo是自由空間的介電常數(shù)(8.854 pF/m)，Er是PCB基體的相關介電常數(shù)(在FR4碾壓中為4.7)。電感：布線的電感平均分布在布線中，大約為1 nH/m。對于1盎司銅線來說，在O.25 mm(10mil)厚的FR4碾壓情況下，位于地線層上方的0.5mm(20mil)寬，20 mm(800 mil)長的線能產生9.8 m∧的阻抗，20 nH的電感以及與地之間1.66 pF的耦合電容。將上述值與元器件的寄生效應相比，這些都是可以忽略不計的，但所有布線的總和可能會超出寄生效應。因此，設計者必須將這一點考慮進去。PCB布線的普遍方針：(1)增大走線的間距以減少電容耦合的串擾;(2)平行的布電源線和地線以使PCB電容達到最佳;(3)將敏感的高頻線布在遠離高噪聲電源線的地方;(4)加寬電源線和地線以減少電源線和地線的阻抗。2.2 分割分割是指用物理上的分割來減少不同類型線之間的耦合，尤其是通過電源線和地線。用分割技術將4個不同類型的電路分割開的例子。在地線面，非金屬的溝用來隔離四個地線面。L和C作為板子上的每一部分的過濾器.減少不同電路電源面間的耦合。高速數(shù)字電路由于其更高的瞬時功率需量而要求放在電源入口處。接口電路可能會需要靜電釋放(ESD)和暫態(tài)抑制的器件或電路。對于L和C來說，最好使用不同值的L和C，而不是用一個大的L和C，因為這樣它便可以為不同的電路提供不同的濾波特性。2.3 局部電源和IC間的去耦局部去耦能夠減少沿著電源干線的噪聲傳播。連接著電源輸入口與PCB之間的大容量旁路電容起著一個低頻脈動濾波器的作用，同時作為一個電勢貯存器以滿足突發(fā)的功率需求。此外，在每個IC的電源和地之間都應當有去耦電容.這些去耦電容應該盡可能的接近引腳。這將有助于濾除IC的開關噪聲。