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数字电路PCB的EMI操控技能

2017-04-22 10:02分类:电工考证知识 阅读:

 

  在处理各种办法的EMI时,有必要详细疑问详细剖析。在数字电路的PCB计划中,能够从下列几个方面进行EMI操控。

  一、器材选型

  在进行EMI计划时,首要要思考选用器材的速率。任何电路,假如把上升时刻为5ns的器材换成上升时刻为2.5ns的器材,EMI会前进约4倍。EMI的辐射强度与频率的平方成正比,最高EMI频率(fknee)也称为EMI发射带宽,它是信号上升时刻而不是信号频率的函数:fknee =0.35/Tr (其间Tr为器材的信号上升时刻)

  这种辐射型EMI的频率计划为30MHz到几个GHz,在这个频段上,波长很短,电路板上即便十分短的布线也或许变成发射天线。当EMI较高时,电路简略丢掉正常的功用。因而,在器材选型上,在保证电路功用恳求的条件下,应尽量运用低速芯片,选用适宜的驱动/接纳电路。别的,因为器材的引线管脚都具有寄生电感和寄生电容,因而在高速计划中,器材封装办法对信号的影响也是不行疏忽的,因为它也是发作EMI辐射的首要要素。通常地,贴片器材的寄生参数小于插装器材,BGA封装的寄生参数小于QFP封装。

  二、衔接器的挑选与信号端子界说

  衔接器是高速信号传输的要害环节,也是易发作EMI的单薄环节。在衔接器的端子计划上可多组织地针,减小信号与地的间隔,减小衔接器中发作辐射的有用信号环路面积,供应低阻抗回流转路。必要时,要思考将一些要害信号用地针阻隔。

  三、叠层计划

  在本钱答应的条件下,添加地线层数量,将信号层紧邻地平面层能够削减EMI辐射。关于高速PCB,电源层和地线层紧邻耦合,可下降电源阻抗,然后下降EMI。

  四、计划

  依据信号电流流向,进行合理的计划,可减小信号间的搅扰。合理计划是操控EMI的要害。计划的底子准则是:

  ●仿照信号易受数字信号的搅扰,仿照电路应与数字电路离隔;

  ●时钟线是首要的搅扰和辐射源,要远离活络电路,并使时钟走线最短;

  ●大电流、大功耗电路尽量防止安顿在板基区域域,一同应思考散热和辐射的影响;

  ●衔接器尽量组织在板的一边,并远离高频电路;

  ●输入/输出电路挨近相应衔接器,去耦电容挨近相应电源管脚;

  ●充沛思考计划对电源切割的可行性,多电源器材要跨在电源切割区域鸿沟布放,以有用下降平面切割对EMI的影响;

  ●回流平面(途径)不切割。

  五、布线

  ●阻抗操控:高速信号线会出现传输线的特性,需求进行阻抗操控,以防止信号的反射、过冲和振铃,下降EMI辐射。

  ●将信号进行分类,依照纷歧样信号(仿照信号、时钟信号、I/O信号、总线、电源等)的EMI辐射强度及活络程度,使搅扰源与活络体系尽或许别离,减小耦合。

  ●严厉操控时钟信号(分外是高速时钟信号)的走线长度、过孔数、跨切割区、端接、布线层、回流途径等。

  ●信号环路,即信号流出至信号流入构成的回路,是PCB计划中EMI操控的要害,在布线时有必要加以操控。要了解每一要害信号的流向,关于要害信号要挨近回流途径布线,保证其环路面积最小。

  对低频信号,要使电流流经电阻最小的途径;对高频信号,要使高频电流流经电感最小的途径,而非电阻最小的途径(见图1)。关于差模辐射,EMI辐射强度(E)正比于电流、电流环路的面积以及频率的平方。(其间I是电流、A是环路面积、f是频率、r是到环路基地的间隔,k为常数。)

数字电路PCB的EMI操控技能

  因而当最小电感回流途径刚好在信号导线下面时,能够减小电流环路面积,然后削减EMI辐射能量。

  ●要害信号不得跨过火割区域。

  ●高速差分信号走线尽或许选用紧耦合办法。

  ●保证带状线、微带线及其参阅平面契合恳求。

  ●去耦电容的引出线应短而宽。

  ●悉数信号走线应尽量远离板边际。

  ●关于多点衔接网络,挑选适宜的拓扑构造,以减小信 号反射,下降EMI辐射。

  六、电源平面的切割处理

  ●电源层的切割

  在一个主电源平面上有一个或多个子电源时,要保证各电源区域的连贯性及满意的铜箔宽度。切割线不用太宽,通常为20~50mil线宽即可,以削减缝隙辐射。

  ●地线层的切割

  地平面层应坚持无缺性,防止切割。若有必要切割,要差异数字地、仿照地和噪声地,并在出口处经过一个公共接地址与外部地相连。

  为了减小电源的边际辐射,电源/地平面应遵从20H计划准则,即地平面规范比电源平面规范大20H(见图2),这么边际场辐射强度可下降70% 。

数字电路PCB的EMI操控技能

  七、EMI的其它操控手法

  1. 电源体系计划

  ●计划低阻抗电源体系,保证在低于fknee频率计划内的电源分配体系的阻抗低于方针阻抗。

  ●运用滤波器,操控传导搅扰。

  ●电源去耦。在EMI计划中,供应合理的去耦电容,能使芯片牢靠作业,并下降电源中的高频噪声,削减EMI。因为导线电感及其它寄生参数的影响,电源及其供电导线呼应速度慢,然后会使高速电路中驱动器所需求的瞬时电流短少。(版权悉数)合理本地案旁路或去耦电容以及电源层的散布电容,能在电源呼应之前,运用电容的储能效果活络为器材供应电流。精确的电容去耦能够供应一个低阻抗电源途径,这是下降共模 EMI的要害。

  2. 接地

  接本地案是削减整板EMI的要害。

  ●断定选用单点接地、多点接地或许混合接地办法。

  ●数字地、仿照地、噪声地要分隔,并断定一个适宜的公共接地址。

  ●双面板计划若无地线层,则合理计划地线网格很首要,应保证地线宽度>电源线宽度>信号线宽度。也可选用大面积铺地的办法,但要留意在同一层上的大面积地的连贯性要好。

  ●关于多层板计划,应保证有地平面层,减小共地阻抗。

  3. 串接阻尼电阻

  在电路时序恳求答应的条件下,按捺搅扰源的底子技能是在要害信号输出端串入小阻值的电阻,通常选用22~33Ω的电阻。这些输出端串联小电阻能减慢上升/下降时刻并能使过冲及下冲信号变得较滑润,然后减小输出波形的高频谐波起伏,到达有用地按捺EMI的意图。

  4.屏蔽

  ●要害器材能够运用EMI屏蔽资料或屏蔽网。

  ●对要害信号的屏蔽,能够计划成带状线或在要害信号的两边以地线相阻隔。

  5.扩频

  拓展频谱(扩频)的办法是一种新的下降EMI的有用办法。拓展频谱是将信号进行调制,把信号能量拓展到一个比照宽的频率计划上。实习上,该办法是对时钟信号的一种受控的调制,这种办法不会显着添加时钟信号的颤动。实习运用证实拓展频谱技能是有用的,能够将辐射下降7到20dB。

  6.EMI剖析与测验

  ●仿真剖析

  完毕PCB布线后,能够运用EM I仿真软件及专家体系进行仿真剖析,仿照EMC/EMI环境,以评价商品是不是满意有关电磁兼容规范恳求。

  ●扫描测验

  运用电磁辐射扫描仪,对装联并上电后的机盘扫描,得到PCB中电磁场散布图(如图3,图中赤色、绿色、青白色区域标明电磁辐射能量由低到高),依据测验成果改善PCB计划

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