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数字电路PCB的EMI控制技术
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shuzhiguang
2016-12-5 15:27
在处理各种形式的EMI时,必须具体问题具体分析。在数字 电路 的 PCB 设计中,可以从下列几个方面进行EMI控制。 1.器件选型 在进行EMI设计时,首先要考虑选用器件的速率。任何电路,如果把上升时间为5ns的器件换成上升时间为2.5ns的器件,EMI会提高约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,它是信号上升时间而不是信号频率的函数:fknee =0.35/Tr (其中Tr为器件的信号上升时间) 这种辐射型EMI的频率范围为30MHz到几个GHz,在这个频段上,波长很短,电路板上即使非常短的布线也可能成为发射天线。当EMI较高时,电路容易丧失正常的功能。因此,在器件选型上,在保证电路性能要求的前提下,应尽量使用低速芯片,采用合适的驱动/接收电路。另外,由于器件的引线管脚都具有寄生电感和寄生电容,因此在高速设计中,器件 封装 形式对信号的影响也是不可忽视的,因为它也是产生EMI辐射的重要因素。一般地,贴片器件的寄生参数小于插装器件,BGA封装的寄生参数小于QFP封装。 2.连接器的选择与信号端子定义 连接器是高速信号传输的关键环节,也是易产生EMI的薄弱环节。在连接器的端子设计上可多安排地针,减小信号与地的间距,减小连接器中产生辐射的有效信号环路面积,提供低阻抗回流通路。必要时,要考虑将一些关键信号用地针隔离。 3.叠层设计 在成本许可的前提下,增加地线层数量,将信号层紧邻地平面层可以减少EMI辐射。对于高速PCB,电源层和地线层紧邻耦合,可降低电源阻抗,从而降低EMI。 4.布局 根据信号电流流向,进行合理的布局,可减小信号间的干扰。合理布局是控制EMI的关键。布局的基本原则是: 模拟 信号易受数字信号的干扰,模拟电路应与数字电路隔开; 时钟线是主要的干扰和辐射源,要远离敏感电路,并使时钟 走线 最短; 大电流、大功耗电路尽量避免布置在板中心区域,同时应考虑散热和辐射的影响; 连接器尽量安排在板的一边,并远离高频电路; 输入/输出电路靠近相应连接器,去耦电容靠近相应电源管脚; 充分考虑布局对电源分割的可行性,多电源器件要跨在电源分割区域边界布放,以有效降低平面分割对EMI的影响; 回流平面(路径)不分割。
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高速PCB设计中的屏蔽方法
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shuzhiguang
2016-9-20 11:45
高速PCB设计布线系统的传输速率在稳步加快的同时也带来了某种防干扰的脆弱性,这是因为传输信息的频率越高,信号的敏感性增加,同时它们的能量越来越弱,此时的布线系统就越容易受干扰。 干扰无处不在,电缆及设备会对其他元件产生干扰或被其他干扰源严重干扰,例如:计算机屏幕、移动电话、电动机、无线电转播设备、数据传输及动力电缆等。此外,潜在的窃听者、网络犯罪及黑客不断增加,因为他们对UTP电缆信息传输的拦截会造成巨大的损害及损失。 尤其在使用高速数据网络时,拦截大量信息所需要的时间显著低于拦截低速数据传输所需要的时间。数据双绞线中的绞合线对在低频下可以靠自身的绞合来抵抗外来干扰及线对之间的串音,但在高频情况下(尤其在频率超过250MHz以上时),仅靠线对绞合已无法达到抗干扰的目的,只有屏蔽才能够抵抗外界干扰。 电缆屏蔽层的作用就像一个法拉第护罩,干扰信号会进入到屏蔽层里,但却进入不到导体中。因此,数据传输可以无故障运行。由于屏蔽电缆比非屏蔽电缆具有较低的辐射散发,因而防止了网络传输被拦截。屏蔽网络(屏蔽的电缆及元器件)能够显著减小进入到周围环境中而可能被拦截的电磁能辐射等级。 不同干扰场的屏蔽选择干扰场主要有电磁干扰及射频干扰两种。电磁干扰(EMI)主要是低频干扰,马达、荧光灯以及电源线是通常的电磁干扰源。射频干扰(RFI)是指无线频率干扰,主要是高频干扰。无线电、电视转播、雷达及其他无线通讯是通常的射频干扰源。 对于抵抗电磁干扰,选择编织屏蔽最为有效,因其具有较低的临界电阻;对于射频干扰,箔层屏蔽最有效,因编织屏蔽依赖于波长的变化,它所产生的缝隙使得高频信号可自由进出导体;而对于高低频混合的干扰场,则要采用具有宽带覆盖功能的箔层加编织网的组合屏蔽方式。通常,网状屏蔽覆盖率越高,屏蔽效果就越好。
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