PCB抑制干擾設(shè)計,這47個原則你不得不知!
差模電流和共模電流
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/201902/397481.htm輻射產(chǎn)生
電流導(dǎo)致輻射,而非電壓,靜態(tài)電荷產(chǎn)生靜電場,恒定電流產(chǎn)生磁場,時變電流既產(chǎn)生電場又產(chǎn)生磁場。任何電路中存在共模電流和差模電流,差模信號攜帶數(shù)據(jù)或有用信號,共模信號是差模模式的負(fù)面效果。
差模電流
大小相等,方向(相位)相反。由于走線的分布電容、電感、信號走線阻抗不連續(xù),以及信號回流路徑流過了意料之外的通路等,差模電流會轉(zhuǎn)換成共模電流 。
共模電流
大小不一定相等,方向(相位)相同。設(shè)備對外的干擾多以共模為主,差模干擾也存在,但共模干擾強(qiáng)度常常比差模強(qiáng)度大幾個數(shù)量級。外來的干擾也多以共模干擾為主,共模干擾本身一般不會對設(shè)備產(chǎn)生危害,但如果共模干擾轉(zhuǎn)變?yōu)椴钅8蓴_,就嚴(yán)重了,因為有用信號都是差模信號。差模電流的磁場主要集中在差模電流構(gòu)成的回路面積內(nèi),而回路面積 之外,磁力線會相互抵消;共模電流的磁場在回路面積之外,共模電流產(chǎn)生的磁場方向相同。PCB的很多EMC設(shè)計都遵循以上理論。
在PCB板上抑制干擾的途徑有:
1、減小差模信號回路面積。
2、減小高頻噪聲回流(濾波、隔離及匹配)。
3、減小共模電壓(接地設(shè)計)。高速PCB EMC設(shè)計的47個原則
PCB設(shè)計原則歸納
原則1:PCB時鐘頻率超過5MHZ或信號上升時間小于5ns,一般需要使用多層板設(shè)計。
原因:采用多層板設(shè)計信號回路面積能夠得到很好的控制。
原則2:對于多層板,關(guān)鍵布線層(時鐘線、總線、接口信號線、射頻線、復(fù)位信號線、片選信號線以及各種控制信號線等所在層)應(yīng)與完整地平面相鄰,優(yōu)選兩地平面之間。
原因:關(guān)鍵信號線一般都是強(qiáng)輻射或極其敏感的信號線,靠近地平面布線能夠使其信號回路面積減小,減小其輻射強(qiáng)度或提高抗干擾能力。
原則3:對于單層板,關(guān)鍵信號線兩側(cè)應(yīng)該包地處理。
原因:關(guān)鍵信號兩側(cè)包地,一方面可以減小信號回路面積,另外防止信號線與其他信號線之間的串?dāng)_。
原則4:對于雙層板,關(guān)鍵信號線的投影平面上有大面積鋪地,或者與單面板一樣包地打孔處理。
原因:與多層板關(guān)鍵信號靠近地平面相同。
原則5:多層板中,電源平面應(yīng)相對于其相鄰地平面內(nèi)縮5H-20H(H為電源和地平面的距離)。
原因:電源平面相對于其回流地平面內(nèi)縮可以有效抑制邊緣輻射問題。
原則6:布線層的投影平面應(yīng)該在其回流平面層區(qū)域內(nèi)。
原因:布線層如果不在回流平面層的投影區(qū)域內(nèi),會導(dǎo)致邊緣輻射問題,并且導(dǎo)致信號回路面積增大,從而導(dǎo)致差模輻射增大。
原則7:多層板中,單板TOP、BOTTOM層盡量無大于50MHZ的信號線,
原因:最好將高頻信號走在兩個平面層之間,以抑制其對空間的輻射。
原則8:對于板級工作頻率大于50MHz的單板,若第二層與倒數(shù)第二層為布線層,則TOP和BOOTTOM層應(yīng)鋪接地銅箔。
原因:最好將高頻信號走在兩個平面層之間,以抑制其對空間的輻射。
原則9:多層板中,單板主工作電源平面(使用最廣泛的電源平面)應(yīng)與其地平面緊鄰。
原因:電源平面和地平面相鄰可以有效地減小電源電路回路面積。
原則10:在單層板中,電源走線附近必須有地線與其緊鄰、平行走線。
原因:減小電源電流回路面積。
原則11:在雙層板中,電源走線附近必須有地線與其緊鄰、平行走線。
原因:減小電源電流回路面積。
原則12:在分層設(shè)計時,盡量避免布線層相鄰的設(shè)置。如果無法避免布線層相鄰,應(yīng)該適當(dāng)拉大兩布線層之間的層間距,縮小布線層與其信號回路之間的層間距。
原因:相鄰布線層上的平行信號走線會導(dǎo)致信號串?dāng)_。
原則13:相鄰平面層應(yīng)避免其投影平面重疊。
原因:投影重疊時,層與層之間的耦合電容會導(dǎo)致各層之間的噪聲互相耦合。
原則14:PCB布局設(shè)計時,應(yīng)充分遵守沿信號流向直線放置的設(shè)計原則,盡量避免來回環(huán)繞。
原因:避免信號直接耦合,影響信號質(zhì)量。
原則15:多種模塊電路在同一PCB上放置時,數(shù)字電路與模擬電路、高速與低速電路應(yīng)分開布局。
原因:避免數(shù)字電路、模擬電路、高速電路以及低速電路之間的互相干擾。
原則16:當(dāng)線路板上同時存在高、中、低速電路時,應(yīng)該遵從高、中速電路遠(yuǎn)離接口。
原因:避免高頻電路噪聲通過接口向外輻射。
原則17:存在較大電流變化的單元電路或器件(如電源模塊:的輸入輸出端、風(fēng)扇及繼電器)附近應(yīng)放置儲能和高頻濾波電容。
原因:儲能電容的存在可以減小大電流回路的回路面積。
原則18:線路板電源輸入口的濾波電路應(yīng)靠近接口放置,
原因:避免已經(jīng)經(jīng)過了濾波的線路被再次耦合。
原則19:在PCB板上,接口電路的濾波、防護(hù)以及隔離器件應(yīng)該靠近接口放置。
原因:可以有效的實現(xiàn)防護(hù)、濾波和隔離的效果。
原則20:如果接口處既有濾波又有防護(hù)電路,應(yīng)該遵從先防護(hù)后濾波的原則。
原因:防護(hù)電路用來進(jìn)行外來過壓和過流抑制,如果將防護(hù)電路放置在濾波電路之后,濾波電路會被過壓和過流損壞。
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