电磁干扰(emi)是电磁能,它通过辐射或感应干扰电子设备中的信号。从收音机上的静电到手机靠近音频设备时听到的嗡嗡声,电磁干扰一直在我们身边。
要产生emi,您所需要的只是能量和天线。电子设备基本上是充满电磁能的电路板。您所需要的只是跨能量源的偶极子,并且您的天线可以辐射emi。此外,由于emi辐射会影响我们周围世界中的关键电子设备,例如飞机上的设备,因此在产品投放市场之前,您必须通过emi / emc法规和标准。让我们深入探讨可用于降低pcb设计中emi的常用技术。
接地
在许多方面,接地层都是抵御emi产生的那种噪声的第一道防线,因为电路至少需要浮地才能工作。用教科书中的水类比法,如果电路中的电流像是一系列水管中的水,则接地层就像是一大盆水。当水倒入盆地时,会形成波纹。这些涟漪很容易被大盆地吸收,但是如果盆地较小,它们会停留更长的时间并在水池壁周围反弹。
在pcb中,接地层在那里提供0伏参考线到电源接地端子,用于电路的返回路径。但是,与盆地不同,制造“波纹”时会产生噪声,偶极子会形成,整个电路板会变成天线。这就是为什么接地层(pcb中的铜箔层)要占据电路板尽可能多的横截面的原因。要降低整个板上的emi,就要从有效利用接地层开始。减少地面电磁干扰的一些常见最佳做法包括:
l使用多层板。地平面太小?添加另一层可以为您提供更多关于如何处理板上高速走线的选择。差分对产生串扰?将它们放在降低噪音的内层中。
l小心使用分开的接地层。如果要分开接地层,请确保有充分的理由,例如分开模拟和数字接地以避免噪声耦合,因为分开的接地层可以充当缝隙天线并辐射。
l仅在单个点连接分离的接地平面。您拥有的公共接地连接越多,创建的环路就越多,您的设计将辐射出更多的emi。
l将旁路或去耦电容器连接至接地层。如果您的设计中有这些,则可以通过将它们接地来减少返回电流路径,从而减小环路的尺寸,从而减小辐射。只是要确保不要在电源层和无关的接地层之间连接旁路电容器,否则会引起电容性耦合。
走线布局
迹线是电路板上的导电路径,在电路处于活动状态时会包含流动的电子,这意味着它们只是弯曲或与创建全辐射天线交叉。
跟踪布局的常见最佳做法包括:
l避免锐角直角弯曲。电容在45°角区域增加,从而改变了特性阻抗并导致反射。圆角直角可以缓解这种情况。
l将信号分开。将高速走线(例如时钟信号)与低速信号分开,模拟信号与数字信号分开。
l使返回路径短。
l差分走线的走线应尽可能靠近。这增加了耦合系数,使受影响的噪声进入共模,这对于差分输入级来说问题较少。
l明智地使用过孔。通孔是必需的,因为它们使您可以在布线时利用电路板上的多层。设计人员必须意识到,他们在混频中增加了自己的电感和电容效应,并且由于特性阻抗的变化会产生反射。
l避免在差分走线中使用过孔。如有必要,请使用两个通孔共享的椭圆形抗焊盘,以减少寄生电容。
组件安排
电子元器件是电子电路的基础。注意每个组件的emi影响可导致更好的pcb设计。组件布局的最佳做法包括:
l将模拟电路与数字电路分开。与走线一样,ac和dc电路应分开放置,以避免串扰和其他问题。屏蔽,利用多层优势以及使用单独的接地都是可行的选择。
l隔离高速组件。组件越快越小,emi越大。通过屏蔽和滤波来缓解cpu和gpu中高频时钟的自然emi效应。
emi屏蔽
某些组件将不可避免地产生emi,这是可以的。我们可以用法拉第笼将它们屏蔽,这是一种由导电材料制成的外壳,其厚度足以阻挡rf波。尽管理想的法拉第笼应该是没有开口的导电外壳,但实际上我们使用的是由金属或导电泡沫制成的盒子(称为垫圈)。
降低下一个pcb设计中的emi
在板上布置走线和过孔的方式中意外地创建天线太容易了。再加上对更高时钟速度的不断增长的需求,您开始意识到为什么降低emi比以往任何时候都更为重要。准备好将这些emi降低技巧中的一些技巧融入您的下一个设计中了吗?
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