從源頭抑制輻射超標——PCB設計


從源頭抑制輻射超標——PCB設計

從源頭抑制輻射超標——PCB設計

前言

造成EMC輻射超標的原因是多方面的,接口濾波不好,結構屏效低,電纜設計有缺陷都有可能導致輻射發射超標,但產生輻射的根本原因卻在PCB的設計。從EMC方面來關注PCB,主要關注這幾個方面:

從源頭抑制輻射超標——PCB設計

1.從減小輻射騷擾的角度出發,應儘量選用多層板,內層分別作電源層、地線層,用以降低供電線路阻抗,抑制公共阻抗噪聲,對信號線形成均勻的接地面,加大信號線和接地面間的分佈電容,抑制其向空間輻射的能力。

2.電源線、地線、印製板走線對高頻信號應保持低阻抗。在頻率很高的情況下,電源線、地線、或印製板走線都會成為接收與發射騷擾的小天線。降低這種騷擾的方法除了加濾波電容外,更值得重視的是減小電源線、地線及其他印製板走線本身的高頻阻抗。因此,各種印製板走線要短而粗,線條要均勻。

3.電源線、地線及印製導線在印製板上的排列要恰當,儘量做到短而直,以減小信號線與回線之間所形成的環路面積。

4.電路元件和信號通路的佈局必須最大限度地減少無用信號的相互耦合。


二 不同設計階段的關注點

在PCB的不同的設計階段所關注的問題點不同。

1.在元器件佈局階段需要注意

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(1)接口信號的濾波、防護和隔離等器件是否靠近接口連接器放置,先防護,後濾波;電源模塊、濾波器、電源防護器件是否靠近電源的入口放置,儘可能保證電源的輸入線最短,電源的輸入輸出分開,走線互不交叉;

(2)晶體、晶振、繼電器、開關電源等強輻射器件或敏感器件是否遠離單板拉手條、連接器;

(3)濾波電容是否靠近IC的電源管腳放置,位置、數量適當;

(4)時鐘電路是否靠近負載,且負載均衡放置;

(5)接口濾波器件的輸入、輸出是否未跨分割區;除光耦、磁珠、隔離變壓器、A/D、D/A等器件外,其它器件是否未跨分割區;

2.在PCB佈線階段需要注意

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(1)電源、地的佈線處理無地環路,電源及與對應地構成的迴路面積小;

(2)差分信號線對是否同層、等長、並行走線,保持阻抗一致,差分線間無其他走線;

(3)時鐘等關鍵信號線是否布內層(優先考慮優選佈線層),並加屏蔽地線或與其他佈線間距滿足3W原則,關鍵信號走線是否未跨分割區;

(4)是否無其他信號線從電源濾波器輸入線下走線,濾波器等器件的輸入、輸出信號線是否未互相併行、交叉走線;

儘管我們制定了種種PCB佈局佈線規則,但是在實現這些規則的時候,無論我們如何努力,設計中的缺陷總是像病魔一樣揮之不去。因為實際設計的時候總會存在這樣或者那樣的原因使得我們無法完全滿足設計規則,往往這些無法滿足規則的地方給以後的認證帶來麻煩。

3.輻射源與接口端注意事項

最典型的輻射源莫過於晶振,每一個PCB工程師都知道晶振應該遠離I/O接口,但是產品設計工程師所要求的PCB往往尺寸有限,器件繁多,於是在經過種種考慮後,PCB工程師不得不把晶振放置在了I/O接口處。無論在其他地方花了多少心思去考慮EMC,一個不合理佈局的晶振會很輕易將你的努力毀於一旦。

在PCB設計時首先要考慮輻射源的排放位置,儘量遠離拉手條和電源輸入端口。對於晶振,在PCB上的影射區域一定要鋪銅處理,其輸出端引線不允許走PCB的表層,應走在內層(如能再做包地走線處理則更為理想)。另外,PCB層劃分和分層也是影響輻射發射指標的一個關鍵因素,應該結合單板的具體情況統籌考慮處理。


三 總結

總體來說,PCB設計對EMC的改善是:在佈線之前,先研究好迴流路徑的設計方案,就有最好的成功機會,可以達成降低EMI輻射的目標。而且在還沒有動手實際佈線之前,變更佈線層等都不必花費任何錢,是改善EMC最便宜的做法。

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