三方麵有效控製EMC
發布時間:2013-05-16 責任編輯:felixsong
【導讀】時鍾速度的提升加上高頻率總線以及更高的接口數據速率使得PC電路板設計的挑戰性顯著提高,硬件工程師應在PC電路板設計階段解決EMC問題。本文就從接地設計、布局以及板外設計來探討控製EMC的方法。
時鍾速度的提升加上高頻率總線以及更高的接口數據速率使得PC電路板設計的挑戰性顯著提高。工程師必須超越板上實際邏輯的設計,還要考慮其它可能影響電路的因素,包括電路板的尺寸、環境噪聲、功耗和電磁兼容性(EMC)等。硬件工程師應在PC電路板設計階段解決EMC問題,確保係統不會受到EMC故障的影響。
良好的接地設計
低電感接地係統是最大限度減少EMC問題的最重要因素。最大限度地增加PC電dian路lu板ban上shang的de接jie地di麵mian積ji可ke降jiang低di係xi統tong接jie地di電dian感gan,進jin而er減jian少shao電dian磁ci輻fu射she和he串chuan擾rao。串chuan擾rao可ke存cun在zai於yu電dian路lu板ban上shang的de任ren何he兩liang條tiao布bu線xian之zhi間jian,取qu決jue於yu互hu電dian感gan和he互hu電dian容rong,與yu布bu線xian之zhi間jian的de距ju離li、邊緣速率和布線阻抗成正比。
在數字係統中,互電感產生的串擾通常大於互電容產生的串擾。通過增加布線之間的間距或減少到接地層的距離可降低互電感。
信號連接到地的方法各種各樣。組件隨機連接到接地點的電路板設計會生成高接地電感,並引發不可避免的EMC問題。我們建議采用全鋪地層,這能在電流返回源極時最大限度地減小阻抗,不過接地層還需要專用的PC電路板層,這對於雙層電路板而言或許是不現實的。
因此,我們建議設計人員采用接地柵格,如圖1a所示。在此情況下,接地的電感取決於柵格之間的間距。
ciwai,xinhaofanhuixitongjiedidefangshiyehenzhongyao。xinhaolujingruguojiaochang,jiuhuichanshengjiedihuilu,jinerxingchengtianxianbingfushenengliang。yinci,suoyoujiangdianliudaihuiyuanjidebuxiandouyingxuanzezuiduanlujing,erqieyingzhijiedaojiediceng。

圖示:三種接地方法
如果不能采用專用的接地層,則可使用接地柵格代替(1a)。連接所有不同接地並將它們連接到接地層的做法並不可取,因為這不但會增加電流回路的大小,而且會增加接地反彈的可能性(1b)。讓接地與電路板的完整邊緣拚接在一起,形成法拉第籠,從而不會把任何信號路由到界限之外(圖1c),這種方法能把電路板的輻射限製在界限以內區域,避免外部輻射幹擾電路板上的信號。
連接所有不同接地並將它們連接到接地層的做法並不可取,這不但會增加電流回路的大小,而且會增加接地反彈的可能性。圖1b給出了將組件連接到接地層的推薦方法。
減少EMC相關的問題還有一個好方法,就是讓接地與電路板的完整邊緣拚接在一起,形成法拉第籠,從而不會把任何信號路由到界限之外(圖1c)。這種方法能把電路板的輻射限製在界限以內區域,避免外部輻射幹擾電路板上的信號。
從EMCdejiaodulaikan,gecengdeshidanganpaiyehenzhongyao。ruguoshiyongdecengshuchaoguoliangceng,nameyaoyongyigewanzhengdecengzuoweijiediceng。ruguocaiyongsicengdianluban,namejiedicengxiamiandeyicengyingzuoweidianyuanceng。bixuzhuyijiedicengdeweizhiyingzaigaopinxinhaobuxianhedianyuancengzhijian。ruguoshiyongshuangcengdianluban,wanzhengdejiedicengbukenengshixian,namekecaiyongjiedizhage。ruguobushiyongdandudedianyuanceng,namejiedibuxianyingyudianyuanbuxianpingxing,yiquebaodianyuanqingjie。
布局指南
為了讓設計免受EMC的影響,電路板上的組件必須根據功能進行分類(模擬、數字、電源部分、低速電路、高速電路等)。每類的布線應在指定區域內。在子係統的邊界處應使用濾波器。
yingduishuzidianluwentishi,bixutebiezhuyishizhongheqitagaosuxinhao。lianjiezhezhongxinhaodebuxianyingjinkenengduan,erqieyingyujiedicengxianglin,congerbaochifushehechuanraokeyidedaokongzhi。
對(dui)於(yu)這(zhe)種(zhong)信(xin)號(hao)而(er)言(yan),工(gong)程(cheng)師(shi)必(bi)須(xu)避(bi)免(mian)在(zai)電(dian)路(lu)板(ban)邊(bian)緣(yuan)或(huo)附(fu)近(jin)連(lian)接(jie)器(qi)處(chu)使(shi)用(yong)過(guo)孔(kong)或(huo)布(bu)線(xian)。此(ci)外(wai),信(xin)號(hao)還(hai)必(bi)須(xu)遠(yuan)離(li)電(dian)源(yuan)層(ceng),因(yin)為(wei)這(zhe)會(hui)引(yin)起(qi)電(dian)源(yuan)層(ceng)噪(zao)聲(sheng)。傳(chuan)輸(shu)差(cha)分(fen)信(xin)號(hao)的(de)布(bu)線(xian)應(ying)盡(jin)量(liang)靠(kao)近(jin)彼(bi)此(ci),從(cong)而(er)可(ke)最(zui)有(you)效(xiao)地(di)發(fa)揮(hui)磁(ci)場(chang)消(xiao)除(chu)功(gong)能(neng)。
congyuanjixiangqijianchuanshushizhongxinhaodebuxianyingyoupipeizhongduan,zhiyaozukangbupipei,jiuhuichuxianxinhaofanshewenti。ruguobuzhuyichulifanshexinhaowenti,daliangnengliangjiuhuifushechuqu。butongxingshideyouxiaozhongduanbaokuoyuandian、端點和AC終端等。
對於麵向振蕩器的布線而言,除接地外的其它布線不應與振蕩器或其布線平行或在其下方運行。此外,晶體也應靠近所需的芯片。
由於返回電流總沿著最低電抗的路徑走,因此傳輸電流的接地布線應靠近傳輸相關信號的布線,從而保持電流回路盡可能的短。
傳(chuan)輸(shu)模(mo)擬(ni)信(xin)號(hao)的(de)布(bu)線(xian)應(ying)與(yu)高(gao)速(su)或(huo)開(kai)關(guan)信(xin)號(hao)分(fen)開(kai),而(er)且(qie)必(bi)須(xu)用(yong)接(jie)地(di)信(xin)號(hao)進(jin)行(xing)保(bao)護(hu)。必(bi)須(xu)始(shi)終(zhong)采(cai)用(yong)低(di)通(tong)濾(lv)波(bo)器(qi)來(lai)去(qu)除(chu)周(zhou)邊(bian)模(mo)擬(ni)布(bu)線(xian)耦(ou)合(he)的(de)高(gao)頻(pin)噪(zao)聲(sheng)。
此外,模擬和數字子係統的接地層不能共享。
電路板外的注意事項
電源上的任何噪聲都可能影響工作中的器件功能。通常來說,耦合在電源上的噪聲頻率高,因此需要旁路電容或去耦電容進行濾波。
去耦電容為電源層到接地的高頻電流提供低阻抗路徑。電流流經路徑至接地,這個路徑形成了接地回路。
該路徑應保持盡可能低的電平,為此可讓去耦電容盡可能地靠近IC。
大型接地回路增加了輻射,可能是EMC故障的潛在來源。頻率越高,理想電容的電抗越趨近於零,市場上也不存在所謂真正理想的電容。
鉛和IC封裝也會增加電感。具有低等效串行電感的多個電容可用來提高去耦效果。
許多EMC相關的問題都是由傳輸數字信號的電纜造zao成cheng的de,這zhe些xie電dian纜lan實shi際ji發fa揮hui著zhe高gao效xiao天tian線xian的de作zuo用yong。理li想xiang情qing況kuang下xia,進jin入ru電dian纜lan的de電dian流liu會hui在zai另ling一yi端duan流liu出chu,但dan實shi際ji上shang寄ji生sheng電dian容rong和he電dian感gan會hui造zao成cheng輻fu射she問wen題ti。
caiyongshuangjiaoxiandianlanyouzhuyuzuidaxiandudijianxiaoouhewenti,kexiaochurenheganyingcichang。ruguoshiyongdaizhuangdianlan,jiubixutigongduogejiedifanhuilujing。duiyugaopinxinhaoeryan,bixushiyongpingbidianlan,erqiejiedipingbiyaolianjiezaidianlandetouweichu。
最後,屏蔽不是電氣解決方案,而是一種降低EMC的機械方法。金屬封裝(導電和/或磁性材料)可用來避免係統發出EMI。我們可用屏蔽覆蓋整個係統或部分係統,具體取決於相關要求。
屏ping蔽bi就jiu是shi一yi種zhong封feng閉bi導dao電dian容rong器qi的de形xing式shi,可ke連lian接jie於yu接jie地di,能neng通tong過guo吸xi收shou和he反fan射she部bu分fen輻fu射she有you效xiao減jian小xiao回hui路lu天tian線xian的de尺chi寸cun。這zhe樣yang,屏ping蔽bi也ye能neng作zuo為wei兩liang區qu之zhi間jian的de分fen割ge,減jian弱ruo一yi區qu向xiang另ling一yi區qu的deEM能量輻射。
屏蔽通過減弱輻射波的E場和H場來降低EMI。
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