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PCB設(shè)計(jì)很有用的5條EMI指南

發(fā)布時(shí)間:2022-11-01人氣:908

下文是硬件工程師在PCB設(shè)計(jì)早期容易忽略,卻很有用的幾個(gè)EMI設(shè)計(jì)指南,這些指南也在一些權(quán)威書(shū)刊中常常被提到。

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設(shè)計(jì)指南1 :最小化電源和高頻信號(hào)的電流環(huán)路面積
在PCB設(shè)計(jì)階段,首先我們需要知道兩個(gè)要點(diǎn):
1.信號(hào)電流總是回到源端(即電流路徑總是以環(huán)路的形式存在) 。
2.信號(hào)回流走阻抗最小的路徑。在兆赫茲頻率和更高頻率處,信號(hào)電流路徑相對(duì)容易識(shí)別。這是因?yàn)樵诟哳l情況,信號(hào)回流路徑通常是最小感抗的路徑,這里通常是環(huán)路面積最小的路徑,回流信號(hào)會(huì)盡可能靠近輸出信號(hào)的路徑返回。在低頻(通常為kHz頻率及以下),阻抗最小的路徑往往是電阻最小的路徑,由于路徑的電阻值不好確定,因此要識(shí)別低頻回流路徑會(huì)更加困難。
設(shè)計(jì)指南2:保持信號(hào)返回平面的完整
完整的信號(hào)返回平面能有效減少高頻信號(hào)環(huán)路的感抗,感抗越小,產(chǎn)生的噪聲電壓值也就越小,這就是為何要求在PCB中間層設(shè)置完整地平面的其中一個(gè)重要原因。當(dāng)然,在某些情況下,由于走線的原因不得不分隔信號(hào)返回平面。然而,這種情況在多層PCB上出現(xiàn)的概率較少。另外對(duì)于單層板的情況,可以在高速信號(hào)走線周?chē)霭靥幚恚瑏?lái)保持信號(hào)返回路徑的完整性。
設(shè)計(jì)指南3:高速電路不要放置在連接器附近
我們常常會(huì)犯下面的錯(cuò)誤,在審查或評(píng)估電路板設(shè)計(jì)過(guò)程中,由于缺乏考慮,會(huì)把高速電路放置在連接器附近,這樣導(dǎo)致工程師做了很多額外的濾波和屏蔽,從而增加成本和提高機(jī)器整改難度。
為什么連接器的位置如此重要?在低于三百兆赫茲的頻率下,波長(zhǎng)大約為一米或更長(zhǎng)。印刷電路板本身和板內(nèi)走線往往是電氣小尺寸,因此輻射效率比較低。然而,與連接器相連的電纜一般較長(zhǎng),因此天線效應(yīng)會(huì)很明顯,板內(nèi)噪聲更容易通過(guò)電纜往外輻射。
另外位于連接器之間的高速電路很容易在連接器之間產(chǎn)生幾毫伏或更大的電位差。這些電壓可以將電流驅(qū)動(dòng)到連接的電纜上,導(dǎo)致產(chǎn)品超過(guò)輻射發(fā)射要求。
設(shè)計(jì)指南4:控制信號(hào)邊沿轉(zhuǎn)換時(shí)間(上升沿和下降沿時(shí)間)
很多時(shí)候時(shí)鐘噪聲超標(biāo)點(diǎn)不是基頻,而是由基頻衍生出來(lái)的高次諧波。通過(guò)增加時(shí)鐘邊沿的轉(zhuǎn)換時(shí)間,可以很好地控制高次諧波的能量。雖然過(guò)長(zhǎng)的邊沿轉(zhuǎn)換時(shí)間會(huì)導(dǎo)致信號(hào)完整性和發(fā)熱問(wèn)題,但很多時(shí)候功能和EMC效果上是需要做折衷考慮的。
控制數(shù)字信號(hào)的上升和下降時(shí)間有以下三種常用方法:
1. 改變芯片信號(hào)輸出驅(qū)動(dòng)能力
2. 信號(hào)線串接電阻或鐵氧體
3. 信號(hào)線并聯(lián)電容

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設(shè)計(jì)指南5:時(shí)鐘展頻
由于電子產(chǎn)品功能越來(lái)越多,芯片時(shí)鐘頻率也在不斷提高。對(duì)于高速時(shí)鐘來(lái)說(shuō),控制時(shí)鐘邊沿轉(zhuǎn)換率來(lái)抑制EMI所要承受的風(fēng)險(xiǎn)越來(lái)越大,此時(shí)展頻技術(shù)成為抑制電磁干擾的一個(gè)不錯(cuò)的選擇。
在不改變時(shí)鐘上升沿和下降沿,保持時(shí)鐘信號(hào)波形完整性的同時(shí),按一定的規(guī)律來(lái)控制時(shí)鐘抖動(dòng),將時(shí)鐘能量分散到一個(gè)更寬的頻段上,實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘噪聲在頻域上的抑制。
展頻技術(shù)不僅調(diào)制時(shí)鐘源,其它的同步于時(shí)鐘源的數(shù)據(jù)、地址和控制信號(hào),在時(shí)鐘展頻的同時(shí)也一并得以調(diào)制,整體的EMI峰值都會(huì)因此減小,所以說(shuō),時(shí)鐘展頻是系統(tǒng)級(jí)的解決方案。這是展頻技術(shù)相比其它抑制EMI措施的最大優(yōu)勢(shì)之一。
總的來(lái)說(shuō),工程師在PCB設(shè)計(jì)過(guò)程中要時(shí)時(shí)給自己腦海里面敲警鐘,在考慮如何實(shí)現(xiàn)電路功能的同時(shí),著重關(guān)注容易產(chǎn)生噪聲的信號(hào),當(dāng)碰到如時(shí)鐘或PWM這類(lèi)會(huì)產(chǎn)生高次諧波的信號(hào)時(shí),參考上訴幾條EMI指南設(shè)計(jì)PCB,這樣產(chǎn)品通過(guò)EMC認(rèn)證將變得更容易。

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