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PCB的EMC设计的关键#xff0…在PCB的EMC设计考虑中首先涉及的便是层的设置单板的层数由电源、地的层数和信号层数组成在产品的EMC设计中除了元器件的选择和电路设计之外良好的PCB设计也是一个非常重要的因素。
PCB的EMC设计的关键是尽可能减小回流面积让回流路径按照我们设计的方向流动。而层的设计是PCB的基础如何做好PCB层设计才能让PCB的EMC效果呢
PCB层的设计思路
PCB叠层EMC规划与设计思路的就是合理规划信号回流路径尽可能减小信号从单板镜像层的回流面积使得磁通对消或最小化。
1、单板镜像层
镜像层是PCB内部临近信号层的一层完整的敷铜平面层电源层、接地层。主要有以下作用
1降低回流噪声镜像层可以为信号层回流提供低阻抗路径尤其在电源分布系统中有大电流流动时镜像层的作用更加明显。
2降低EMI镜像层的存在减少了信号和回流形成的闭合环的面积降低了EMI
3降低串扰有助于控制高速数字电路中信号走线之间的串扰问题改变信号线距镜像层的高度就可以控制信号线间串扰高度越小串扰越小
4阻抗控制防止信号反射。
2、镜像层的选择
1电源、地平面都能用作参考平面且对内部走线有一定的屏蔽作用
2相对而言电源平面具有较高的特性阻抗与参考电平存在较大的电势差同时电源平面上的高频干扰相对比较大
3从屏蔽的角度地平面一般均作了接地的处理并作为基准电平参考点其屏蔽效果远远优于电源平面4选择参考平面时应优选地平面次选电源平面。
磁通对消原理
根据麦克斯韦方程分立的带电体或电流它们之间的一切电的及磁的作用都是通过它们之间的中间区域传递的不论中间区域是真空还是实体物质。在PCB中磁通总是在传输线中传播的如果射频回流路径平行靠近其相应的信号路径则回流路径上的磁通与信号路径上的磁通是方向相反的这时它们相互叠加则得到了通量对消的效果。磁通对消的本质就是信号回流路径的控制具体示意图如下 如何用右手定则来解释信号层与地层相邻时磁通对消效果解释如下 1当导线上有电流流过时导线周围便会产生磁场磁场的方向以右手定则来确定。2当有两条彼此靠近且平行的导线如下图所示其中一个导体的电流向外流出另一个导体的电流向内流入如果流过这两根导线的电流分别是信号电流和它的回流电流那么这两个电流是大小相等方向相反的所以它们的磁场也是大小相等而方向是相反的因此能相互抵消。
六层板设计实例 1、对于六层板优先考虑方案3 分析 1由于信号层与回流参考平面相邻S1、S2、S3相邻地平面有的磁通抵消效果优选布线层S2其次S3、S1。
2电源平面与GND平面相邻平面间距离很小有的磁通抵消效果和低的电源平面阻抗。
3主电源及其对应的地布在4、5层层厚设置时增大S2-P之间的间距缩小P-G2之间的间相应缩小G1-S2层之间的间距以减小电源平面的阻抗减少电源对S2的影响。
2、在成本要求较高的时候可采用方案1
分析
1此种结构由于信号层与回流参考平面相邻S1和S2紧邻地平面有的磁通抵消效果
2电源平面由于要经过S3和S2到GND平面差的磁通抵消效果和高的电源平面阻抗
3优选布线层S1、S2其次S3、S4。3、对于六层板备选方案4 分析对于局部、少量信号要求较高的场合方案4比方案3更适合它能提供的布线层S2。4、最差EMC效果方案2 分析此种结构S1和S2相邻S3与S4相邻同时S3与S4不与地平面相邻磁通抵消效果差。6、总结PCB层设计具体原则 1元件面、焊接面下面为完整的地平面(屏蔽)
2尽量避免两信号层直接相邻
3所有信号层尽可能与地平面相邻
4高频、高速、时钟等关键信号布线层要有一相邻地平面。
链接PCB多层板 : 磁通对消法有效控制EMC
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