差模電流和共模電流:
輻射產(chǎn)生: 電流導(dǎo)致輻射, 而非電壓, 靜態(tài)電荷產(chǎn)生靜電場, 恒定電流產(chǎn)生磁場,時(shí)變電流既產(chǎn)生電場又產(chǎn)生磁場。任何電路中存在共模電流和差模電流,差模信號攜帶數(shù)據(jù)或有用信號,共模信號是差模模式的負(fù)面效果。
差模電流:大小相等,方向(相位)相反。由于走線的分布電容、電感、信號走線阻抗不連續(xù),以及信號回流路徑流過了意料之外的通路等,差模電流會(huì)轉(zhuǎn)換成共模電流
共模電流: 大小不一定相等, 方向 (相位) 相同。 設(shè)備對外的干擾多以共模為主,差模干擾也存在,但共模干擾強(qiáng)度常常比差模強(qiáng)度大幾個(gè)數(shù)量級。外來的干擾也多以共模干擾為主,共模干擾本身一般不會(huì)對設(shè)備產(chǎn)生危害,但如果共模干擾轉(zhuǎn)變?yōu)椴钅8蓴_,就嚴(yán)重了,因?yàn)橛杏眯盘柖际遣钅P盘?。差模電流的磁場主要集中在差模電流?gòu)成的回路面積內(nèi),而回路面積 之外,磁力線會(huì)相互抵消;共模電流的磁場在回路面積之外,共模電流產(chǎn)生的磁場方向相同。PCB 的很多 EMC 設(shè)計(jì)都遵循以上理論。
在PCB板上抑制干擾的途徑有:
減小差模信號回路面積
減小高頻噪聲回流(濾波、隔離及匹配)
減小共模電壓(接地設(shè)計(jì))
PCB設(shè)計(jì)原則歸納
原則 1:PCB 時(shí)鐘頻率超過 5MHZ 或信號上升時(shí)間小于 5ns,一般需要使用多層板設(shè)計(jì)。原因:采用多層板設(shè)計(jì)信號回路面積能夠得到很好的控制。
原則 2:對于多層板,關(guān)鍵布線層(時(shí)鐘線、總線、接口信號線、射頻線、復(fù)位信號線、片選信號線以及各種控制信號線等所在層)應(yīng)與完整地平面相鄰,優(yōu)選兩地平面之間。原因:關(guān)鍵信號線一般都是強(qiáng)輻射或極其敏感的信號線,靠近地平面布線能夠使其信號回路面積減小,減小其輻射強(qiáng)度或提高抗干擾能力。
原則 3: 對于單層板, 關(guān)鍵信號線兩側(cè)應(yīng)該包地處理; 原因: 關(guān)鍵信號兩側(cè)包地,一方面可以減小信號回路面積,另外防止信號線與其他信號線之間的串?dāng)_。
原則 4:對于雙層板,關(guān)鍵信號線的投影平面上有大面積鋪地,或者與單面板一樣包地打孔處理。原因:與多層板關(guān)鍵信號靠近地平面相同
原則 5:多層板中,電源平面應(yīng)相對于其相鄰地平面內(nèi)縮 5H-20H(H 為電源和地平面的距離) 。原因:電源平面相對于其回流地平面內(nèi)縮可以有效抑制邊緣輻射問題。
原則 6:布線層的投影平面應(yīng)該在其回流平面層區(qū)域內(nèi)。原因:布線層如果不在回流平面層的投影區(qū)域內(nèi),會(huì)導(dǎo)致邊緣輻射問題,并且導(dǎo)致信號回路面積增大,從而導(dǎo)致差模輻射增大。
原則 7:多層板中,單板 TOP、BOTTOM 層盡量無大于 50MHZ 的信號線,原因:最好將高頻信號走在兩個(gè)平面層之間,以抑制其對空間的輻射。
原則 8: 對于板級工作頻率大于 50MHz 的單板, 若第二層與倒數(shù)第二層為布線層,則TOP和BOOTTOM層應(yīng)鋪接地銅箔。 原因: 最好將高頻信號走在兩個(gè)平面層之間,以抑制其對空間的輻射。
原則 9:多層板中,單板主工作電源平面(使用最廣泛的電源平面)應(yīng)與其地平面緊鄰。原因:電源平面和地平面相鄰可以有效地減小電源電路回路面積。
原則 10:在單層板中,電源走線附近必須有地線與其緊鄰、平行走線。原因:減小電源電流回路面積。
原則 11:在雙層板中,電源走線附近必須有地線與其緊鄰、平行走線。原因:減小電源電流回路面積。
原則 12:在分層設(shè)計(jì)時(shí),盡量避免布線層相鄰的設(shè)臵。如果無法避免布線層相鄰, 應(yīng)該適當(dāng)拉大兩布線層之間的層間距,縮小布線層與其信號回路之間的層間距。原因:相鄰布線層上的平行信號走線會(huì)導(dǎo)致信號串?dāng)_。
原則 13:相鄰平面層應(yīng)避免其投影平面重疊。原因:投影重疊時(shí),層與層之間的耦合電容會(huì)導(dǎo)致各層之間的噪聲互相耦合。
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