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PCB中电磁兼容性(EMC)设计方法

PCB中电磁兼容性(EMC)设计方法

  PCB的基材选择及PCB层数的设置、电子元件选择及电子元件的电磁特性、元件布局、元件问互连线的长宽等都制约着PCB的电磁兼容性.PCB上的集成电路芯片(IC)是电磁干扰(EMI)最主要的能量来源.常规的电磁干扰(EMI)控制技术一般包括:元器件的合理布局、连线的合理控制、电源线、接地、滤波电容的合理配置、屏蔽等抑制电磁干扰(EMI)的措施都是很有效的,在工程实践中被广泛应用.

  1.高频数字电路PCB的电磁兼容性(EMC)设计中的布线规则

  高频数字信号线要用短线,一般小于2inch(5cm),且越短越好.

  主要信号线最好集中在PCB板中心.

  时钟发生电路应在PCB板中心附近,时钟扇出应采用菊花链或并联布线.

  电源线尽可能远离高频数字信号线或用地线隔开,电源的分布必须是低感应的(多路设计).多层PCB板内的电源层与地层相邻,相当于一个电容,起到滤波作用.同一层上的电源线和地线也要尽可能靠近.电源层四周铜箔应该比地层缩进20倍于两个平面层之间距离的尺寸,以确保系统有更好的EMC性能.地平面不要分割,高速信号线如果要跨电源平面分割,应该紧靠信号线放置几个低阻抗的桥接电容.

  输入输出端用的导线应尽量避免相邻平行.最好加线间地线,以免发生反馈耦合.

  当铜箔厚度为50um、宽度为1-1.5mm时,通过2A的电流,导线温度<3℃.PCB板的导线尽可能用宽线,对于集成电路,尤其是数字电路的信号线,通常选用4mil-12mil导线宽度,电源线和地线最好选用大于40mil的导线宽度.导线的最小间距主要由最坏情况下的线间绝缘电阻和击穿电压决定,通常选用4mil以上的导线间距.为减小导线间的串扰,必要时可增加导线间的距离,安插地线作为线间隔离.

  在PCB板的所有层中,数字信号只能在电路板的数字部分布线,模拟信号只能在电路板的模拟部分布线.低频电路的地应尽量采用单点并联接地,实际布线有因难时可部分串联后再并联接地.实现模拟和数字电源分割,布线不能跨越分割电源之间的间隙,必须跨越分割电源之间间隙的信号线要位于紧邻大面积地的布线层上.

  在PCB中由电源和地造成的电磁兼容性问题主要有两种,一种是电源噪声,另一种是地线噪声.根据PCB板电流的大小,尽量加大电源线宽度,减小环路电阻.同时,使电源线、地线的走向和数据传递的方向一致,这样有助于增强抗噪声能力.目前,电源和地平面的噪声只能通过对原型产品的测量或由有经验的工程师凭他们的经验把退耦电容的容量设定为默认的值.

  2.高频数字电路PCB的电磁兼容性(EMC)设计中的布局规则

  电路的布局必须减小电流回路,尽可能缩短高频元器件之间的连线,易受干扰的元器件距离不能太近,输入和输出元件应尽量远离.

  按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置,使布局便于信号流通,并使信号尽可能保持一致的方向.

  以每个功能电路的核心元件为中心,围绕它来进行布局.元器件应均匀、整齐、紧凑地排列在PCB上,尽量缩短各元器件之间的引线连接.

  将PCB分区为独立的合理的模拟电路区和数字电路区,A/D转换器跨分区放置.

  PCB电磁兼容设计的常规做法之一是在PCB板的各个关键部位配置适当的退耦电容.
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