基于電磁兼容技術(shù)的多層PCB布線(xiàn)設計

摘　要:隨著(zhù)現代電子技術(shù)的發(fā)展以及芯片的高速化和集成化,各種電子設備系統內外的電磁環(huán)境更加復雜,因此在印制電路板的電路設計階段考慮電磁兼容性( EMC) 設計是非常重要的. 以12層板為例討論了多層PCB分層方法、布線(xiàn)的規則、地線(xiàn)和電源線(xiàn)布置以及電磁兼容性.

關(guān)鍵詞:電磁兼容;多層印刷電路板;布線(xiàn);接地

電磁兼容(Electro - Magnetic Compatibility,簡(jiǎn)稱(chēng)EMC)是一門(mén)新興綜合性學(xué)科,它主要研究電磁干擾和抗干擾問(wèn)題. 電磁兼容性是指電子設備或系統在規定的電磁環(huán)境電平下,不因電磁干擾而降低性能指標,同時(shí)它們本身產(chǎn)生的電磁輻射不大于限定的極限電平,不影響其它系統的正常運行,并達到設備與設備、系統與系統之間互不干擾、共同可靠工作的目的. 電磁干擾( EM I)產(chǎn)生是由于電磁干擾源通過(guò)耦合路徑將能量傳遞給敏感系統造成的,它包括由導線(xiàn)和公共地線(xiàn)的傳導、通過(guò)空間輻射或近場(chǎng)耦合3種基本形式. 實(shí)踐證明,即使電路原理圖設計正確,印制電路板設計不當,也會(huì )對電子設備的可靠性產(chǎn)生不利影響,所以保證印制電路板電磁兼容性是整個(gè)系統設計的關(guān)鍵,本文主要討論電磁兼容技術(shù)及其在多層印制線(xiàn)路板( Printed Circuit Board,簡(jiǎn)稱(chēng)PCB)設計中的應用.

PCB是電子產(chǎn)品中電路元件和器件的支撐件,它提供電路元件和器件之間的電氣連接,是各種電子設備最基本的組成部分. 如今,大規模和超大規模集成電路已在電子設備中得到廣泛應用,而且元器件在印刷電路板上的安裝密度越來(lái)越高,信號的傳輸速度更是越來(lái)越快, 由此而引發(fā)的EMC問(wèn)題也變得越來(lái)越突出. PCB 有單面板(單層板) 、雙面板(雙層板)和多層板之分. 單面板和雙面板一般用于低、中密度布線(xiàn)的電路和集成度較低的電路, 多層板使用高密度布線(xiàn)和集成度高的電路. 從電磁兼容的角度看單面板和雙面板不適宜高速電路,單面、雙面布線(xiàn)已滿(mǎn)足不了高性能電路的要求,而多層布線(xiàn)電路的發(fā)展為解決以上問(wèn)題提供了一種可能,并且其應用變得越來(lái)越廣泛.

1　多層布線(xiàn)的特點(diǎn)

PCB是由具有多層結構的有機和無(wú)機介質(zhì)材料組成,層之間的連接通過(guò)過(guò)孔來(lái)實(shí)現,過(guò)孔鍍上或填充金屬材料就可以實(shí)現層之間的電信號導通. 多層布線(xiàn)之所以得到廣泛的應用,究其原因,有以下特點(diǎn):

(1)多層板內部設有專(zhuān)用電源層、地線(xiàn)層. 電源層可以作為噪聲回路,降低干擾;同時(shí)電源層還為系統所有信號提供回路,消除公共阻抗耦合干擾. 減小了供電線(xiàn)路的阻抗,從而減小了公共阻抗干擾.

(2)多層板采用了專(zhuān)門(mén)地線(xiàn)層,對所有信號線(xiàn)而言都有專(zhuān)門(mén)接地線(xiàn). 信號線(xiàn)的特性:阻抗穩定、易匹配,減少了反射引起的波形畸變;同時(shí),采用專(zhuān)門(mén)的地線(xiàn)層加大了信號線(xiàn)和地線(xiàn)之間的分布電容,減小了串擾.

2　印制電路板的疊層設計

2. 1　PCB的布線(xiàn)規則

多層電路板的電磁兼容分析可以基于克?；舴蚨珊头ɡ陔姶鸥袘? 根據克?；舴蚨? 任何時(shí)域信號由源到負載的傳輸都必須有一個(gè)最低阻抗的路徑.

具有多層的PCB常常用于高速、高性能的系統,其中的多層用于直流(DC)電源或地參考平面. 這些平面通常是沒(méi)有任何分割的實(shí)體平面,因為具有足夠的層用作電源或地層,因此沒(méi)有必要將不同的DC電壓置于同一層上. 該層將會(huì )用作與它們相鄰的傳輸線(xiàn)上信號的電流返回通路. 構造低阻抗的電流返回通路是這些平面層最重要的EMC目標.

信號層分布在實(shí)體參考平面層之間,它們可以是對稱(chēng)的帶狀線(xiàn)和非對稱(chēng)的帶狀線(xiàn). 以一個(gè)12層板為例說(shuō)明多層板的結構和布局 . 其分層結構為T(mén) - P - S - P - S - P - S - P - S - S - P - B,“T”為頂層,“P”為參考平面層,“S”為信號層,“B”為底層. 從頂層至底層依次為第1層、第2層、??第12層. 頂層和底層用作元件的焊盤(pán),信號在頂層和底層不應傳輸太長(cháng)的距離,以便減少來(lái)自走線(xiàn)的直接輻射. 不相容的信號線(xiàn)應相互隔離,這樣做的目的是避免相互之間產(chǎn)生耦合干擾. 高頻與低頻、大電流與小電流、數字與模擬信號線(xiàn)是不相容的, 元件布置中就應該把不相容元件放在印制板上不同的位置, 在信號線(xiàn)的布置上仍要注意把它們隔離. 設計時(shí)要注意以下3個(gè)問(wèn)題: