基于電磁兼容技術(shù)的多層PCB布線(xiàn)設計

20 - H原則:由于磁通之間的連接, RF電流通常存在于電源平面的邊緣,這種層間的耦合稱(chēng)為邊緣效應,當使用高速的數字邏輯和時(shí)鐘信號時(shí),電源平面間會(huì )互相耦合RF電流,如圖1所示. 為減小這種效應,電源平面的物理尺寸都應該比最靠近地平面的物理尺寸至少小20H (H為電源平面和地平面之間的距離) ,電源的邊緣效應通常發(fā)生在10H左右, 20H時(shí)約10%的磁通被阻斷,如果想達到98%磁通被阻斷的話(huà),則需要100%的邊界值,如圖1所示. 20 - H規則決定了電源平面和最近的接地平面間的物理距離,這個(gè)距離包括敷銅厚度、預填充和絕緣分離層. 使用20 - H可以提高PCB自身的諧振頻率.

3 - W法則:當兩條印制線(xiàn)間距較小時(shí),兩條線(xiàn)之間會(huì )發(fā)生電磁串擾,這會(huì )使有關(guān)電路功能失常,為避免這種干擾,應保持任何線(xiàn)條間距不小于3倍印制線(xiàn)條寬度,即不小于3W (W為印制線(xiàn)條寬度). 印制線(xiàn)條寬度取決于線(xiàn)條阻抗的要求,太寬會(huì )影響布線(xiàn)密度,太窄會(huì )影響傳輸到終端的信號完整性和強度. 時(shí)鐘電路、差分對、I/O端口的布線(xiàn)都是3 - W原則的基本應用對象. 3 - W原則只是表示了串擾能量衰減70%的電磁通量線(xiàn)邊界,若要求更高,如保證串擾能量衰減98%的電磁通量邊界線(xiàn)就必須采用10W間隔.

2. 3　地線(xiàn)的布置

首先,要建立分布參數的概念,高于一定頻率時(shí), 任何金屬導線(xiàn)都要看成是由電阻、電感構成的器件 . 所以接地引線(xiàn)具有一定阻抗并且構成電氣回路,不管是單點(diǎn)接地還是多點(diǎn)接地, 都必須構成低阻抗回路進(jìn)入真正的地或機架. 25mm 長(cháng)的典型印制線(xiàn)大約會(huì )表現15～ 20nH電感,加上分布電容的存在,就會(huì )在接地板和設備機架之間構成諧振電路. 其次, 接地電流流經(jīng)接地線(xiàn)時(shí),會(huì )產(chǎn)生傳輸線(xiàn)效應和天線(xiàn)效應. 當線(xiàn)條長(cháng)度為1 /4波長(cháng)時(shí),表現出很高的阻抗,接地線(xiàn)實(shí)際上是開(kāi)路的, 接地線(xiàn)反而成為向外輻射的天線(xiàn). 最后,接地板上充滿(mǎn)高頻電流和騷擾形成的渦流,因此,在接地點(diǎn)之間構成許多回路,這些回路的直徑(或接地點(diǎn)間距) 應小于最高頻率波長(cháng)的1 /20. 選擇恰當的器件是設計成功的重要因素,特別是在選擇邏輯器件時(shí),盡量選擇上升時(shí)間比5ns長(cháng)的, 決不要選比電路要求時(shí)序快的邏輯器件.

2. 4　電源線(xiàn)的布置

對于多層板, 采用電源層- 地層結構供電,這種結構的特性阻抗比軌線(xiàn)對小得多,可以做到小于1Ω. 這種結構具有一定的電容,不必在每個(gè)集成芯片旁加高頻去耦電容. 即使層電容容量不夠,需要外加去耦電容時(shí),也不要加在集成芯片旁邊,可加在印制板的任何地方. 集成芯片的電源腳和地腳可以通過(guò)金屬化通孔直接與電源層和地層連接, 所以供電環(huán)路總是最小的. 由于“電流總是走阻抗最小途徑”原則, 地層上的高頻回流總是緊貼在軌線(xiàn)下面走, 除非有地層隔縫阻擋, 因此信號環(huán)路也總是最小的. 可見(jiàn)電源層- 地層結構與軌線(xiàn)對供電相比較, 具有布置簡(jiǎn)單靈活、電磁兼容性好等優(yōu)點(diǎn).

3　結束語(yǔ)

總之,在多層PCB設計中,元器件要分組放置, 以防止產(chǎn)生組間干擾; 高速電路位置要安排恰當, 以免通過(guò)電場(chǎng)耦合或磁場(chǎng)耦合干擾其他電路; 根據情況分別設置地線(xiàn), 以防止共地線(xiàn)阻抗耦合干擾; 供電環(huán)路面積應該減小到最低程度, 且不同電源的供電環(huán)路不要重疊, 以避免產(chǎn)生磁場(chǎng)耦合;不相容的信號線(xiàn)要相互隔離, 以免產(chǎn)生耦合干擾; 還應減小信號環(huán)路面積, 以降低環(huán)路輻射和共模輻射.