EMC設計中跨分割區及開(kāi)槽的處理

2021-10-12  by:CAE仿真在線(xiàn)  來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

一、PCB設計過(guò)程中開(kāi)槽的形成

PCB設計過(guò)程中開(kāi)槽的形成包括:

  1. 對電源或地平面分割造成的開(kāi)槽;當PCB板上存在多種不同的電源或地的時(shí)候,一般不可能為每一種電源網(wǎng)絡(luò )和地網(wǎng)絡(luò )分配一個(gè)完整的平面,常用的做法是在一個(gè)或多個(gè)平面上進(jìn)行電源分割或地分割。同一平面上的不同分割之間就形成了開(kāi)槽。
  2. 通孔過(guò)于密集形成開(kāi)槽(通孔包括焊盤(pán)和過(guò)孔);通孔穿過(guò)地層或電源層而與之沒(méi)有電氣連接時(shí),需要在通孔周?chē)粢恍┛臻g以便進(jìn)行電氣隔離;但當通孔之間的距離靠得太近時(shí),隔離環(huán)就會(huì )重疊起來(lái),形成開(kāi)槽。

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二、開(kāi)槽對PCB版EMC性能的影響

開(kāi)槽對PCB板的EMC性能會(huì )造成一定的影響,這種影響可能是消極的,也可能是積極的。首先我們需要了解高速信號與低速信號的面電流分布。在低速的情況下,電流沿電阻最低的路徑流動(dòng)。下圖所示的是低速電流從A流向B時(shí),其回流信號從地平面返回源端的情形。 此時(shí),面電流分布較寬。

EMC設計中跨分割區及開(kāi)槽的處理

在高速的情況下,信號回流路徑上的電感的作用將超過(guò)電阻的作用。高速回流信號將沿阻抗最低的路徑流動(dòng)。此時(shí),面電流的分布很窄,回流信號成束狀集中在信號線(xiàn)的下方。

EMC設計中跨分割區及開(kāi)槽的處理

當PCB板上存在不相容電路時(shí),需要進(jìn)行“分地”的處理,即根據,不同的電源電壓、數字和模擬信號、高速和低速信號、大電流和小電流信號來(lái)分別設置地平面。從前面給出的高速信號與低速信號回流的分布可以很容易地理解分地可以防止不相容電路的回流信號的疊加,防止共地線(xiàn)阻抗耦合。

但不論高速信號還是低速信號,當,信號線(xiàn)跨越電源平面或地平面上的開(kāi)槽時(shí)都會(huì )帶來(lái)很多嚴重的問(wèn)題,包括:

  1. 增大電流環(huán)路面積,加大了環(huán)路電感,使輸出的波形容易振蕩;
  2. 對于需要嚴格的阻抗控制、按帶狀線(xiàn)模型走線(xiàn)的高速信號線(xiàn),還會(huì )因為上平面或下平面或上下平面的開(kāi)槽破壞帶狀線(xiàn)模型,造成阻抗的不連續,引起嚴重的信號完整性問(wèn)題;
  3. 增加向空間的輻射發(fā)射,同時(shí)易受空間磁場(chǎng)的干擾;
  4. 環(huán)路電感上的高頻壓降構成共模輻射源,并通過(guò)外接電纜產(chǎn)生共模輻射;
  5. 加大與板上其它電路產(chǎn)生高頻信號串擾的可能性(如下圖)。

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三、PCB設計對開(kāi)槽的處理

對開(kāi)槽的處理應該遵循以下原則:

  1. 需要嚴格的阻抗控制的高速信號線(xiàn),其軌線(xiàn)嚴禁跨分割走線(xiàn),避免造成阻抗不連續,引起嚴重的信號完整性問(wèn)題;
  2. 當PCB板上存在不相容電路時(shí),應該進(jìn)行分地的處理,但分地不應該造成高速信號線(xiàn)的跨分割走線(xiàn),也盡量不要造成低速信號線(xiàn)的跨分割走線(xiàn);
  3. 當跨開(kāi)槽走線(xiàn)不可避免時(shí),應該進(jìn)行橋接;

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接插件(對外)不應放置在地層隔逢上,圖中如果地層上的A點(diǎn)和B點(diǎn)間存在較大的電位差,就有可能通過(guò)外接電纜產(chǎn)生共模輻射;

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高密度接插件在進(jìn)行PCB設計時(shí),除非有特別的要求,一般應該保證地網(wǎng)絡(luò )環(huán)繞每一個(gè)引腳,也可以在進(jìn)行引腳排布時(shí)均勻地安排地網(wǎng)絡(luò ),保證地平面的連續性,防止開(kāi)槽的產(chǎn)生;

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