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EMC多层PCB板的布线设计

发布日期:2022-11-08 16:34:10 浏览次数:283

接线设计电磁兼容 多层PCB设计


考虑电子非常重要,我知道了兼容性(EMC)设计电路设计stage 以12层板为例,分层方法,布线规则,地线和电源线布局,电磁兼容电磁兼容是一门新的综合性学科,主要研究电磁干扰和抗干扰电磁兼容是指在规定的电磁环境水平下,电子设备或系统的性能指标不会因电磁干扰而降低,电磁辐射它们所产生的不会超过限制水平,不会影响其他系统的正常运行,并达到设备、系统和系统之间互不干扰,共同可靠工作的目标电磁干扰(电磁干扰) 是由电磁干扰源通过耦合路径将能量传递到敏感系统引起的。它包括三种基本形式:导体传导和公共接地、空间辐射或近场耦合 实践证明,即使电路原理图设计正确,印刷电路板设计不当,会对电子设备的可靠性产生不利影响因此,确保PCB的电磁兼容性是整个系统设计的关键本文主要讨论电磁兼容技术及其在多层设计中的应用印刷电路板
印刷电路板


电路板


这个印刷电路板是支持电路元件和电子产品中的器件它提供电路之间的电源连接成分和设备,是各种电子设备的基础元件 如今,超大规模集成电路和超大规模集成电路已经广泛应用于电子设备中,而且元器件的安装密度越来越高,信号传输速率越来越快越来越突出PCB板分为单面(单层板s)、双面(双层板) 和多层板s 单面和双面电路板常用于低密度和中等密度的布线电路和低集成度的电路。多层电路板使用高密度布线和高集成度电路从电磁兼容的角度来看,单面和双面电路不适合高速电路,单面和双面布线已经不能满足要求。高性能电路。多层布线电路的发展使解决上述问题成为可能 应用越来越广泛
1、多层布线
的特点PCB板由有机和无机介电材料组成,具有多层结构 层与层之间的连接是通过过孔实现的,层间的电信号传输可以通过电镀或金属材料填充过孔来实现 多层布线被广泛使用的原因有具有以下特点:
(1) 多层内部有特殊的电源层和地线层木板。  电源层可作为噪声回路,降低干扰;同时,电源层还为系统的所有信号提供电路,以消除公共阻抗耦合干扰降低电源线的阻抗,从而减少公共阻抗干扰
(2)多层板适配器特殊的接地层特性信号线:阻抗稳定,易于匹配,减少反射引起的波形失真;同时,使用特殊的接地线线层增加信号线和地线之间的分布电容,以减少串扰,
2. 复合层压板设计PCB
2.1。电缆布线规则PCB板
的电磁兼容性分析多层电路板可以基于基尔霍夫定律和法拉第电磁感应定律 根据基尔霍夫定律,从源到负载的任何时域信号传输都必须有一个阻抗路径,其中多层用于直流 (DC) 电源或接地参考平面这些平面通常是没有任何分割的实心平面,因为有足够的层可以用作电源或接地平面。因此,不必在同一层上施加不同的直流电压 该层将作为相邻传输线上信号的电流返回路径 创建低阻抗电流环路是这些平面层的重要 EMC 目标 信号层分布在物理参考平面层。它们可以是对称带状线或非对称带状线 12 层板的结构和布局如图所示。其层次结构为 TPSPSSSSSSSSPB。“T”为顶层,“P”为参考平面层,“S”为信号层,“B”为底层 从上到下分别为一、二、十二层底层用作组件的垫圈。顶层和底层的信号传输时间不宜过长,以减少走线的直接辐射 不兼容的信号线应相互隔离,以避免相互耦合干扰高频和低频,大电流和小电流,数字和模拟信号线不兼容在元件布局中,印制板,而信号线布局还是需要注意隔离的 设计时要注意以下3个问题:
(1) 确定哪个参考平面层将包含针对不同直流电压的多个电源区域。假设第 11 层有多个直流电压,这意味着设计人员必须使高速信号尽可能远离第 10 层和底层,因为返回电流无法流过 10 层以上的参考平面。第10层,电容需要缝合。第 3、5、7、9 层分别为高速信号的信号层 重要信号的走线尽量沿一个方向走线,以优化层上可能的走线数量 信号走线分布在不同的层应相互垂直,
(2) 高速信号走线时换层,独立布线,保证返回电流从一个参考平面流到需要的新参考平面这是为了减小信号环路面积和差模电流环路的辐射和共模电流辐射 环路辐射与电流强度和环路面积成正比,其实设计不需要回流来改变参考平面,而只是从参考平面的一侧到另一侧例如,信号层的组合可以作为一对信号层:第三和第五层,第五和第七层,第七和第九层,这样可以形成东西向和北向的布线组合- 南方向但是,不应使用第 3 层和第 9 层的组合,因为它需要返回电流从第 4 层流到第 8 层 虽然去耦电容器可以放置在通孔附近,但由于存在铅和过电感 这种接法会增加信号回路的面积,不利于降低电流辐射
(3) 选择参考平面层的直流电压。在这个例子中,电源上有很多噪声/由于处理器内部的信号处理速度很高,建议使用此接地参考引脚因此,使用去耦电容为处理器提供相同的直流电压非常重要处理器,并尽可能有效地使用去耦电容 降低这些元件电感的方法是使连接路径尽可能短和宽,并且通孔尽可能短和厚如果指定第二层作为“地”,第四层被指定为处理器的电源,电路板
2.2 20-H 规则和 3-W 规则
在多层 PCB 的电子兼容性设计中,确定电源层之间的距离有两个基本原则和边缘多层板并计算打印条之间的距离:20-H 规则和 3-W 规则 20 小时原理:由于磁通量之间的连接,RF 电流通常存在于电源平面的边缘。引领边缘效应 当使用高速数字逻辑和时钟信号时,动态表面会相互作用 耦合射频电流 电源平面的物理尺寸应至少比靠近接地平面的物理尺寸小 20H(H 是电源层和接地层)大约 10% 的磁通量被阻挡。如果要达到 98% 的磁通量被阻挡,则需要 100% 的边界值 20-H 规则决定了电源层和最近的接地层之间的物理距离,包括铜厚度、预填充和绝缘屏障共振频率PCB本身可在使用 20 小时后添加
射频边缘效应 PCB 板
3-W规则:当两条印刷线之间的距离很小时,两条线之间会发生电磁串扰,从而导致相关电路故障为避免这种干扰,任何线之间的距离不得小于3倍线宽不小于3W(W为印刷线的宽度) 印刷线宽取决于线路阻抗要求。太宽会影响布线密度,太窄会影响传输到终端的信号的完整性和强度 时钟电路布线、差分对和 I/O 口是 3-W 原理的基本应用对象 3-W 原理只表示具有70%串扰能量衰减的电磁通量线边界,如果要求更高,比如电磁通量的边界线,
2.3 地线布局
首先,建立分布式参数的概念。任何超过一定频率的金属线都应视为由以下组成的器件反抗和电感因此,接地线具有一定的阻抗,形成电源电路。无论是单点接地还是多点接地,都必须在实际接地或机架中形成低阻抗电路典型的25mm长的轨道会出现15~20mA左右的电感,并且会形成分布电容的存在接地层与设备机架之间的谐振电路 二、当接地电流流过接地线时,会出现传输线效应和天线效应 当线路长度为1小时/4波长时,呈现高阻抗。地线实际上是开路的。地线变成向外辐射的天线。接地板充满了高频电流和干扰形成的涡流,因此,接地点之间形成了许多回路,并且这些环路的直径(或接地点间距)应小于频率和波长的 1/20。选择正确的设备是成功设计的重要因素。尤其是在选择逻辑器件时,尽量选择上升时间大于5ns的逻辑器件,不要选择时序比电路要求快的逻辑器件

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