下文是硬件工程師在PCB設(shè)計早期容易忽略,卻很有用的幾個EMI設(shè)計指南,這些指南也在一些權(quán)威書刊中常常被提到。
設(shè)計指南1 :最小化電源和高頻信號的電流環(huán)路面積
在設(shè)計階段,首先我們需要知道兩個要點:
1.信號電流總是回到源端(即電流路徑總是以環(huán)路的形式存在) 。
設(shè)計指南2:保持信號返回平面的完整
完整的信號返回平面能有效減少高頻信號環(huán)路的感抗,感抗越小,產(chǎn)生的噪聲電壓值也就越小,這就是為何要求在PCB中間層設(shè)置完整地平面的其中一個重要原因。當(dāng)然,在某些情況下,由于走線的原因不得不分隔信號返回平面。然而,這種情況在多層PCB上出現(xiàn)的概率較少。另外對于單層板的情況,可以在高速信號走線周圍做包地處理,來保持信號返回路徑的完整性。
設(shè)計指南3:高速電路不要放置在連接器附近
我們常常會犯下面的錯誤,在審查或評估電路板設(shè)計過程中,由于缺乏考慮,會把高速電路放置在連接器附近,這樣導(dǎo)致工程師做了很多額外的濾波和屏蔽,從而增加成本和提高機(jī)器整改難度。
為什么連接器的位置如此重要?在低于三百兆赫茲的頻率下,波長大約為一米或更長。印刷電路板本身和板內(nèi)走線往往是電氣小尺寸,因此輻射效率比較低。然而,與連接器相連的電纜一般較長,因此天線效應(yīng)會很明顯,板內(nèi)噪聲更容易通過電纜往外輻射。
另外位于連接器之間的高速電路很容易在連接器之間產(chǎn)生幾毫伏或更大的電位差。這些電壓可以將電流驅(qū)動到連接的電纜上,導(dǎo)致產(chǎn)品超過輻射發(fā)射要求。
設(shè)計指南4:控制信號邊沿轉(zhuǎn)換時間(上升沿和下降沿時間)
很多時候時鐘噪聲超標(biāo)點不是基頻,而是由基頻衍生出來的高次諧波。通過增加時鐘邊沿的轉(zhuǎn)換時間,可以很好地控制高次諧波的能量。雖然過長的邊沿轉(zhuǎn)換時間會導(dǎo)致信號完整性和發(fā)熱問題,但很多時候功能和EMC效果上是需要做折衷考慮的。
控制數(shù)字信號的上升和下降時間有以下三種常用方法:
1. 改變芯片信號輸出驅(qū)動能力
2. 信號線串接電阻或鐵氧體
3. 信號線并聯(lián)電容
設(shè)計指南5:時鐘展頻
由于電子產(chǎn)品功能越來越多,芯片時鐘頻率也在不斷提高。對于高速時鐘來說,控制時鐘邊沿轉(zhuǎn)換率來抑制EMI所要承受的風(fēng)險越來越大,此時展頻技術(shù)成為抑制電磁干擾的一個不錯的選擇。
在不改變時鐘上升沿和下降沿,保持時鐘信號波形完整性的同時,按一定的規(guī)律來控制時鐘抖動,將時鐘能量分散到一個更寬的頻段上,實現(xiàn)時鐘噪聲在頻域上的抑制。
展頻技術(shù)不僅調(diào)制時鐘源,其它的同步于時鐘源的數(shù)據(jù)、地址和控制信號,在時鐘展頻的同時也一并得以調(diào)制,整體的EMI峰值都會因此減小,所以說,時鐘展頻是系統(tǒng)級的解決方案。這是展頻技術(shù)相比其它抑制EMI措施的最大優(yōu)勢之一。
總的來說,工程師在PCB設(shè)計過程中要時時給自己腦海里面敲警鐘,在考慮如何實現(xiàn)電路功能的同時,著重關(guān)注容易產(chǎn)生噪聲的信號,當(dāng)碰到如時鐘或PWM這類會產(chǎn)生高次諧波的信號時,參考上訴幾條EMI指南設(shè)計PCB,這樣產(chǎn)品通過EMC認(rèn)證將變得更容易。
審核編輯:何安
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