EMC設(shè)計(jì)中跨分割區(qū)及開槽的處理

2021-10-12 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

一、PCB設(shè)計(jì)過程中開槽的形成

PCB設(shè)計(jì)過程中開槽的形成包括:

對(duì)電源或地平面分割造成的開槽;當(dāng)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槽。
通孔過于密集形成開槽(通孔包括焊盤和過孔);通孔穿過地層或電源層而與之沒有電氣連接時(shí),需要在通孔周圍留一些空間以便進(jìn)行電氣隔離;但當(dāng)通孔之間的距離靠得太近時(shí),隔離環(huán)就會(huì)重疊起來,形成開槽。

二、開槽對(duì)PCB版EMC性能的影響

開槽對(duì)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(hào)與低速信號(hào)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(hào)從地平面返回源端的情形。此時(shí),面電流分布較寬。

在高速的情況下,信號(hào)回流路徑上的電感的作用將超過電阻的作用。高速回流信號(hào)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(hào)成束狀集中在信號(hào)線的下方。

當(dāng)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(jù),不同的電源電壓、數(shù)字和模擬信號(hào)、高速和低速信號(hào)、大電流和小電流信號(hào)來分別設(shè)置地平面。從前面給出的高速信號(hào)與低速信號(hào)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(hào)的疊加,防止共地線阻抗耦合。

但不論高速信號(hào)還是低速信號(hào),當(dāng),信號(hào)線跨越電源平面或地平面上的開槽時(shí)都會(huì)帶來很多嚴(yán)重的問題,包括:

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;
對(duì)于需要嚴(yán)格的阻抗控制、按帶狀線模型走線的高速信號(hào)線,還會(huì)因?yàn)樯掀矫婊蛳缕矫婊蛏舷缕矫娴拈_槽破壞帶狀線模型,造成阻抗的不連續(xù),引起嚴(yán)重的信號(hào)完整性問題;
增加向空間的輻射發(fā)射,同時(shí)易受空間磁場(chǎng)的干擾;
環(huán)路電感上的高頻壓降構(gòu)成共模輻射源,并通過外接電纜產(chǎn)生共模輻射;
加大與板上其它電路產(chǎn)生高頻信號(hào)串?dāng)_的可能性(如下圖)。

三、PCB設(shè)計(jì)對(duì)開槽的處理

對(duì)開槽的處理應(yīng)該遵循以下原則:

需要嚴(yán)格的阻抗控制的高速信號(hào)線,其軌線嚴(yán)禁跨分割走線,避免造成阻抗不連續(xù),引起嚴(yán)重的信號(hào)完整性問題;
當(dāng)PCB板上存在不相容電路時(shí),應(yīng)該進(jìn)行分地的處理,但分地不應(yīng)該造成高速信號(hào)線的跨分割走線,也盡量不要造成低速信號(hào)線的跨分割走線;
當(dāng)跨開槽走線不可避免時(shí),應(yīng)該進(jìn)行橋接;

接插件(對(duì)外)不應(yīng)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,就有可能通過外接電纜產(chǎn)生共模輻射;

高密度接插件在進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)時(shí),除非有特別的要求,一般應(yīng)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(xù)性,防止開槽的產(chǎn)生;