×
模拟电子 > 模拟电路设计 > 详情

PCB设计进阶:如何注意EMI

发布时间:2020-06-28 发布时间:
|

电磁和干扰问题几乎是所有PCB设计的关键因素,考虑电路板布局阶段的问题的确有助于缓解许多共同问题。电源器产生的噪音可降低设计性能,并干扰其他设备。信号间可相互干扰,并降低系统性能。

了解系统如何作用、噪音线路位置及低信噪比敏感线路位置之间的相互关系,有助于优化电路板布局,避免设计中后期更多问题。为解决EMI问题,可通过在噪音点加设滤波器,或使用金属外壳阻止辐射。但是这些都需要较高成本,开发过程需要不断地测试和重新设计电路板,耗时又费钱。由于EMI问题的关键是边缘效应和连接器,上述重新设计甚至可能涉及移动关键I/O线路。在电路板设计初期,将EMI效应考虑在内,可大大提升最终产品的质量,避免任何恼人的麻烦。

电源

从功能到EMI和热学特性,电路板布局决定每个电源项目的成功与否。设计开关电源布局很简单,但是,它往往出现在设计过程后期。

第一个原型的良好布局不仅不会增加成本,反而在EMI滤波器、机械屏蔽、EMI测试时间和PCB运行方面都能节约大量资源。开关电源的辐射频率较为明显,同时影响附近无线电收音机,但是,良好布局无需屏蔽此类系统。

EMI问题由电流回路的快速变化引起,因此,避免“热回路”或确保其不会发生快速变化关系到整个设计。不同的电源拓扑(例如:降压变换器或逆向变换器)会产生不同的交流回路,但是将其妥善布置(有时在电路板层内),则有利于屏蔽所有辐射效应,降低对滤波器或昂贵金属外壳的需求。确保上述回路远离连接至不同层面的过孔和敏感线路,这些敏感线路的低信噪比也有助于减少电源线路对其他系统的影响。

信号线路

信号线路最大的问题在于I/O插针产生的噪音,一般可形成大型天线。在同步设计中,所有的信号在相同边缘切换,这可定期产生巨大的噪声尖峰。随着时钟速率的增加,上述信号对于电路板设计更加重要。

即使很短距离的并行的跟踪,都会电容感应串音。噪音与发声源电压摆幅的平行距离、频率、振幅及受害者的阻抗成正比,并与间距成反比。

通过隔离噪音线路与较敏感跟踪,避免运行电路板边缘外的噪音跟踪,可以将其减至最小。同时,噪音跟踪分组聚集环绕在接地线路,有助于降低噪音,因为所有的耦合均接地,而不接至其他信号线路。这对于开关产生噪音的I/O线路尤为重要,并辐射出系统以外。

可能成为噪音受害者的信号,应在其下方布设返回接地。这样可以降低阻抗并减小噪音电压和任何辐射范围。

时钟树

振荡回路是第三个噪音源,振荡器在这里进行轨对轨摆动。除了基本频率以外,输出端还包括谐波。分离晶体及其槽路与PCB其他组件和跟踪,同时,保持较小的环区通常能够避免上述问题,并防止信号与其他组件(例如大型感应器)耦合。

大多数EMI相关的串音问题均发生在晶体周围,因此,振荡器与其他组件至少保持2cm的间隔有助于降低任何敏感度。其通常作为分区一部分发生(如下所示)。

辐射天线

围绕8cm左右或更长的无端接跟踪,形成一段FM波段辐射天线。通过避免较长信号线路和将其与提供阻尼的一系列电阻器终接,可轻松解决上述问题,且不降低数据传输速度。这便是电路板布局在迭代过程中反馈至网络列表的位置。

急弯线路也可从拐角辐射,因此,设计工具规则检查应当标记出急弯的位置。上述拐角也是制造过程到导致其产生的风险因素,因此,避免上述风险因素获益颇多。

分区

创建类似功能分区,有助于明确电路板布局的要求。保持所有模拟元件在同一区域,屏蔽通过分离接地层、专门设计用于保护分区免受电源影响的接地线路或数字电路,可降低设计对耦合噪声的敏感度。同时,为设计模拟区域电路板留出更多时间,数字元件对噪音感应较弱。同样地,将电源组件保持在电路板同一区域,远离其他敏感组件也是可行的。

自动选择路由

自动选择路由工具看似很有效,考虑到上述因素并限制工具同样奏效。在电路板分区内提供自动路由选择,有助于加快布局过程,同时减少EMI对设计的影响。在敏感线路附近的长信号线路或噪音信号线路上(尤其是在I/O上),难以实现自动路由选择。注意EMI对这些线路的影响,有助于促进自动化设计。

诸如DesignSpark PCB等工具能够提供设计规则检查,确保线路既不会太靠近,也不会急弯,但是,对于设计师面临的EMI问题无太大帮助。重视敏感线路、平行信号跟踪和长条,寻求手动优化这些线路、信号机长条的方法,有助于显著提高设计质量和性能。

总结

EMI是一项关键设计准则,但是,仅依赖于自动化位置和线路,电路板布局的设计规则检查可能项目带来许多后续问题。注意设计可能面临的EMI问题,创建能够自动选择路由的区域,将自动化设计的价值与设计专长的附加值相结合,均有助于优化设计,避免电路板、额外滤波器,甚至与昂贵外壳的高费用重新设计。电路板设计一开始就将EMI考虑在内,有助于在节约成本和控制时间量程的前提下,生产出最好的产品。


『本文转载自网络,版权归原作者所有,如有侵权请联系删除』

热门文章 更多