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高频电路布线技巧及PCB中EMC设计方法

电子技术的发展变化必然会给板级设计带来许多新的问题和挑战。首先,由于高密度引脚和引脚尺寸的物理极限,布通率低;其次,由于系统时钟频率的增加,时间顺序和信号完整性问题;第三,工程师希望PC复杂的高性能设计用更好的工具完成。不难看出,PCB高速数字电路(即高时钟频率和快速边缘速率)的设计成为主流。

——必须面对产品的小型化和高性能PCB板上由于混合信号设计技术(即数字、模拟及射频混合设计)所带来的分布效应问题。

设计难度的增加导致了传统的设计过程和方法PC上的CAD工具很难胜任当前的技术挑战。以下是高速设计中使用的技能。

1)高频电路集成度高,布线密度高。多层板的使用不仅是布线所必需的,也是减少干扰的有效手段.

2)高频电路器件管脚间的引线弯折越少越好.高频电路布线引线最好采用全直线,需要转弯,可使用45°折低频电路中,仅用于提高铜箔的固定强度,而在高频电路中,满足这一要求可以减少高频信号的外部发射和相互耦合.

3)高频电路器件管脚引线越短越好.

4)高频电路器件管脚引线层间交替越少越好.即元件连接过程中使用的过孔(Via)越少越好.据测,一个过孔可以带来约0.5pF分布电容,减少过孔数可显著提高速度.

5)对于高频电路布线,应注意信号线近距离平行布线引起的串扰。如果不能避免平行分布,可以在平行信号线背面大面积布置,大大减少干扰.同一层的平行布线几乎是不可避免的,但相邻两层的布线方向必须相互垂直.

6)对特别重要的信号线或局部单元实施地线包围措施.

7)各种信号线不能形成环路,地线不能形成电流环路.

8)每个集成电路块(IC)的附近应设置至少一个高频退耦电容,退耦电容尽量靠近器件的Vcc.

9)模拟地线(AGND)、数字地线(DGND)接入公共地线时,应使用高频扼流.在高频扼流环节的实际组装中,中心经常使用带导线的高频铁氧体磁珠,可以在原理图中作为电感,在PCB在元件库中,单独定义一个元件包装,手动将其移动到接近公共地线的合适位置.

PCB基材选择及PCB层数的设置、电子元件的选择、电子元件的电磁特性、元件的布局、元件之间连接的长度和宽度都受到限制PCB电磁兼容性.PCB集成电路芯片(IC)是电磁干扰(EMI)能源的主要来源.常规电磁干扰(EM

I)控制技术一般包括:部件布局合理、连接控制合理、电源线、接地、滤波器电容器配置合理、屏蔽等(EMI)措施非常有效,广泛应用于工程实践中.

1.高频数字电路PCB电磁兼容性(EMC)布线规则1)高频数字信号线应短线,一般小于2inch(5cm),且越短越好.

2)最好集中主要信号线PCB板中心.

3)时钟发生的电路应该是PCB时钟扇应在板中心附近使用菊花链或并联布线.

4)电源线应尽可能远离高频数字信号线或用地线隔开,电源的分布必须是低感应(多路设计).多层PCB板内的电源层与地层相邻,相当于一个电容,起到滤波作用.同一层的电源线和地线也应尽可能靠近.电源层周围的铜箔应比地层缩小20倍于两层之间的距离,以确保系统更好EMC性能.不要划分地平面,如果高速信号线需要跨电源平面分割,靠近信号线放置几个低阻抗桥接电容.

5)输入输出端使用的导线应尽量避免相邻平行.最好增加线间地线,避免反馈耦合.

6)铜箔厚度为50um、宽度为1~1.5mm时,通过2A电流,导线温度<3

C.PCB板的导线应尽可能宽。对于集成电路,特别是数字电路的信号线,通常选择4mi1~12mil电线宽度、电源线和地线应大于40mil的导线宽度.导线的最小间距主要由最坏情况下的绝缘电阻和击穿电压决定,通常选择4mil上述导线间距.为减少导线间的串扰,必要时可增加导线间的距离,作为线间隔为线间隔离.

7)在PCB在板的所有层中,数字信号只能布线电路板的数字部分,模拟信号只能布线电路板的模拟部分.低频电路的地面应尽量采用单点并联接地,实际布线可部分串联,然后在遇到困难时并联接地.为了实现模拟和数字电源的分割,布线不能跨越分割电源之间的间隙,必须跨越分割电源之间间间隙的信号线应位于大面积布线层附近.

8)在PCB主要有两种电磁兼容性问题,一种是电源噪声,另一种是地线噪声.根据PCB尽量增加电源线的宽度,降低电阻.同时,电源线和地线的方向与数据传输的方向一致,有助于提高抗噪声能力.目前,电源和地平面的噪声只能通过测量原型产品或由经验丰富的工程师根据其经验将退耦电容的容量设置为默认值.

2.高频数字电路PCB电磁兼容性(EMC)设计中的布局规则

1)电路的布局必须减少电流电路,并尽可能缩短高频元件之间的连接。易受干扰的元件不应太近,输入和输出元件应尽可能远离.

2)根据电路流程安排各功能电路单元的位置,方便信号流通,尽可能保持信号方向一致.

3)以绕每个功能电路的核心元件进行布局.元器件应均匀、整齐、紧凑地排列在PCB尽量缩短各部件之间的引线连接.

4)将PCB分区为独立合理的模拟电路区和数字电路区,A/D跨分区放置转换器.

5)PCB电磁兼容设计的常规做法之一是PCB退耦电容器配置在板的关键部位.

标签: 铁氧体扼流电感过压过流抑制集成电路

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