Layout時候?qū)拥臄?shù)目,完整平面的數(shù)目,以及在板上的堆疊方式的選用等等,有時候沒有將EMC的顧慮考慮進去,經(jīng)謹(jǐn)慎的選擇,以決定哪一層要走哪些信號,可以讓返回電流保持在適當(dāng)?shù)男盘柌季€旁邊,因為可以比隨機布線大大的改進其EMC特性,這種小心的布線并不會增加板的成本,這可能會稍稍的增加電路板布線所花費的時間,但是與所降低之EMC問題相比是非常值得的。 返回電流路徑之考慮是非常重要的 ,在良好的EMC設(shè)計里可能是 最值得費心的觀念 。EMC設(shè)計之努力要放在PCB 層面 ,而不是屏蔽層面,屏蔽只是用來最后的優(yōu)化。
處理EMC問題時候
第一個問題永遠都應(yīng)該是:這個信號從哪里來的?
第二個問題應(yīng)該是:它是如何跑出屏蔽盒的?,將此兩個問題當(dāng)做你的基本策略,可以讓你在測試實驗室少待一點時間,從另一方面來說,沒事隨機的加一些ferrite beads、銅箔膠帶、濾波電容、是讓你長期待在實驗室的絕佳辦法,并且會增加不必要的產(chǎn)品成本。
信號從哪里來? Where does the signal come from ?
如果你知道信號時從哪里來的,就較可以來追蹤其耦合至機殼外的路徑,然后決定最佳的解決方案。時脈(clock)以及數(shù)據(jù)信號(data signal)是最為可能的來源,所以系統(tǒng)中的時脈頻率及資料率(以及其諧波)是多少?這些頻率是不是吻合于問題頻率之頻率點?要記得,100Mb/s資料率的基頻是50MHz,并且是每50MHz一根諧波。
信號時如何跑出屏蔽機殼的? How does the signal getout of the shielded ?
一旦對于信號之來源有些概念,就可以開始來看說信號時如何跑到機殼外面去。第一個線索就是來查看當(dāng)移動或移除各種線纜時,輻射強度是否有很大的影響。
大多數(shù)產(chǎn)品之屏蔽機殼實質(zhì)上來說都很小,所以本身不是個有效的輻射器。
當(dāng)把各式之線纜加到產(chǎn)品上時,這些線纜就會讓此一產(chǎn)品在電氣上大了很多,并且變成是較有效的輻射器。
信號從屏蔽機殼出去只有三種方法:
1 由孔洞、開口、縫隙泄漏出去
2 經(jīng)由機殼屏蔽傳導(dǎo)到線纜以及未屏蔽的線
3 由不理想的屏蔽線纜接觸泄漏至機殼
如果信號時由于上述原因溢出屏蔽機殼,移動線纜就會改變輻射之振幅。
** 線寬,VIA及常用濾波電容**
**1. **1A電流走線通常為40mil,1mm≈39.37mil,所以1mm的走線承載電流能力一般為1A,這個通用規(guī)則用來評估走線的載流能力,尤其是PA電源線寬的評估。
a. Top層的速率通常為5500mil/ns
b. 內(nèi)層速率通常為4500mil/ns(除了Top和Bottom的其它層)
**3. **VIA:一般情況8mil的孔徑,18mil的焊盤可承載700mA的電流,具體要跟板廠確認(rèn)工藝能否滿足要求。我們的板子上面常用4mil孔徑+12mil焊盤和8mil的孔徑+18mil的焊盤
**4. **常用濾波電容
a. 濾除800M常用濾波電容為33pF
b. 濾除900M常用濾波電容為33pF,36pF,39pF
c. 濾除1.8G常用濾波電容為10pF,12pF
d. 濾除1.9G常用濾波電容為18pF
e. 濾除21102170常用濾波電容為8.2pF5.6pF(先用8.2p,若效果不佳的時候再往小調(diào),濾除WLAN頻率通常用8.2pF)
舉例如在Audio的濾波電容就是33pF用來濾除TDD Noise
返回路徑
返回路徑主要是為了考慮EMI和信號質(zhì)量,在《信號完整性技術(shù)》和《PCB Design forReal-World EMI Control》(中文譯為印刷電路板設(shè)計在真實世界里的EMI控制),里都講到EMC技術(shù)。
結(jié)合實際來談?wù)劮祷芈窂?,簡單的說返回路徑就是信號電流從終端返回至源端的回路,無論如何電流都要形成回路,即從終端返回其源端。
返回路徑可為 “ 地平面 ” 亦可為 “ 電源平面 ” ,當(dāng)然能用GND作為返回路徑是首選。高速、高功能之系統(tǒng)通常使用多層板。其中數(shù)層使用為DC電源或是接地參考平面層,這些通常是完整平面,且沒有裂口分割,因為通常會有不同平面層因此不需要在單一平面提哦那個不同之****DC 電壓。不管在電路圖上這些層叫做什么名字(亦即,接地, +5V , VCC ,數(shù)位電源等),這些層都可以作為市直接相鄰傳輸線信號之返回電流路徑,對于這些平面層來說,創(chuàng)造出一個良好低阻抗的返回電流路徑就是其最重要的工作。返回路徑最主要是要完整,有分割的話返回電流會因為感抗太大而導(dǎo)致電位的產(chǎn)生從而導(dǎo)致EMI問題。
Xc=1/j2πfc所以高頻時Xc非常小,又因高頻時去耦電容連接在電源平面與地之間,所以電源平面也可以作為返回路徑。作為返回路徑的電源平面最好是信號的供電源路徑,即芯片DC供電源的走線。數(shù)字信號都是PMOS和NMOS的開關(guān)信號,它們都需要DC電源供電,數(shù)字信號的驅(qū)動電源根據(jù)信號的用途不同分為很多很多的電源域,用來對應(yīng)提供給不同的數(shù)字信號供電。
** 先記住一句話:**
** 對于EMI應(yīng)用來說,電流才是最重要的考慮因素。電流產(chǎn)生輻射,而非電壓。**
EMI/EMC的問題是肇因與器材內(nèi)之導(dǎo)體上之時變電流,稱為di/dt雜訊,電流變化產(chǎn)生了電磁場輻射。
相反地,外來的電磁場能量也會導(dǎo)致電路上的di/dt雜訊,造成錯誤的邏輯運算及器材之誤動作。大多數(shù)的高速及快速上升時間之信號會造成EMI/EMC問題,這些問題會被連接到該器材之導(dǎo)線電纜所放大,在較低頻率變成有效率之天線。典型之解決方案是使用屏蔽外殼,對輸出入信號及電源濾波,并且對基板上之信號線及電源平面提供濾波電路。
降低EMI最有效之方式是控制信號之分布以及它們的源頭。所以,這些信號時從哪里來的?這些信號的起源可能有很多種,但是最主要的干擾時來自于****IC 中的高速切換電流 。
幾乎所有的EMI干擾來自于產(chǎn)品某處存在之共模電流,所有的這些共模電流都來自于某些功能上之工作電流。如果這些工作電流能夠好好控制,讓它只含有工作上所需之諧波,來自于高頻諧波造成之不必要干擾就可以降低。
此一共模電流的來源最有可能是 工作信號之回返電流路徑 。當(dāng)電路布局工程師花很多時間在連接電路間之路徑時,很少會注意到返回電流路徑。當(dāng)時脈沖信號在10MHz以下時,回返電流不會是個問題,現(xiàn)今,基板上之時脈沖速度多至200至400MHz,且資料匯流排之速度高達1GHz是很普通的,因此,信號之布線路徑應(yīng)視為微波傳輸線(Transmission line)。不論是對****EMC 特性或是功能特性而言,信號線之高頻回返電流路徑都是非常重要的 。
電感: Inductance 。 一個通常被誤解的觀念是對于電感的認(rèn)知。初級工程師把電感認(rèn)為是一個特定之零件,如在電感器(Inductor)即變壓器元件中,而很少考慮到在接地參考平面、信號布線等等電流路徑上之電感。 有電流流經(jīng)一個環(huán)路,就會有電感的存在 。有時候我們并不知道整個的路徑,并且整個路徑中也可能只有部分區(qū)域會造成輻射,所以區(qū)域電感的觀念也很重要。將區(qū)域電感組合起來,就可以構(gòu)成完整的環(huán)路電感了。也就是說,若是路徑一部分之區(qū)域電感被考慮到且將其降低了,則整個路徑的總電感也就降低了?,F(xiàn)今產(chǎn)品所使用的告訴新華使得環(huán)路電感及區(qū)域電感變得比以往都要重要。即使是一個完美的超導(dǎo)體都會有電感。
當(dāng)電流流過電感阻抗時,會產(chǎn)生一個電位差。此一電位差會導(dǎo)致接地參考平面的雜訊、信號位準(zhǔn)降低,造成****EMI 輻射的產(chǎn)生 。
接地: Ground 。 如果說電感是一個經(jīng)常被誤解的觀念,那么接地就是最常被誤解。當(dāng)使用接地這個詞語時,設(shè)計者通常是指許多種不同的事。它可能是指相對于50/60Hz之交流電之安全接地(Safety earth reference)。它可能是指對高速布線之信號參考點(Signal reference)。它可能是指PCB上之電源回返(Power return),或者,它可能是指金屬機殼之機殼接地點(Chassis reference)。它甚至也可能指的是真正的大地接地點(Earth ground),像是在EMI開放測試場地(OATS)中的金屬地平面一樣。很清楚的,在所有的這些場合中,接地這個字不可能都是同樣的點位位準(zhǔn),但這卻是最原始接地的定義。接地時一個零電位的點。實際上接地或是零電位只存在與無限值,因之,除非我們使用了非常長的導(dǎo)線,否則真正的零接地點位是不可能存在在我們的產(chǎn)品之中。較清楚且明確的表示法是將在不同之場合將接地描述成說:大地接地(Earth-Ground),接地參考點(Ground-reference),電源參考點(Power-reference),機殼參考點(Chassis-reference)等等。則說的人與聽的人就都可以明白了。
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