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第五章PCB的電磁兼容設(shè)計(jì)
一、PCB概述二.電路板設(shè)計(jì)的一般規(guī)律三、單面板、雙面板、多層板的設(shè)計(jì)四、關(guān)于電路設(shè)計(jì)的一些有益建議五、印制電路(PCB)設(shè)計(jì)的相關(guān)問(wèn)題及解決方法一、PCB概述1、PCB的演變?cè)缬?903年Mr.AlbertHanson首創(chuàng)利用“線(xiàn)路”(Circuit)觀(guān)念應(yīng)用于電話(huà)交換機(jī)系統(tǒng),它是用金屬箔予以切割成線(xiàn)路導(dǎo)體將之黏著于石蠟紙上上面同樣貼上一層石蠟紙成了現(xiàn)今PCB的機(jī)構(gòu)雛型;1936年DrPaulEisner真正發(fā)明了PCB的制作技術(shù),也發(fā)表多項(xiàng)專(zhuān)利,而今日之print-etch(photoimagetransfer)的技術(shù)就是沿襲其發(fā)明而來(lái)的。2、PCB分類(lèi)表3、PCB的種類(lèi)A.以材質(zhì)分a.有機(jī)材質(zhì):酚醛樹(shù)脂玻璃纖維/環(huán)氧樹(shù)脂PolyamideBT/Epoxy等b.無(wú)機(jī)材質(zhì):鋁,CopperInver-copperceramic等,主要取其散熱功能高頻基板材料的基本特性
介電常數(shù)(Dk)必須小而且很穩(wěn)定,通常是越小越好信號(hào)的傳送速率與材料介電常數(shù)的平方根成反比,高介電常數(shù)容易造成信號(hào)傳輸延遲。
介質(zhì)損耗(Df)必須小,這主要影響到信號(hào)傳送的品質(zhì),介質(zhì)損耗越小使信號(hào)損耗也越小。高頻基板材料的基本特性
與銅箔的熱膨脹系數(shù)盡量一致,因?yàn)椴灰恢聲?huì)在冷熱變化中造成銅箔分離。
吸水性要低、吸水性高就會(huì)在受潮時(shí)影響介電常數(shù)與介質(zhì)損耗。
其它耐熱性、抗化學(xué)性、沖擊強(qiáng)度、剝離強(qiáng)度等亦必須良好。B、以成品軟硬區(qū)分a.硬板(RigidPCB)b.軟板(FlexiblePCB)c.軟硬板(Rigid-FlexPCB)C、以結(jié)構(gòu)區(qū)分a.單面板:(早期的電路才使用)
單面板的零件集中在其中一面,導(dǎo)線(xiàn)則集中在另一面上。因?yàn)閷?dǎo)線(xiàn)只出現(xiàn)在其中一面,所以我們就稱(chēng)這種PCB叫作單面板(Single-sided)。C、以結(jié)構(gòu)區(qū)分b.雙面板:(更適合用在比單面板更復(fù)雜的電路)雙面板的兩面都有布線(xiàn)。不過(guò)要用上兩面的導(dǎo)線(xiàn),必須要在兩面間有適當(dāng)?shù)碾娐愤B接才行。這種電路間的「橋梁」叫做導(dǎo)孔(via)。導(dǎo)孔是在PCB上,充滿(mǎn)或涂上金屬的小洞,它可以與兩面的導(dǎo)線(xiàn)相連接。因?yàn)殡p面板的面積比單面板大了一倍,而且因?yàn)椴季€(xiàn)可以互相交錯(cuò)(可以繞到另一面)。C、以結(jié)構(gòu)區(qū)分c.多層板:多層板使用數(shù)片雙面板,并在每層板間放進(jìn)一層絕緣層后黏牢(壓合)。
在多層板PCB中,整層都直接連接上地線(xiàn)與電源。所以我們將各層分類(lèi)為信號(hào)層(Signal)、電源層(Power)、地線(xiàn)層(Ground)。如果PCB上的零件需要不同的電源供應(yīng),通常這類(lèi)PCB會(huì)有兩層以上的電源與地平面層。埋孔(Buriedvias)和盲孔(Blindvias)通常也會(huì)在多層板中得到應(yīng)用。D、依用途分a.通信b.耗用性電子c.軍用d.計(jì)算機(jī)e.半導(dǎo)體f.電測(cè)板。4、PCB工藝技術(shù)發(fā)展的三個(gè)階段從1903年至今,若以PCB組裝技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展角度來(lái)看,可分為三個(gè)階段:①通孔插裝技術(shù)(THT)階段PCB②表面安裝技術(shù)(SMT)階段PCB③芯片級(jí)封裝(CSP)階段PCB二.電路板設(shè)計(jì)的一般規(guī)律在印制電路板布線(xiàn)時(shí)應(yīng)先確定元器件在板上的位置,然后布置地線(xiàn)、電源線(xiàn),再安排高速信號(hào)線(xiàn),最后再考慮低速信號(hào)線(xiàn)。元器件的位置應(yīng)按電源電壓、數(shù)字及模擬電路、速度高低、電流大小等進(jìn)行分組,以免相互干擾。根據(jù)元器件的位置可以確定印制電路板上連接器各個(gè)引腳的安排。所有連接器應(yīng)安排在印制電路板的一側(cè),盡量避免從兩側(cè)引出電纜,減小共模輻射。1、電路板的布局原則電路板的布局原則包括:①數(shù)字電路和模擬電路要分開(kāi)布局,尤其是與低電平模擬電路要盡可能遠(yuǎn)地分開(kāi),以避免產(chǎn)生公共阻抗問(wèn)題;②對(duì)高速、中速和低速電路要分開(kāi)布局,使其分別使用各自的區(qū)域。電路板的布局實(shí)例:2、電路板的布線(xiàn)(1)電源線(xiàn)、地線(xiàn)噪聲產(chǎn)生原因:電源線(xiàn)上的電流ICC:在輸出狀態(tài)不同時(shí),幅值是不同的。輸出穩(wěn)定時(shí),電流也是穩(wěn)定的。當(dāng)輸出從低變?yōu)楦邥r(shí),由于瞬間短路,電流增加,同時(shí)需要給電路中的寄生電容充電,電流更大。當(dāng)輸出從高變?yōu)榈蜁r(shí),由于瞬間短路,電流增加,但不需要給電路中的寄生電容充電,因此電流較輸出從低變?yōu)楦邥r(shí)為小。電源線(xiàn)上的電壓VCC:當(dāng)電流ICC發(fā)生突變時(shí),由于電源線(xiàn)的電感L,會(huì)有感應(yīng)電壓Ldi/dt產(chǎn)生。2、電路板的一般布線(xiàn)規(guī)律(1)電源線(xiàn)、地線(xiàn)噪聲產(chǎn)生原因:地線(xiàn)上的電流Ig:地線(xiàn)上的電流是電源線(xiàn)上的電流與電路中寄生電容放電電流之和。在輸出穩(wěn)定時(shí),電流也是穩(wěn)定的。當(dāng)輸出從低變?yōu)楦邥r(shí),由于瞬間短路,電流增加。當(dāng)輸出從高變?yōu)榈蜁r(shí),由于瞬間短路,電流增加,同時(shí)由于電路中的寄生電容放電,因此電流峰值較輸出從低變?yōu)楦邥r(shí)更大。地線(xiàn)上的電壓Vg:當(dāng)電流Ig發(fā)生突變時(shí),由于地線(xiàn)的電感L,會(huì)有感應(yīng)電壓Ldi/dt產(chǎn)生。電源線(xiàn)、地線(xiàn)噪聲產(chǎn)生原因及電壓波形輸出ICCVCCIgVg2、電路板的一般布線(xiàn)規(guī)律(2)地線(xiàn)布線(xiàn)規(guī)律
在進(jìn)行電路板布線(xiàn)時(shí),應(yīng)首先將地線(xiàn)網(wǎng)格布好,然后再進(jìn)行信號(hào)線(xiàn)和電源線(xiàn)的布線(xiàn)。當(dāng)進(jìn)行雙面板布線(xiàn)時(shí),如果過(guò)孔的阻抗可以忽略,那么可以在電路板的一個(gè)面走橫線(xiàn),另一個(gè)面走豎線(xiàn)。注意:一個(gè)低阻抗的地線(xiàn)網(wǎng)格是很重要的,但最終地線(xiàn)網(wǎng)格還是要與主參考地結(jié)構(gòu)連接起來(lái),這種連接可以是間接的(通過(guò)電容器),也可以是直接的。地線(xiàn)網(wǎng)格
在進(jìn)行電路板布線(xiàn)時(shí),應(yīng)首先將地線(xiàn)網(wǎng)格布好,然后再進(jìn)行信號(hào)線(xiàn)和電源線(xiàn)的布線(xiàn)。
地線(xiàn)網(wǎng)格特別適用于數(shù)字電路,但它并不適合于小信號(hào)模擬電路,因?yàn)檫@時(shí)要避免公共阻抗的耦合。在這種情況下,應(yīng)該強(qiáng)調(diào)不同區(qū)域(對(duì)應(yīng)于不同性質(zhì)的電路,見(jiàn)圖18.1)使用各自的地線(xiàn)和電源線(xiàn),這些地線(xiàn)不能簡(jiǎn)單地串聯(lián)起來(lái),而應(yīng)當(dāng)分別處理,最后再匯集到一點(diǎn)。還有一種地線(xiàn)方式是必須避免的,這就是梳狀地線(xiàn)。要特別避免將這種結(jié)構(gòu)用于高速數(shù)字電路,因?yàn)檫@種地線(xiàn)結(jié)構(gòu)使信號(hào)回流電流的環(huán)路很大,會(huì)增加輻射和敏感度。并且芯片之間的公共阻抗也可能造成電路的誤動(dòng)作。實(shí)際上只要在梳齒之間加上橫線(xiàn),就很容易將梳齒地線(xiàn)結(jié)構(gòu)變成地線(xiàn)網(wǎng)格,如圖18.2所示。
電路板上的高頻去耦電容對(duì)減小電流峰值在公共阻抗上的壓降有很大好處。此外,在地線(xiàn)布局時(shí)應(yīng)盡量考慮加粗地線(xiàn),最好使線(xiàn)寬達(dá)到2~3mm以上。要讓地線(xiàn)通過(guò)電流的能力達(dá)到印制電路板布線(xiàn)允許值的3倍以上。(3)電源線(xiàn)布線(xiàn)規(guī)律
根據(jù)通過(guò)電流的大小盡量放寬電源線(xiàn)布線(xiàn)的寬度。
電源和地線(xiàn)走向要一致,走線(xiàn)要盡量靠近,最好的辦法是電源線(xiàn)走電路板的一面,而地線(xiàn)走另一面的重合部分,這將導(dǎo)致電源阻抗最低;同時(shí)還有利于減小差模發(fā)射的環(huán)路面積,從而減小電路之間的相互干擾。
除了上面已經(jīng)提到的一些措施外,在印制電路板設(shè)計(jì)中有一條不成文的設(shè)計(jì)原則,即對(duì)電源和地線(xiàn)應(yīng)保留盡可能多的銅,這將有利于減小電源和地部分的阻抗,以及減小電路的對(duì)外輻射和敏感度。此外,在印制電路板的電源線(xiàn)入口對(duì)地處應(yīng)布置10~100μF或更大的去耦電容。(4)電路板的一般布線(xiàn)原則功率線(xiàn)、交流線(xiàn)應(yīng)盡量與信號(hào)線(xiàn)布置在不同的印制電路板上,否則應(yīng)和信號(hào)線(xiàn)分開(kāi)走線(xiàn)。特別注意高頻電路的電源和地線(xiàn)的分配問(wèn)題。對(duì)模擬電路要敷設(shè)專(zhuān)門(mén)的地線(xiàn)。模擬地和數(shù)字地可以在模數(shù)轉(zhuǎn)換器的部位單點(diǎn)連接。為減小長(zhǎng)距離平行走線(xiàn)的串?dāng)_,必要時(shí)可增加印制線(xiàn)條間的距離,或在走線(xiàn)之間有意識(shí)地安插一條地線(xiàn)(或電源線(xiàn))作為線(xiàn)間的隔離。
要注意電流流通過(guò)程的導(dǎo)線(xiàn)環(huán)路面積,因?yàn)檩d流回路對(duì)外的輻射與通過(guò)電流、環(huán)路面積、信號(hào)頻率等的乘積成正比。減小環(huán)路面積(特別是減小時(shí)鐘電路的面積,因?yàn)檫@是整個(gè)電路中頻率最高的部分)就是減小電路板對(duì)外的輻射。同樣,減小環(huán)路面積對(duì)敏感電路來(lái)說(shuō),也就減少了接受外界感應(yīng)的機(jī)會(huì)。
要在印制電路板插頭上多安排一些彼此分散的地線(xiàn)輸入腳
(最好的做法是:一根地線(xiàn)和一根信號(hào)線(xiàn)的相互間隔;次好的做法是:在一根地線(xiàn)旁邊配兩根信號(hào)線(xiàn),如信號(hào)—地—信號(hào)—信號(hào)—地—信號(hào)—信號(hào)—地—信號(hào)……的格局),這有助于減小印制電路板插腳配線(xiàn)的環(huán)路面積及均衡電路板上的地線(xiàn)電流以減小地線(xiàn)的阻抗。如有可能,要盡量減小導(dǎo)線(xiàn)的長(zhǎng)度,增加導(dǎo)線(xiàn)的寬度,這有利于減小導(dǎo)線(xiàn)的阻抗。印制電路板上的布線(xiàn)寬度不要突變,導(dǎo)線(xiàn)不要突然拐角,盡可能地保持線(xiàn)路阻抗的連續(xù),防止因線(xiàn)路阻抗突變?cè)斐刹ㄐ蝹鬏斶^(guò)程中的反射與畸變。此外,導(dǎo)線(xiàn)也不要走直角或尖角,防止場(chǎng)的分布過(guò)于集中。雙面板的正、反兩面的線(xiàn)最好能垂直布置,這樣有利于防止相互干擾。發(fā)熱的器件(如大功率電阻等)應(yīng)避開(kāi)易受溫度影響的器件(如電解電容等)布局。(5)電路板布線(xiàn)中應(yīng)說(shuō)明的其他問(wèn)題
①輸入/偷出的地線(xiàn)處理:為了減小電纜上的共模輻射,需要對(duì)電纜采取濾波和屏蔽措施。但不論濾波還是屏蔽,都需要一個(gè)沒(méi)有受到內(nèi)部騷擾污染的干凈地。當(dāng)?shù)鼐€(xiàn)不干凈時(shí),對(duì)高頻的濾波幾乎沒(méi)有作用。除非在布線(xiàn)時(shí)就考慮這個(gè)問(wèn)題,一般這種干凈地是不存在的。
干凈地既可以是印制電路板上的一個(gè)區(qū)域,也可以是一塊金屬板。所有輸入-偷出線(xiàn)的濾波和屏蔽必須連到干凈地上,如圖所示:干凈地與內(nèi)部的地線(xiàn)只能在一點(diǎn)相連,這樣可以避免內(nèi)部信號(hào)電流流過(guò)干凈地,造成污染。②輸入/輸出線(xiàn)的緩沖:需要與數(shù)字電路相連的接口應(yīng)使用緩沖器,以避免直接連到數(shù)字電路的地線(xiàn)上。比較理想的接口是光電隔離器,這當(dāng)然會(huì)增加一點(diǎn)成本。當(dāng)不能提供隔離時(shí),可以使用以輸入/輸出地為參考點(diǎn)的緩沖芯片,或者使用電阻或扼流圈緩沖,并在電路板接口處使用電容濾波。③電路板與機(jī)殼的連接:從提高設(shè)備工作可靠性的角度出發(fā),經(jīng)常要把電路板的地線(xiàn)連至機(jī)殼上。當(dāng)電路地與機(jī)殼需要直流隔離時(shí),可使用一個(gè)10~100nF的射頻電容器連接。絕對(duì)禁止在電路板上有兩個(gè)以上的點(diǎn)與機(jī)殼相連。這對(duì)于靜電防護(hù)特別重要,否則有可能使高頻靜電放電電流通過(guò)印制電路板,從而影響電路板上器件的工作。④電路板設(shè)計(jì)中的側(cè)重點(diǎn):
由于對(duì)所有信號(hào)線(xiàn)都實(shí)現(xiàn)最佳布線(xiàn)是不可能的,因此在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)首先考慮最重要的部分。從電磁騷擾發(fā)射的角度考慮,最重要的信號(hào)是高電流變化率(di/dt)信號(hào),如時(shí)鐘線(xiàn)、數(shù)據(jù)線(xiàn)、大功率方波振蕩器等。從敏感度的角度考慮,最重要的信號(hào)是前、后沿觸發(fā)輸入電路、時(shí)鐘系統(tǒng)、小信號(hào)模擬放大器等。一旦把這些重要信號(hào)分離出來(lái),就可以把設(shè)計(jì)重點(diǎn)放到這些電路上。三、單面板、雙面板、多層板的設(shè)計(jì)
1.單面板單面板制造簡(jiǎn)單,裝配方便,適用于一般電路的要求,不適用于要求高的組裝密度或復(fù)雜電路的場(chǎng)合。如果電路板的布局設(shè)計(jì)合理,則可以達(dá)到電磁兼容的要求。2.雙面板雙面板適用于只要求中等裝配密度的場(chǎng)合。安裝在這類(lèi)板上的元器件易于維修或更換。使用雙面板比單面板更加有利于實(shí)現(xiàn)電磁兼容性設(shè)計(jì)。
當(dāng)進(jìn)行單面板或雙面板(這意味著沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的電源面和地線(xiàn)面)的布線(xiàn)時(shí),最快的辦法是先人工布好地線(xiàn),然后將關(guān)鍵信號(hào)(如高速時(shí)鐘信號(hào)或敏感電路)在靠近它們的地回路旁邊布置,最后對(duì)其他電路進(jìn)行布線(xiàn)。為了使一開(kāi)始就有一個(gè)明確的目標(biāo),在電路圖上應(yīng)給出盡量多的信息,其中包括:·不同功能模塊在電路板上的位置要求。·敏感器件和I/O接口的位置要求?!ぞ€(xiàn)路圖上應(yīng)標(biāo)明不同的地線(xiàn),以及對(duì)關(guān)鍵連線(xiàn)的要求。·標(biāo)明在哪些地方不同的地線(xiàn)可以連接起來(lái),哪些地方不允許。·哪些信號(hào)線(xiàn)必須靠近地線(xiàn)。3、多層板的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)高速邏輯電路時(shí),若使用單面板或雙面板不能滿(mǎn)足電磁兼容性要求,則應(yīng)研究多層板的應(yīng)用。多層板是由3層以上的分離導(dǎo)電圖形粘接層壓制而成。電源和回路總線(xiàn)是由35μm銅箔板構(gòu)成。這樣,電源分配系統(tǒng)組成大的平面,具有極低的分布源阻抗。因此,多層板比單面板或雙面板更能避免公共阻抗耦合。多層板的缺點(diǎn)是由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜,使維修困難,而且價(jià)格昂貴,只適用于設(shè)計(jì)預(yù)期變化不大或沒(méi)有變化的場(chǎng)合。
右圖中:
板間是通過(guò)金屬化孔互連
A層被指定為互連板,含有元器件;
B層被指定為0V和回路基準(zhǔn)電位,除了用于連接A層與C層的貫通孔之外,它是一個(gè)整體的地平面;
C層被指定為分配層;
D層和第A層一樣被指定為互連板。
0V回路層和分配層形成一個(gè)低阻抗的電源分配系統(tǒng),這歸因于板間的大電容、銅箔的低電感和低電阻。它們還可作為A層和D層輻射騷擾的屏蔽。
從電磁兼容的角度看,地線(xiàn)面的主要作用是減小地線(xiàn)阻抗,從而減少地線(xiàn)騷擾。地線(xiàn)面和電源面的屏蔽作用是很小的,特別是當(dāng)器件安裝在電路板表面時(shí),它們幾乎沒(méi)有屏蔽作用。另外,將地線(xiàn)面和電源面布置在最外層也沒(méi)有什么好處,特別是在考慮調(diào)試、維修和修改等因素時(shí)。
地線(xiàn)面的另一個(gè)好處是能使輻射的環(huán)路變得最小,這對(duì)于要求電路板有最小的差模輻射及最小的對(duì)外界騷擾敏感度都是有力保證(與此類(lèi)似,在單面板或雙面板的處理中,必須在高頻電路或敏感電路的鄰近處敷設(shè)一根地線(xiàn))。多層板的設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)多層印制電路板時(shí)首先要決定選用的多層板層數(shù)。其次,疊層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要考慮以下因素:–穩(wěn)定、低噪聲、低交流阻抗–傳輸線(xiàn)結(jié)構(gòu)要求–傳輸線(xiàn)特性阻抗要求–串?dāng)_噪聲抑制–空間電磁干擾的吸收和屏蔽–結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng),防止變形在高速數(shù)字設(shè)計(jì)中的一般規(guī)則是:–電源層數(shù)+地層數(shù)=信號(hào)層數(shù)–電源層和地層盡可能成對(duì)設(shè)計(jì),并至少有一對(duì)是“背靠背”設(shè)計(jì)–采用帶狀線(xiàn)結(jié)構(gòu),關(guān)鍵信號(hào)傳輸應(yīng)采用對(duì)稱(chēng)帶狀線(xiàn)兩層板POWER和GND網(wǎng)格布線(xiàn),環(huán)路面積小于1.5平方英寸;POWER和GND成90度布線(xiàn),不同層;地位于頂層垂直走線(xiàn),電源位于底層,水平布線(xiàn);在每一個(gè)POWER和GND交接處及每一個(gè)IC處,放去耦電容;兩層板使用輻射狀走線(xiàn)四層板多層板能減小輻射信號(hào)1電源層地線(xiàn)層信號(hào)2低頻高頻DC~0.51101001G110地線(xiàn)面的阻抗,m/平方地線(xiàn)面具有很小的地線(xiàn)阻抗說(shuō)明1:四層線(xiàn)路板通常將電源和地線(xiàn)放在中間兩層,這樣有以下好處:1便于維護(hù)2兩層信號(hào)走線(xiàn)之間的串?dāng)_小3電源層和地線(xiàn)層之間距離較小,因此阻抗很小,適合于電源噪聲解耦。如果將地線(xiàn)和電源線(xiàn)層放在外邊,將信號(hào)線(xiàn)加在中間,從減小輻射的角度可能會(huì)有些好處,但是下面的缺點(diǎn)使這種方法很少使用:1無(wú)法對(duì)走線(xiàn)進(jìn)行維護(hù)、修理2兩個(gè)信號(hào)層上的走線(xiàn)必須垂直,否則會(huì)發(fā)生較嚴(yán)重的串?dāng)_3不利于使用表面安裝器件4降低了信號(hào)線(xiàn)的阻抗,增加了電路負(fù)荷說(shuō)明2:如果線(xiàn)路板上有模擬電路和數(shù)字電路,它們的地線(xiàn)面要分開(kāi),但要在同一層地線(xiàn)面上劃分,而不要用兩層分別做地線(xiàn),因?yàn)閮蓪拥鼐€(xiàn)面之間的耦合很?chē)?yán)重??傊琍CB的分層及疊層是一個(gè)比較復(fù)雜的事情。有多方面的因素要考慮。但我們應(yīng)當(dāng)記住我們要完成的功能,需要那些關(guān)鍵因素。這樣才能找到一個(gè)符合我們要求的印制板分層及疊層順序。多層板的層間安排隨電路而變,但需掌握以下幾條原則:(1)地平面的主要目的是提供一個(gè)低阻抗的地,并且給電源層提供最小的噪聲回流。在實(shí)際布線(xiàn)中,兩地層之間的信號(hào)層和與地層相鄰的信號(hào)層是多層板布線(xiàn)中優(yōu)先考慮的布線(xiàn)層。高速線(xiàn)、時(shí)鐘線(xiàn)和總線(xiàn)等重要信號(hào)或?qū)Ω蓴_敏感的信號(hào),應(yīng)在這些優(yōu)先信號(hào)層上布線(xiàn)和換層。(2)電源平面應(yīng)靠近接地平面,并且安排在接地平面之下。這樣可以利用兩金屬平板間的電容作為電源的平滑電容,同時(shí)接地平面還對(duì)電源平面上分布的輻射電流起到屏蔽作用。(3)把數(shù)字電路和模擬電路分開(kāi),有條件時(shí),將數(shù)字電路和模擬電路安排在不同的層內(nèi)。其中,模擬電路的低電平及高電平分別布在地線(xiàn)層和電源層的兩側(cè)。(4)如果一定要把數(shù)字電路和模擬電路安排在同一層內(nèi),可采用開(kāi)溝、加接地線(xiàn)條、分隔等方法補(bǔ)救。模擬地、數(shù)字地及電源都要分開(kāi),不能混用。數(shù)字信號(hào)有很寬的頻譜,是產(chǎn)生騷擾的主要來(lái)源。(5)為了抑制大功率器件對(duì)微處理器的干擾,以及大功率器件與數(shù)字電路對(duì)模擬電路的干擾,除了這些部分應(yīng)當(dāng)布置在不同區(qū)域外,在處理這幾部分電源線(xiàn)的相互連接時(shí),特別是與模擬電路的電源連接時(shí),可以用穿了線(xiàn)的鐵氧體磁環(huán)(銅線(xiàn)在磁環(huán)上繞一匝至兩匝)跨接在兩部分電源之間。穿線(xiàn)的鐵氧體磁環(huán)實(shí)際上是一個(gè)高頻電感,對(duì)于低頻模擬信號(hào)可以看成零阻抗,然而對(duì)高頻信號(hào)則體現(xiàn)出較高阻抗,從而阻止了數(shù)字部分對(duì)模擬電路的干擾。當(dāng)然,在模擬電路的電源入口處,如能對(duì)地再配合一個(gè)高頻去耦電容,則效果會(huì)更好。(6)時(shí)鐘電路和高頻電路是主要的騷擾和輻射源,一定要單獨(dú)安排,遠(yuǎn)離敏感電路。(7)印制線(xiàn)條(特別是時(shí)鐘線(xiàn))要盡量短、寬、直和均勻,不要任意換層布線(xiàn)。遇拐角則盡量采用45o過(guò)渡,不要用90o。線(xiàn)不要突變,避免阻抗突變產(chǎn)生信號(hào)反射。(8)印制電路的線(xiàn)條互相靠近時(shí)會(huì)產(chǎn)生串?dāng)_,為避免這種情況的發(fā)生,線(xiàn)距不要小于線(xiàn)寬的2倍。(9)20-H原則:地線(xiàn)層外緣要大于信號(hào)層,若層高為H,當(dāng)外緣大于10H時(shí),輻射將明顯減小。當(dāng)外緣大于20H時(shí),輻射要減小70%;外緣達(dá)到100H時(shí),輻射要減小98%。線(xiàn)路板邊緣的一些問(wèn)題關(guān)鍵線(xiàn)(時(shí)鐘、射頻等)產(chǎn)生較強(qiáng)輻射無(wú)地線(xiàn)電源層地線(xiàn)層20H在線(xiàn)路板的邊緣,信號(hào)線(xiàn)或電源線(xiàn)上電流會(huì)產(chǎn)生更強(qiáng)的輻射。為了避免這種情況的發(fā)生,在線(xiàn)路板的邊緣要注意以下幾點(diǎn):20H規(guī)則:在線(xiàn)路板的邊緣,地線(xiàn)面比電源層和信號(hào)層至少外延出20H,H是線(xiàn)路板上地線(xiàn)面與電源線(xiàn)面或信號(hào)線(xiàn)層之間的距離。這條規(guī)則也適合于在線(xiàn)路板上的不同區(qū)域的邊緣場(chǎng)合。3-W法則:當(dāng)在PCB板上,間距是線(xiàn)寬的2倍時(shí),基本上可以不考慮串?dāng)_的影響。(W=線(xiàn)寬)關(guān)鍵線(xiàn):關(guān)鍵線(xiàn)(時(shí)鐘信號(hào)線(xiàn)等)不要太靠近線(xiàn)路板的邊緣,這也包括線(xiàn)路板上不同區(qū)域的邊緣。四、關(guān)于電路設(shè)計(jì)的一些有益建議
(1)只要滿(mǎn)足要求,寧可使用速度較低的電路,不要為了減少芯片而片面地使用高速電路;(2)只要滿(mǎn)足要求,盡量采用系統(tǒng)主頻低的電路;(3)只要可能,寧可用數(shù)字電路,而不用模擬電路;(4)對(duì)有用信號(hào)來(lái)說(shuō),模擬信號(hào)電平盡量取高的;而數(shù)字信號(hào)的脈沖幅度盡量用低的;(5)對(duì)于數(shù)字電路來(lái)說(shuō),采用狀態(tài)觸發(fā)的邏輯比沿邊觸發(fā)更好;(6)閑置不用的門(mén)輸入端不要懸空。閑置的與門(mén)輸入腳要接正電源;閑置的或門(mén)輸入腳要接地。也可將閑置輸人腳與同一集成電路的其他輸入腳并聯(lián)使用;(7)閑置不用的運(yùn)放的正輸入端要接地,負(fù)輸入端接運(yùn)放的輸出端。(8)如果匹配不成問(wèn)題,最好使用低電阻和低輸人阻抗的電路,這時(shí)盡管功耗和di/dt會(huì)有所增加,但低輸入阻抗的電路在外界電磁現(xiàn)象作用下所感應(yīng)出來(lái)的干擾比較小,有利于提高線(xiàn)路的抗干擾能力。(9)對(duì)于接口和外圍設(shè)備,盡可能采用牢固的雙極電路而少用CMOS電路,因?yàn)榍罢呔哂休^低的輸入阻抗。(10)對(duì)數(shù)字電路來(lái)說(shuō),
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