PCB印刷电路板之EMI噪讯设计
0 2022-09-28

随着电子组件功能提升,各种电子产品不断朝向高速化方向发展,然而高性能化、多功能化、可携带化的结果,各式各样的(Electro Magnec Compability)问题,却成为设计者挥之不去的梦魇。

目前E(Electro Magnec Inrference)噪讯对策,大多仰赖设计者长年累积的经验,或是利用仿真分析软件针对框体结构、电子组件,配合国内外要求条件与规范进行分析,换句话说电子产品到了最后评鉴阶段,才发现、对策EMI问题,事后反复的检讨、再试作与对策组件的追加,经常变成设计开发时程漫无节制延长,测试费用膨胀的主要原因。

EMI主要发生源之一亦即(Printed Circuit Board,以下简称为PCB)的设计,自古以来一直受到设计者高度重视,尤其是PCB Layout阶段,若能够将EMI问题列入考虑,通常都可以有效事先抑制噪讯的发生,有鉴于此本文要探讨如何在PCB的Layout阶段,充分应用改善技巧抑制EMI噪讯的强度。

测试条件

如图1所示测试场地为室内3m半电波暗室,预定测试频率范围为30MHz“1000MHz的电界强度,依此读取峰值点(Peak Point)当作测试数据(图2)。

PCB印刷电路板的EMI噪讯设计

图3是被测基板A的外观,该基板为影像处理系统用电路主机板,动作频率为27MHz与54MHz,电路基板内建、Sub CPU、FRASH,以及S×5、影像数据/数字转换处理单元、影像输出入单元,此外被测基板符合「VCCI规范等级B」的要求,测试上使用相同的电源基板(Board)与(Adapter)。

PCB印刷电路板的EMI噪讯设计

首先针对被测基板A进行下列电路设计变更作业:

?CPU的频率线(Clock Line)追加设置EMI噪讯对策用(Filter),与频率产生器(Clock Generator)( 图4)。

?影像输出入单元追加设置Common mode Choke Coil(DLWxxx系列)(图5)

?各IC电源输入线的Bypass Condenser与电源之间,追加设置Ferrite Beads(图6)。

?追加设置Bypass Condenser,使各IC的所有电源脚架,全部从基板(Plane)通过Bypass Condenser提供电源(图7)。

PCB印刷电路板的EMI噪讯设计

PCB印刷电路板的EMI噪讯设计

各种EMI噪讯对策

a.EMI噪讯对策用

接着进行EMI测试获得图8的测试结果,根据测试结果再进行噪讯抑制设计作业,在此同时将设计变更的被测基板A的设计数据读入EMI噪讯抑制支持工具,并针对支持工具指出的主要部位,例如频率线、Bus导线Via周围,分散设置EMI噪讯对策用电容(图9),主要原因是信号导线的return路径如果太长或是非连续状态时,EMI噪讯有增大之虞,为了缩短Return路径,因此设置连接电源与接地的电容。

PCB印刷电路板的EMI噪讯设计

PCB印刷电路板的EMI噪讯设计

图10~图13是改变上述电容容量时的EMI噪讯测试结果,根据测试结果显示,依照图14的频率范围设置的大容量EMI噪讯对策用电容DuF,可以抑制低频噪讯Level。虽然设置电容增加PCB的容量负载,不过为了要抑制噪讯,设置在各部位的电容频率特性,却可以发挥预期的EMI噪讯抑制效果。

PCB印刷电路板的EMI噪讯设计

PCB印刷电路板的EMI噪讯设计

实际应用时只要在频率导线、Bus导线等高频导线图案(Pattern)附近、形成CPU、Return路径的内层面(Plane)的分断附近、形成噪讯出入口的基板侧面附近分散设置EMI噪讯对策用电容,就可以消除该部位周边的噪讯。

对各式各样基板外形、组件封装、导线的PCB而言,只要以一定间隔设置EMI噪讯对策用电容,同样可以获得分散性的噪讯抑制效果。

b.改变基板的层结构

接着针对被测基板A进行层结构改善,制作图15所示6层Built up被测基板B,它是利用「 on Via」与「雷射Via」加工技术,将上述被测基板A的外层导线变成内层,使Return可能流入接地Plane,外层当作接地Plane包覆所有信号层。

改变被测基板结构主要理由是一般4层基板的Return路径,通常都设有可以通行电源Plane或是最短距离接地,因此在贯穿部位经常造成Return路径迂回问题,如果信号导线包覆接地Plan e,如此一来大部份的Return路径会流入接地 Plane,进而解决Return路径迂回的困扰,被测基板B就是根据上述构想制成 ,因此Return路径在PCB整体减少30%,同时缩减信号图案与Return路径构成的电流Loop距离,进而达成EMI噪讯抑制的目的。图16是被测基板B的各层结构图。

PCB印刷电路板的EMI噪讯设计

图16是被测基板B的EMI噪讯测试结果,根据测试结果显示包含利用外层接地Plane的遮蔽(Field)结构,与回避Return路径迂回的设计确实具有抑制EMI噪讯的效果,不过实际上各式各样的电路基板要作如此的层结构变更,势必面临制作成本暴增的困扰,尤其是所有信号导线都将Return路径列入设计考虑的话,几乎无法作业,因此Layout阶段尽量避免高频信号导线透过Via作布线,同时必需在该信号导线邻近的层设置接地Plane,藉此防止Return路径迂回或是分断,接地Plane之间以复数Via连接,Return路径利用复数Via作理想性的归返。

PCB印刷电路板的EMI噪讯设计

c.设置多点Grand接地

Return电流流动时PCB内的接地Plane会产生电位差,该电位差往往是EMI噪讯的发生原因之一,而且可能会通过PCB形成所谓的二次噪讯,因此将接地Plane与金属板作多点连接(图18、图19),使PCB的侧面与中心位置得电位差均匀化,同时降低接地Plane本身的阻抗(Impedance)并抑制电压下降。

图20是多点接地后的EMI测试结果,由图可知低频领域EMI噪讯强度略为上升,不过200MHz以上时EMI噪讯受到抑制,这意味着多点接地的有效性获得证实。

PCB印刷电路板的EMI噪讯设计

d.铺设Shield

图21是在基板侧面铺设Shield的实际外观,具体方法是在基板侧面粘贴导电胶带,试图藉此抑制基板内层信号线、Via与电源Plane的噪讯,接着再与外层接地Plane连接,测试基板侧面的EMI噪讯遮蔽效果,图22是基板侧面铺设Shield的EMI测试结果,根据测试结果显示200MHz以下时EMI噪讯强度有下降趋势,甚至符合规范的Level,证实基板侧面铺设Shield确实可以抑制EMI噪讯。

实际制作PCB时在基板侧面铺设Shield,同样会面临成本上升的质疑,类似图23在基板侧面附近设置接地Plane与连续性贯穿Via的新结构,除了可是解决成本问题之外,还可以有效抑制基板侧面的EMI噪讯强度;图24是结合以上各种EMI噪讯对策的PCB测试结果。

PCB印刷电路板的EMI噪讯设计

PCB印刷电路板的EMI噪讯设计

PCB印刷电路板的EMI噪讯设计

结语

综合以上介绍的EMI噪讯对策,分别如下所示:

·设置EMI噪讯对策用电容

·回避Return路径迂回的基板层结构设计

·设置多点Grand接地

·基板侧面包覆Shield

实际上PCB得EMI噪讯对策会随着组件封装、导线、基板外形、层结构,与筐体限制出现极大差异,因此本文主要是探讨如何在PCB Layout阶段,充分应用EMI噪讯对策手法,根据一连串的对策中找出最符合制作成本,同时又可以满足规范要求的方法

声明: 本文转载自其它媒体或授权刊载,目的在于信息传递,并不代表本站赞同其观点和对其真实性负责,如有新闻稿件和图片作品的内容、版权以及其它问题的,请联系我们及时删除。(联系我们,邮箱:evan.li@aspencore.com )
0
评论
  • 相关技术文库
  • PCB
  • pads
  • protel
  • Altium
  • PCB器件布局的一些日常原则总结

      PCB器件布局是一件很有技巧性的事情,但是如果你掌握了它的原则,那么,一切就会变得非常的简单,下面是日常中总结的一些PCB器件布局的原则。  1.I/O驱动

    12-02
  • 根据文件图怎样进行PCB原理图反推

      在PCB反向技术研究中,反推原理图是指依据PCB文件图反推出或者直接根据产品实物描绘出PCB电路图,旨在说明线路板原理及工作情况。并且,这个电路图也被用来分

    12-02
  • 去耦、滤波、隔离三大技术

      电磁兼容性(EMC,ElectromagneticCompatibility)是指电子设备在各种电磁环境中仍能够协调、有效地进行工作的能力。电磁兼容性设计的

    12-02
  • 石英晶振在电脑主板中的作用

    石英晶振在电脑主板中的作用晶振一般叫做晶体谐振器,是石英晶体振荡器(Quartz Crystal Oscillator)的简称。主要用于稳定和选择频率。晶振和时

    11-29
  • 晶振要如何焊接

    晶振有哪些因素会致使其损坏1:生产过程种有摔落现象,意思是只晶振造成外界的过大冲击力,因为晶振晶片比较薄,需要轻拿轻放。2:晶振焊接到线路板上时候可能焊接温度过

    11-29
  • 电路板上二极管上的型号如何确定

    作为电路板上的二极管可以有四种方法确定它们的型号。第一种方法是看拆下二极管上的标识型号一般二极管在出厂时都会在其表面上印有其型号或者名称,比如有的二极管标有IN

    11-28
  • PCB设计中要不要去死铜?

    class="markdown_viewsprism-kimbie-light">PCB死铜也叫PCB孤岛,是指在PCB中孤立无连接的铜箔,一般都是在铺铜

    11-24
  • PCB线路与基材平齐制作工艺开发

    常规PCB的线路是突起于基材的,但也有些客户要求线路与基材介质尽可能平齐,降低线路突出裸露的程度。这类产品的特点通常为厚铜,且线宽线距都较大,需要对线路进行介质

    11-24
  • Altium designer实践总结

    这几天都在帮学姐画一块编码器的板子,完整的完成了一次从原理图到送制版PCB的过程。在此记录几个遇到的问题和一些操作的记录,真的是记不住,用一次查一次,以后回这里

    11-24
  • 双联电位器接线方法

    双联电位器双联电位器简单来说就是有两个三脚电位器构成,电位器是具有三个引出端、阻值可按某种变化规律调节的电阻元件。双联电位器接线方法1、首先一般电位器接线操作首

    11-23
  • PCB的不得不说的设计经验

    [导读]1、如果设计的电路系统中包含FPGA器件,则在绘制原理图前必需使用Quartus II软件对管脚分配进行验证。(FPGA中某些特殊的管脚是不能用作普通I

    11-22
下载排行榜
更多
广告