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PCB的干擾源

2022/11/02
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一直很想學(xué)習(xí)一下這本書,以前也看過一陣,但是后來中間又暫停了?,F(xiàn)在想想是個契機(jī),因?yàn)橄朐诠娞柹陷敵?,正好用這本書的學(xué)習(xí)作為輸入。

因?yàn)樽约罕旧硪苍趯W(xué)習(xí)中,所以,可能總結(jié)的也不算透徹。但是希望等把書籍學(xué)完的時候,自己對接地的認(rèn)識會上一個臺階。

所有的EMI問題都是從PCB上開始,然后在PCB上結(jié)束,雖然有點(diǎn)夸張,但是在PCB設(shè)計中,EMI問題是一個最讓人頭疼的問題。

復(fù)雜的PCB板,是一個非常緊湊的電子系統(tǒng),在一塊PCB板上會有不同類型,大大小小的各種器件。

而這些器件,加上PCB上的線路,使得電子系統(tǒng)得以工作。

近幾十年來,PCB板材的性能越來越好,可以支持更高的頻率,可以獲得更低的損耗。

PCB的加工技術(shù)也越發(fā)成熟,可以加工的堆疊層數(shù)越來越多,鉆孔技術(shù)也越來越精湛,孔徑越來越小。

但是,PCB的基本結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生改變,還是主要由芯板和半固化片堆疊而成。

以前簡單的PCB板,可能只是要求功能正常,但是,當(dāng)今,隨著周圍電子環(huán)境越來越復(fù)雜,EMI性能也越來越受關(guān)注。

而且,PCB的復(fù)雜程度越來越高,特別對于數(shù)字硬件電路,因?yàn)槠?a class="article-link" target="_blank" href="/baike/506860.html">微處理器的功耗越來越大,時鐘頻率越來越高。

如果PCB設(shè)計不當(dāng),則板子的EMI性能則會達(dá)不到預(yù)期。

有專家,對半導(dǎo)體器件封裝的輻射機(jī)制以及超大規(guī)模集成電路VLSI)對電路輻射EMI影響做過研究,發(fā)現(xiàn)這樣一個現(xiàn)象。

就是,大多數(shù)VLSI器件太小,以至于不會是輻射EMI的直接來源。

也就是說,輻射EMI不是直接來自于VLSI器件本身,而是來自于從這些器件耦合過來的噪聲。

這種耦合主要通過三種途徑:

(1) 耦合到散熱器

(2) 耦合到傳輸線上

(3) 驅(qū)動PCB板上的參考平面

 

與現(xiàn)代PCB相關(guān)的干擾機(jī)制主要包括:EMI(發(fā)射和敏感性)和串?dāng)_(PCB 上的干擾)。

串?dāng)_通常是EMI的主要貢獻(xiàn)者。

不良的PCB布局可能會增加內(nèi)部噪聲電路和I/O線路的耦合,從而“輸出”EMI,即電磁發(fā)射。

反過來,通過I/O線“輸入"到PCB中的干擾,將耦合到內(nèi)部敏感電路,導(dǎo)致其不希望的響應(yīng),即電磁敏感性。

信號完整性與EMI和串?dāng)_相關(guān),因?yàn)镻CB上的信號失真(信號完整性差)會耦合到相鄰的信號線(即串?dāng)_),并可能由于高頻諧波而導(dǎo)致PCB的EMI性能惡化。

因此,在PCB上觀察到以下幾種常見的干擾機(jī)制:

(1) 通過由多個電路共享的電源及相關(guān)導(dǎo)體的共用阻抗耦合

(2) 通過由多個電路共享的回流導(dǎo)體的共用阻抗耦合

(3) 高速傳輸線不匹配,導(dǎo)致反射

(4) 相鄰傳輸線之間的串?dāng)_耦合,而這兩根傳輸線屬于不同的電路

(5) 高增益模擬放大器之間的輻射串?dāng)_耦合

(6) 電路內(nèi)感性負(fù)載切換導(dǎo)致的瞬態(tài)噪聲,耦合到相鄰電路

(7) 電源產(chǎn)生的噪聲進(jìn)入敏感電路

在EMI和信號完整性背后的主要因素是時變或者瞬態(tài)電流,這些存在于PCB的電源電路信號傳輸線中。

PCB內(nèi)EMI相互作用的強(qiáng)度取決于電路中電流的大小,電路之間的耦合效率,特別和他們的頻率分量相關(guān)。

如果考慮的是電流,那么就暗示了往返路徑的存在。

電流遵循閉環(huán)路徑,從電源,通過元器件,然后再返回。

對于信號和電源電路都是如此。

因此,為了獲得優(yōu)良的PCB EMI性能,需為電源和信號提供低阻抗返回路徑。

參考文獻(xiàn):Grounds for grounding

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