PCB五大設計難題及解決方法
20H 原則是指電源層相對地層內縮 20H 的距離,H 表示電源層與地層的距離,當然也是為抑制邊緣輻射效應。
在板的邊緣會向外輻射電磁干擾 —— 將電源層內縮,使得電場只在接地層的范圍內傳導,有效的提高了 EMC。若內縮 20H 則可以將 70%的電場限制在接地邊沿內;內縮 100H 則可以將 98%的電場限制在內。
我們要求地平面大于電源或信號層,這樣有利于防止對外輻射干擾和屏蔽外界對自身的干擾,一般情況下在 PCB 設計的時候把電源層比地層內縮 1mm 基本上就可以滿足 20H 的原則。
在 PCB 設計中如何來體現(xiàn) 3W 原則與 20H 原則?
第一,3W 原則,在 PCB 設計中很容易體現(xiàn),保證走線與走線的中心間距為 3 倍的線寬即可,如走線的線寬為 6mil。那么為了滿足 3W 原則,在 Allegro 設置線到線的規(guī)則為 12mil 即可,軟件中的間距是計算邊到邊的間距,如圖所示:
第二,20H 原則,在 PCB 設計的時候,為了體現(xiàn) 20H 原則,我們一般在平面層分割的時候,將電源層比地層內縮 1mm 就可以了。然后在 1mm 的內縮帶打上屏蔽地過孔,150mil 一個。
PCB 中信號線分為哪幾類,區(qū)別在哪?
PCB 中的信號線分為兩種:微帶線和帶狀線。
微帶線:是走在表面層(microstrip),附在 PCB 表面的帶狀走線, 藍色部分是導體,綠色部分是 PCB 的絕緣電介質,上面的藍色小塊兒是微帶線(microstrip line)。
由于 microstrip line(微帶線)的一面裸露在空氣里面,可以向周圍形成輻射或受到周圍的輻射干擾,而另一面附在 PCB 的絕緣電介質上,所以它形成的電場一部分分布在空中,另一部分分布在 PCB 的絕緣介質中。但是 microstrip line 中的信號傳輸速度要比 stripline(帶狀線)中的信號傳輸速度快,這是其突出的優(yōu)點。
帶狀線:走在內層(stripline/double stripline),埋在 PCB 內部的帶狀走線,藍色部分是導體,綠色部分是 PCB 的絕緣電介質,stripline 是嵌在兩層導體之間的帶狀導線。
因為 stripline 是嵌在兩層導體之間,所以它的電場分布都在兩個包它的導體(平面)之間,不會輻射出去能量,也不會受到外部的輻射干擾。但是由于它的周圍全是電介質(介電常數(shù)比 1 大),所以信號在 stripline 中的傳輸速度比在 microstrip line 中慢。
什么叫做 EMC
EMC,是 Electro Magnetic Compatibility 的縮寫,翻譯過來就是電磁兼容性,是指設備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對該環(huán)境中任何事物構成不能承受電磁騷擾的能力。
傳感器電磁兼容性是指傳感器在電磁環(huán)境中的適應性,保持其固有性能、完成規(guī)定功能的能力。它包含兩個方面要求:一方面要求傳感器在正常運行過程中對所在環(huán)境產(chǎn)生電磁干擾不能超過一定限值;另一方面要求傳感器對所在環(huán)境中存在電磁干擾具有一定程度抗擾度。
PCB 設計中區(qū)分模擬地與數(shù)字地的設計方法有哪些
一般處理模擬地、數(shù)字地的方法有以下幾種:
直接分開,在原理圖中將數(shù)字區(qū)域的地連接為 DGND,模擬區(qū)域的地連接為 AGND,然后 PCB 中的地平面分割為數(shù)字地與模擬地,并把間距拉大;
數(shù)字地與模擬地之間用磁珠連接;
數(shù)字地與模擬地之間用電容連接,運用電容隔直通交的原理;
數(shù)字地與模擬地之間用電感連接,感值從 uH 到幾十 uH 不等;
數(shù)字地與模擬地之間用零歐姆電阻連接。
總結來說,電容隔直通交,造成浮地。電容不通直流,會導致壓差和靜電積累,摸機殼會麻手。如果把電容和磁珠并聯(lián),就是畫蛇添足,因為磁珠通直,電容將失效。串聯(lián)的話就顯得不倫不類。
電感體積大,雜散參數(shù)多,特性不穩(wěn)定,離散分布參數(shù)不好控制,體積大。電感也是陷波,LC 諧振(分布電容),對噪點有特效。
磁珠的等效電路相當于帶阻陷波器,只對某個頻點的噪聲有抑制作用,如果不能預知噪點,如何選擇型號,況且,噪點頻率也不一定固定,故磁珠不是一個好的選擇。
0 歐電阻相當于很窄的電流通路,能夠有效地限制環(huán)路電流,使噪聲得到抑制。電阻在所有頻帶上都有衰減作用(0 歐電阻也有阻抗),這點比磁珠強。
總之,關鍵是模擬地和數(shù)字地要一點接地。建議不同種類地之間用 0 歐電阻相連;電源引入高頻器件時用磁珠;高頻信號線耦合用小電容;電感用在大功率低頻上。
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