具有良好的电磁兼容性的DSP电路板布线方法

2019-01-29 13:06:04 来源:网络
标签:

 

0 引言

印制线路板(PCB)提供电路元件和器件之间的电气连接,是各种电子设备最基本的组成部分,它的性能直接关系到电子设备质量的好坏。随着电子技术的发展,各种电子产品经常在一起工作,它们之间的干扰越来越严重,所以电磁兼容问题成为一个电子系统能否正常工作的关键。同样,随着PCB的密度越来越高,PCB设计的好坏对电路的干扰及抗干扰能力影响很大。要使电子电路获得最佳性能,除了元器件的选择和电路设计之外,良好的PCB布线在电磁兼容性中也是一个非常重要的因素。


随着高速DSP技术的广泛应用,相应的高速DSP的PCB设计就显得十分重要。由于DSP是一个相当复杂、种类繁多并有许多分系统的数、模混合系统,所以来自外部的电磁辐射以及内部元器件之间、分系统之间和各传输通道间的串扰对DSP及其数据信息所产生的干扰,已严重地威胁着其工作的稳定性、可靠性和安全性。据统计,干扰引起的DSP事故占其总事故的90%左右。因此设计一个稳定、可靠的DSP系统,电磁兼容和抗干扰至关重要。

 

1 DSP的电磁干扰环境

电磁干扰的基本模型由电磁干扰源、耦合路径和接收机3部分组成,如图1所示。

 

 

电磁干扰源包含微处理器、微控制器、静电放电、瞬时功率执行元件等。随着大量高速半导体器件的应用,其边沿跳变速率非常快,这种电路可以产生高达300 MHz的谐波干扰。耦合路径可以分为空间辐射电磁波和导线传导的电压与电流。噪声被耦合到电路中的最简单方式是通过导体的传递,例如,有一条导线在一个有噪声的环境中经过,这条导线通过感应接收这个噪声并且将其传递到电路的其他部分,所有的电子电路都可以接收传送的电磁干扰。例如,在数字电路中,临界信号最容易受到电磁干扰的影响;模拟的低级放大器、控制电路和电源调整电路也容易受到噪声的影响。

 

2 DSP电路板的布线和设计

良好的电路板布线在电磁兼容性中是一个非常重要的因素,一个拙劣的电路板布线和设计会产生很多电磁兼容问题,即使加上滤波器和其他元器件也不能解决这些问题。

 

正确的电路布线和设计应该达到如下3点要求:

 

(1)电路板上的各部分电路之间存在干扰,电路仍能正常工作;

 

(2)电路板对外的传导发射和辐射发射尽可能低,达到有关标准要求;

 

(3)外部的传导干扰和辐射干扰对电路板上的电路没有影响。

 

2.1 元器件的布置

(1)元器件布置的首要问题是对元器件进行分组。元器件的分组原则有:按电压不同分;按数字电路和模拟电路分;按高速和低速信号分和按电流大小分。一般情况下都按照电压不同分或按数字电路与模拟电路分。

 

(2)所有的连接器都放在电路板的一侧,尽量避免从两侧引出电缆。

 

(3)避免让高速信号线靠近连接器。

 

(4)在元器件安排时应考虑尽可能缩短高速信号线,如时钟线、数据线和地址线等。

 

2.2 地线和电源线的布置

地线布置的最终目的是为了最小化接地阻抗,以此减小从电路返回到电源之间的接地回路电势,即减小电路从源端到目的端线路和地层形成的环路面积。通常增加环路面积是由于地层隔缝引起的。如果地层上有缝隙,高速信号线的回流线就被迫要绕过隔缝,从而增大了高频环路的面积,如图2所示。

 

 

图2中高速线与芯片之间进行信号传输。图2(a)中没有地层隔缝,根据“电流总是走阻抗最小的途径”,此时环路面积最小。图2(b)中,有地层隔缝,此时地环路面积增大,这样就产生如下后果:

 

(1)增大向空间的辐射干扰,同时易受空间磁场的影响;

 

(2)加大与板上其他电路产生磁场耦合的可能性;

 

(3)由于环路电感加大,通过高速线输出的信号容易产生振荡;

 

(4)环路电感上的高频压降构成共模辐射源,并通过外接电缆产生共模辐射。

 

通常地层上的隔缝不是在分地时、有意识地加上的,有时隔缝是因为板上的过孔过于接近而产生的,因此在PCB设计中应尽量避免该种情况发生。

 

电源线的布置要和地线结合起来考虑,以便构成特性阻抗尽可能小的供电线路。为了减小供电用线的特性阻抗,电源线和地线应该尽可能的粗,并且相互靠近,使供电回路面积减到最小,而且不同的供电环路不要相互重叠。在集成芯片的电源脚和地脚之间要加高频去耦电容,容量为0.01~0.1μF,而且为了进一步提高电源的去耦滤波的低频特性,在电源引入端要加上1个高频去耦电容和1个1~10μF的低频滤波电容。

 

在多层电路板中,电源层和地层要放置在相邻的层中,从而在整个电路板上产生一个大的PCB电容消除噪声。速度最快的关键信号和集成芯片应当布放在临近地层一边,非关键信号则布放在靠近电源层一边。因为地层本身就是用来吸收和消除噪声的,其本身几乎是没有噪声的。

 
关注与非网微信 ( ee-focus )
限量版产业观察、行业动态、技术大餐每日推荐
享受快时代的精品慢阅读
 

 

继续阅读
教你一眼看穿电路故障的原因

电容损坏引发的故障在电子设备中是最高的,其中尤其以电解电容的损坏最为常见。电容损坏表现为:1.容量变小;2.完全失去容量;3.漏电;4.短路。

高通骁龙712平台发布,被指表现平平?
高通骁龙712平台发布,被指表现平平?

日前,高通推出了面向中高端产品的手机处理芯片骁龙712移动平台。这款骁龙712更像是骁龙710的升级版本,在性能方面有所提升。

无人再提DSP
无人再提DSP

在不久的将来,单一的DSP或FPGA实现的数字系统会被DSP+FPGA的结构或嵌入DSP模块的FPGA设计结构所取代。

599元的小米小爱智能音箱HD拆解:性价比是否和小米手机一样好?

小米目前的AI布局比较完美,有小米AI音箱、 小米小爱音箱mini等等。其中,小米AI音箱中规中矩并且目前大多数家庭都在使用,小爱音响mini则适合在随处移动的地方例如学生宿舍、临时办公场所等等,另外还有更加便携的小米小爱蓝牙音箱随身版,可以随心带出户外使用,可以说小米智能音箱覆盖了绝大多数的使用场景。

电子式互感器设计方案及电磁兼容设计分析

对电子式互感器的输出信号在高压侧实现就地数字化,目的为了使被测量在信息传输过程中,不会产生新的误差,不受负荷影响。

更多资讯
芯禾科技电磁仿真软件IRIS 通过GLOBALFOUNDRIES 12LP工艺认证

国内EDA软件、集成无源器件IPD和系统级封装领域的领先供应商,芯禾科技于近日宣布其三维全波电磁场(EM)仿真软件IRIS已通过GLOBALFOUNDRIES格芯的12纳米领先性能(12LP)工艺技术认证。该认证能确保设计人员可以放心地使用格芯12LP的FinFET半导体制造工艺文件进行IRIS仿真。

IPC PCB技术趋势报告详述PCB制造商的应对策略

IPC—国际电子工业联接协会®新发布《2018年PCB技术趋势调研报告》。报告中详述了PCB制造商如何应对当前技术需要来满足截止到2023年的技术变革。

NCAB集团在马来西亚成立分公司,总经理已到位

“在较长一段时间内,我们考虑在马来西亚拓展业务的可能性。我们看到整个东南亚电子市场蓬勃发展,尤其是马来西亚国内对多品种小批量PCB需求不断增长。槟城更是许多国际大型EMS以及本地EMS的制造基地,所以NCAB马来西亚将会是我们继续扩展到周边国家的基地。”NCAB集团首席财务官Anders Forsén 在一份新闻稿中表示。

Eugene

捷多邦携福猪给您送礼啦,最高可得2019元

新年伊始,万象更新,送走不平凡的2018,我们又以崭新的面貌,继续“中国制造”的征程。让我们一起牢记梦想,为创新中国砥砺前行。再出发,请先收下这份小小礼物

看不懂芯片后端报告怎么做个合格的前端设计工程师
看不懂芯片后端报告怎么做个合格的前端设计工程师

首先,我要强调,我不是做后端的,但是工作中经常遇到和做市场和芯片同事讨论PPA。这时,后端会拿出这样一个表格:

电路方案