PCB 板的设计中,随着频率的迅速提高,将出现与低频 PCB 板设计所不同的诸多干扰,主要有四方面的干扰存在,主要有电源噪声、传输线干扰、耦合、电磁干扰(EMI)四个方面。
 
一、PCB 设计中消除电源噪声的方法有如下几种
1、注意板上通孔:通孔使得电源层上需要刻蚀开口以留出空间给通孔通过。而如果电源层开口过大,势必影响信号回路,信号被迫绕开,回路面积增大,噪声加大。同时如果一些信号线都集中在开口附近,共用这一段回路,公共阻抗将引发串扰。如图 2 所示。
 
图 2 旁路信号回路的公共路径
 
2、连接线需要足够多的地线:每一信号需要有自己的专有的信号回路,而且信号和回路的环路面积尽可能小,也就是说信号与回路要并行。
 
3、模拟与数字电源的电源要分开:高频器件一般对数字噪音非常敏感,所以两者要分开,在电源的入口处接在一起,若信号要跨越模拟和数字两部分的话,可以在信号跨越处放置一条回路以减小环路面积。用于信号回路的数模间的跨越如图 3 所示。
 
图 3 用于信号回路的数模间的跨越
 
4、避免分开的电源在不同层间重叠:否则电路噪声很容易通过寄生电容耦合过去。
 
5、隔离敏感元件:如 PLL。
 
6、放置电源线:为减小信号回路,通过放置电源线在信号线边上来实现减小噪声,如图 4 所示。
 
图 4 信号线边上放置电源线
 
二、PCB 设计中消除传输线干扰的方法如下:
(a)、避免传输线的阻抗不连续性。阻抗不连续的点就是传输线突变的点,如直拐角、过孔等,应尽量避免。方法有:避免走线的直拐角,尽可能走 45°角或者弧线,大弯角也可以;尽可能少用过孔,因为每个过孔都是阻抗不连续点,如图 5 所示;外层信号避免通过内层,反之亦然。
 
图 5 消除传输线干扰的方法
 
(b)、不要用桩线。因为任何桩线都是噪声源。如果桩线短,可在传输线的末端端接就可以了;如果桩线长,会以主传输线为源,产生很大的反射,使问题复杂化,建议不要使用。
 
三、PCB 设计中消除串扰的方法有如下几种
1、两种串扰的大小均随负载阻抗的增大而增大,所以应对由串扰引起的干扰敏感的信号线进行适当的端接。
 
2、尽可能地增大信号线间的距离,可以有效地减少容性串扰。进行接地层管理,在布线之间进行间隔(例如对有源信号线和地线进行隔离,尤其在状态发生跳变的信号线和地之间更要进行间隔)和降低引线电感。
 
3、在相邻的信号线间插入一根地线也可以有效减小容性串扰,这根地线需要每 1/4 波长就接入地层。
 
4、对于感性串扰,应尽量减小环路面积,如果允许的话,消除这个环路。
 
5、避免信号共用环路。
 
6、关注信号完整性:设计者要在焊接过程中实现端接来解决信号完整性。采用这种办法的设计者可专注屏蔽用铜箔的微带长度,以便获得信号完整性的良好性能。对于在通信结构中采用密集连接器的系统,设计者可用一块 PCB 作端接。
 
四、PCB 设计中消除电磁干扰的方法有如下几种
1、减小环路:每个环路都相当于一个天线,因此我们需要尽量减小环路的数量,环路的面积以及环路的天线效应。确保信号在任意的两点上只有唯一的一条回路路径,避免人为环路,尽量使用电源层。
 
2、滤波:在电源线上和在信号线上都可以采取滤波来减小 EMI,方法有三种:去耦电容、EMI 滤波器、磁性元件。EMI 滤波器如图 7 所示。
 
图 7 滤波器的类型
 
3、屏蔽。由于篇幅问题再加上讨论屏蔽的文章很多,不再具体介绍。
 
4、尽量降低高频器件的速度。
 
5、增加 PCB 板的介电常数,可防止靠近板的传输线等高频部分向外辐射;增加 PCB 板的厚度,尽量减小微带线的厚度,可以防止电磁线的外溢,同样可以防止辐射。