有许多方法可以降低 PCB 设计的 EMI

基本原理:

电源和地平面提供屏蔽

顶层和底层的地平面至少可以把多层板设计中的辐射降低 10dB

PCB 中器件的摆放 - 将模拟系统和数字系统离得尽可能远

使用合适的去耦电容可以降低电源 / 地平面的噪声, 并由此来消弱来自这些平面的 EMI

保持信号走线远离 PCB 的边缘

避免在 PCB 走线中使用直角

PCB 走线会由于反射在基频和数倍谐波内引起谐振

在 PCB 设计获得最好的性能

随着放大器与转换器的提升,在 PCB 设计中获得所需要的性能是一种挑战

在设计之前进行布线指导和设计要点的培训会节取很多调试的时间

混合信号的布线技术

小信号的布线技术

 

 

数字电流通过模拟回路的返回路径会导致错误的电压

 

 

 

混合信号 IC(较低的数字电流)的的接地:多板设计

 

 

星形接地 - 分离的模拟和数字地平面

 

 

地平面的特征

在同一块板子上,无线数字信号经常会有较高的数字逻辑,例如高增益的 RF 电路

屏蔽和接地对于接收端的设计是非常有效的

辐射在源端就应该被屏蔽掉

地平面电流应该回到源端

电源电流会通过最小电阻和电感路径回到源端

至少有一层完整的地平面

一个完整的 PCB 层是一个连续的地导体

提供最小的电阻和电感,但它不并不能解决所有的地平面问题

地平面的割裂会提高或者降低回路的性能 - 这里没有通用的规则

消除可能的接地回路

 


布线中特别需要关心的是数字返回电流不要通过板子中的模拟区域

怎样充分利用你的地平面

提供尽可能多的地平面

尤其是在高频走线的下面

尽可能使用较厚的金属板

降低电阻并提高散热

帮助降低由趋肤效应引起的损耗

安装上升时间较快或高频的器件时应尽可能的贴近板子

尽量不要使用加铅的器件

尽量找出对于地平面来说是最危险的器件以降低压降

将模拟电路圈禁在一个区域内,然后将数字电路放在另外一个区域内

避免将数字回路与模拟回路离得较近,这样有助于避免数字噪声耦合到模拟线上

完整地平面接地举例

高速转换器 PCB 板的单个

GND 层

顶层与底层的空地方用

GND 覆盖,不要变成无连接的孤立铜区

尽可能的利用 via 连接 2 个或多个 GND 层,但不要将平面切碎

例子

顶层是完整的地平面

底层有一条走线通过 RF 连

接器边到负载

返回电流从负载流回接收端, 位于走线的正上方

 

 

分割地平面举例

 

 

接地回路由两个分割开的地平面引入

例如一个数字线路以 1 v/ns 开关,10 pf 的负载将会产生 10mA 的瞬态电流

如果 6 条线路同时开关,回路上将会有 160mA 的开关电流

接地 -DC 电流 VS AC 电流

单一地平面和分割地平面

对于高速转换器布线(>10Mhz)

使用单点 GND 层,没有 AGND 与

DGND 的区别

分开的 AGND 和 DGND 连接到同一点一般只在低速设计中使用

(低于 1Mhz)

一些分割线能够切开不同的区域, 但连接关系线必须宽于于器件(>10mm  width),并且不能有别的信号线跨越他

如果要考虑所有的频率范围(比如从 DC 至 50Mhz),那地平面的设计就需要就实际情况来研究

例子

在一个破裂的地平面上,返回电流总是顺着最小阻抗路径返回

在 DC,电流顺着最小电阻路径返回,随着频率的升高,电流顺着最小电感路径返回

因为会有回路电感的存在,可能会引起 EMI/RFI 的问题

 

 

优秀的器件摆放与切割线

 

 

将模拟区域,混合信号区域和数字区域分割开

输入与输出没有交叉

时钟区域是一个单独的区域

供电电源是一个单独的区域,尤其是 DC-DC 区域

DC-DC 在一个角落,最好在另外一块 PCB 板上

DC-DC 必须使用分割线

大电容最好放置在角落,或靠近 PCB 的边缘

供电系统的优先规则

 

 

一个 Card-entry 的滤波器对于模拟系统中的中低频段噪声滤除是非常有好处的。

高性能的模拟电源系统使用线性调节器,其优先级如下:

AC line power

Battery power systems

DC-DC power conversion systems

记住电解电容器阻抗随频率变化而变化

 

 

 

DC-DC 电源滤波

 

 

开关调节器应该尽量避免,如果不行…

控制噪声

提高布线和铺地的质量

考虑 EMI

不建议 DC-DC 供电系统和模拟供电系统一样,至少要增加 LDO

DC-DC 供电可以和数字供电的 ADC 或 MCV (ADuC702x)一样

DC-DC 应该远离 ADC(Or ADuc702x)

C-L-C 婆婆器应靠近 DC-DC

每个 Power pin 附近需要一个 0.1uf 的电容

在电源平面铺一个较大的 3.3v 平面有很大帮助