下面列舉出四項很重要卻常常被忽略的emc設計指南。
設計指南1:最小化高頻訊號和電源環路面積
最小化高頻訊號和電源的環路面積幾乎在所有的emc設計指南中都有提到,但卻常常被忽略。部分新手甚至不知道什麼是訊號回流路徑。而訊號回流路徑是每位訊號完整性和emc工程師則必須思考的問題。
下面是電路設計人員應該了解有關訊號回流的兩件事:
① 訊號總是返回到源端(即訊號電流路徑總是環路的形式存在)
② 訊號回流總是走阻抗最小的路徑。
在上兆赫茲頻率和更高頻率時,訊號回流路徑相對容易找出來。這是因為高頻下阻抗最小的路徑通常是最小電感的路徑,這通常也是環路面積最小的路徑。訊號回流盡可能靠近訊號輸出的路徑返回。在低頻的情況下(通常為khz頻率及以下),訊號回流往往走阻值最小的路徑。低頻電流更難以追蹤,因為在pcb內阻值最小路徑較難尋找。低頻情況下,訊號回流路徑有可能離訊號走線較遠。
設計指南2:不要拆分或切割訊號回流平面,訊號回流平面盡量完整
下圖為沒有提供良好的訊號電流迴路的情況,如迴路接地平面有縫隙、佈線參考平面換層等,則訊號電流將不能經最優化(最短)路徑返回源頭,那麼,訊號電流將尋求替代的回流路徑,此時將導致回流電流產生不可預期的路徑,從而也增大訊號環路面積。
特殊情況下,數字地和模擬地需要分隔,防止串擾。一般情況下,不要考慮拆分或切割電路板的訊號回流平面。
設計準則3:高速電路不要走在聯結器附近
為什麼聯結器的位置如此重要?在低於幾百兆赫茲的頻率下,波長大約為一公尺或更長。印刷電路板本身內部走線都很短,屬於電小尺寸,因此輻射效率很低。然而,連線到板的電纜或其他裝置則是高效的天線。
訊號電流和回流路徑導致回流平面上任意兩點之間存在很小的電壓差。這些電壓差通常與平面內流動的電流的大小成正比。然而高速電路很容易產生幾毫伏或更大的電位差。如果高速電路靠近聯結器放置,這些電壓會驅動電流到連線的電纜上,導致產品超過輻射發射要求。
設計指南4:抑制高速訊號上公升沿和下降沿時間
高速數碼訊號在較低諧波頻率下具有大量能量,但在高次諧波中能量卻不大,如下圖時鐘訊號:
通過減慢數碼訊號的上公升沿和下降沿時間,可以很好地控制高次諧波頻率。過長的轉換時間會導致訊號完整性和過熱問題,工程師需要在功能和emc之間做折中考慮。
需注意的是,通過抑制訊號回流來減慢或過濾單端訊號高次諧波絕不是乙個好主意。例如,不要將鐵氧體串接在地上試圖濾除高頻雜訊。
在pcb設計階段做好上述4點設計指南,emc測試和整改將會事半功倍。
簡單粗暴的阿姆達爾定律
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