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掀起印制電路板電磁相容的“蓋頭”之三 —— 說說走線和板層規劃

2015年11月02日15:19 PCB SMT網

說到電磁干擾,大家都會不約而同的想說走線的問題,印制電路板材質引起的問題和周圍環境的問題等等。關于材質問題,是我們不能決定的,能建議就是在資金允許的范圍內找大型的PCB廠家并提出你的材料要求。今天我來說說防止電磁干擾的印制電路板走線和板層設計。

說到走線和板層,我們就會想到2層板4層板等。首先介紹下微帶線和帶狀線。微帶線是只有一邊具有參考平面的印制電路板走線,我們也可以理解為接觸空氣的走線,即頂層和底層的走線。帶狀線指兩邊都有參考平面的傳輸線,可以理解為多層印制電路板中中間層的走線。

微帶線為PCB可以抑制RF,時鐘信號和高速數據信號我們通常將其在頂層也是這個原因。使用微帶線容易將外部環境的RF信號引入系統,這需要注意。同樣帶狀線可以較好地防止RF輻射,但只能用于較低的傳輸速度,但是可以對內部走線的RF進行完全屏蔽,因為它對射頻輻射具有較好的抑制能力。

通常經驗告訴我們,微帶線延時小,對于一般FR4的板材,1inch微帶線對應的走線延時約140ps;帶狀線1inch帶狀線對應的走線延時約170ps;另外,二者在特征阻抗的計算可以利用工具si9000進行計算。

在設計電路中需要格外注意信號的傳輸延遲和電路之間的串擾問題。在高速電路設計中這點更加明顯,阻抗匹配的利器阻抗分析儀就顯得更加重要。如果阻抗不匹配會使RF 能量由內部的走線通過輻射或導通方式(包括串擾) 改變周圍的電磁環境和電路特性。
當我們在布線時,特別是DDR2或者DDR3的時候,一定要控制走線的長度和元件之間的距離,太長會影響效果和帶來更加麻煩的調試,但是有一點好處就是顯得布局不那么擁擠,但是,結果會讓人手足無措。

針對處理器芯片的布線(一般都為多層板),這個時候要分割電源層,并且電源靠近cpu,通過過孔和短而粗的走線,并且加上去耦電容,可以有效的減少噪音。如果設計時將電源層放置的遠離cpu,那么無形中會增加電源的走線長度和從而增加了cpu產生的噪聲通過走線影響周圍電器特性的風險。

現在越來越多的使用了高性能高頻率的cpu,由于其功能豐富而采用多層板進行電路設計,就不得不說電源層的重要性。一個好的電源層分割可以提供一個低阻抗的電流返回通路,而這是我們進行EMC設計的終極目標。
關于電源分割,依照三步走的策略一般可以完成:第一步,按照要求設定電源管理的各項規則;第二步,依照頂層的元件布局來劃分電源層,盡量做到一塊電源管理一塊元件。第三步,利用過孔和走線進行元件的連接,在該步驟中需要注意上文說的走線規則。這樣就實現了電源層的分割。

在布線的時候,特別是高速線信號布線,我們一定把堅持3W和20H原則牢記心間。這樣可以在第一步開始減小電磁干擾。

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