EMC设计中跨分割区及开槽的处理

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作者: 杨晔龙、胡艳

一 PCB设计过程中开槽的形成

PCB设计过程中开槽的形成包括:

  1. 对电源或地平面分割造成的开槽;当PCB板上存在多种不同的电源或地的时候,一般不可能为每一种电源网络和地网络分配一个完整的平面,常用的做法是在一个或多个平面上进行电源分割或地分割。同一平面上的不同分割之间就形成了开槽。

  2. 通孔过于密集形成开槽(通孔包括焊盘和过孔);通孔穿过地层或电源层而与之没有电气连接时,需要在通孔周围留一些空间以便进行电气隔离;但当通孔之间的距离靠得太近时,隔离环就会重叠起来,形成开槽。

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二 开槽对PCB版EMC性能的影响

开槽对PCB板的EMC性能会造成一定的影响,这种影响可能是消极的,也可能是积极的。首先我们需要了解高速信号与低速信号的面电流分布。在低速的情况下,电流沿电阻最低的路径流动。下图所示的是低速电流从A流向B时,其回流信号从地平面返回源端的情形。 此时,面电流分布较宽。

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在高速的情况下,信号回流路径上的电感的作用将超过电阻的作用。高速回流信号将沿阻抗最低的路径流动。此时,面电流的分布很窄,回流信号成束状集中在信号线的下方。

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当PCB板上存在不相容电路时,需要进行“分地”的处理,即根据不同的电源电压、数字和模拟信号、高速和低速信号、大电流和小电流信号来分别设置地平面。从前面给出的高速信号与低速信号回流的分布可以很容易地理解分地可以防止不相容电路的回流信号的叠加,防止共地线阻抗耦合。

但不论高速信号还是低速信号,当信号线跨越电源平面或地平面上的开槽时都会带来很多严重的问题,包括:

  1. 增大电流环路面积,加大了环路电感,使输出的波形容易振荡;

  2. 对于需要严格的阻抗控制、按带状线模型走线的高速信号线,还会因为上平面或下平面或上下平面的开槽破坏带状线模型,造成阻抗的不连续,引起严重的信号完整性问题;

  3. 增加向空间的辐射发射,同时易受空间磁场的干扰;

  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;

  5. 加大与板上其它电路产生高频信号串扰的可能性(如下图)。

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三 PCB设计对开槽的处理

对开槽的处理应该遵循以下原则:

  1. 需要严格的阻抗控制的高速信号线,其轨线严禁跨分割走线,避免造成阻抗不连续,引起严重的信号完整性问题;

  2. 当PCB板上存在不相容电路时,应该进行分地的处理,但分地不应该造成高速信号线的跨分割走线,也尽量不要造成低速信号线的跨分割走线;

  3. 当跨开槽走线不可避免时,应该进行桥接;

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  4. 接插件(对外)不应放置在地层隔逢上,图中如果地层上的A点和B点间存在较大的电位差,就有可能通过外接电缆产生共模辐射;

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  5. 高密度接插件在进行PCB设计时,除非有特别的要求,一般应该保证地网络环绕每一个引脚,也可以在进行引脚排布时均匀地安排地网络,保证地平面的连续性,防止开槽的产生;

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来源:韬略科技EMC

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