Layout時(shí)候?qū)拥臄?shù)目,完整平面的數(shù)目,以及在板上的堆疊方式的選用等等,有時(shí)候沒(méi)有將EMC的顧慮考慮進(jìn)去,經(jīng)謹(jǐn)慎的選擇,以決定哪一層要走哪些信號(hào),可以讓返回電流保持在適當(dāng)?shù)男盘?hào)布線旁邊,因?yàn)榭梢员入S機(jī)布線大大的改進(jìn)其EMC特性,這種小心的布線并不會(huì)增加板的成本,這可能會(huì)稍稍的增加電路板布線所花費(fèi)的時(shí)間,但是與所降低之EMC問(wèn)題相比是非常值得的。 返回電流路徑之考慮是非常重要的 ,在良好的EMC設(shè)計(jì)里可能是 最值得費(fèi)心的觀念 。EMC設(shè)計(jì)之努力要放在PCB 層面 ,而不是屏蔽層面,屏蔽只是用來(lái)最后的優(yōu)化。
處理EMC問(wèn)題時(shí)候
第一個(gè)問(wèn)題永遠(yuǎn)都應(yīng)該是:這個(gè)信號(hào)從哪里來(lái)的?
第二個(gè)問(wèn)題應(yīng)該是:它是如何跑出屏蔽盒的?,將此兩個(gè)問(wèn)題當(dāng)做你的基本策略,可以讓你在測(cè)試實(shí)驗(yàn)室少待一點(diǎn)時(shí)間,從另一方面來(lái)說(shuō),沒(méi)事隨機(jī)的加一些ferrite beads、銅箔膠帶、濾波電容、是讓你長(zhǎng)期待在實(shí)驗(yàn)室的絕佳辦法,并且會(huì)增加不必要的產(chǎn)品成本。
信號(hào)從哪里來(lái)? Where does the signal come from ?
如果你知道信號(hào)時(shí)從哪里來(lái)的,就較可以來(lái)追蹤其耦合至機(jī)殼外的路徑,然后決定最佳的解決方案。時(shí)脈(clock)以及數(shù)據(jù)信號(hào)(data signal)是最為可能的來(lái)源,所以系統(tǒng)中的時(shí)脈頻率及資料率(以及其諧波)是多少?這些頻率是不是吻合于問(wèn)題頻率之頻率點(diǎn)?要記得,100Mb/s資料率的基頻是50MHz,并且是每50MHz一根諧波。
信號(hào)時(shí)如何跑出屏蔽機(jī)殼的? How does the signal getout of the shielded ?
一旦對(duì)于信號(hào)之來(lái)源有些概念,就可以開(kāi)始來(lái)看說(shuō)信號(hào)時(shí)如何跑到機(jī)殼外面去。第一個(gè)線索就是來(lái)查看當(dāng)移動(dòng)或移除各種線纜時(shí),輻射強(qiáng)度是否有很大的影響。
大多數(shù)產(chǎn)品之屏蔽機(jī)殼實(shí)質(zhì)上來(lái)說(shuō)都很小,所以本身不是個(gè)有效的輻射器。
當(dāng)把各式之線纜加到產(chǎn)品上時(shí),這些線纜就會(huì)讓此一產(chǎn)品在電氣上大了很多,并且變成是較有效的輻射器。
信號(hào)從屏蔽機(jī)殼出去只有三種方法:
1 由孔洞、開(kāi)口、縫隙泄漏出去
2 經(jīng)由機(jī)殼屏蔽傳導(dǎo)到線纜以及未屏蔽的線
3 由不理想的屏蔽線纜接觸泄漏至機(jī)殼
如果信號(hào)時(shí)由于上述原因溢出屏蔽機(jī)殼,移動(dòng)線纜就會(huì)改變輻射之振幅。
** 線寬,VIA及常用濾波電容**
**1. **1A電流走線通常為40mil,1mm≈39.37mil,所以1mm的走線承載電流能力一般為1A,這個(gè)通用規(guī)則用來(lái)評(píng)估走線的載流能力,尤其是PA電源線寬的評(píng)估。
**2. **DDR數(shù)字信號(hào)速率評(píng)估:
a. Top層的速率通常為5500mil/ns
b. 內(nèi)層速率通常為4500mil/ns(除了Top和Bottom的其它層)
**3. **VIA:一般情況8mil的孔徑,18mil的焊盤(pán)可承載700mA的電流,具體要跟板廠確認(rèn)工藝能否滿足要求。我們的板子上面常用4mil孔徑+12mil焊盤(pán)和8mil的孔徑+18mil的焊盤(pán)
**4. **常用濾波電容
a. 濾除800M常用濾波電容為33pF
b. 濾除900M常用濾波電容為33pF,36pF,39pF
c. 濾除1.8G常用濾波電容為10pF,12pF
d. 濾除1.9G常用濾波電容為18pF
e. 濾除21102170常用濾波電容為8.2pF5.6pF(先用8.2p,若效果不佳的時(shí)候再往小調(diào),濾除WLAN頻率通常用8.2pF)
舉例如在Audio的濾波電容就是33pF用來(lái)濾除TDD Noise
返回路徑
返回路徑主要是為了考慮EMI和信號(hào)質(zhì)量,在《信號(hào)完整性技術(shù)》和《PCB Design forReal-World EMI Control》(中文譯為印刷電路板設(shè)計(jì)在真實(shí)世界里的EMI控制),里都講到EMC技術(shù)。
結(jié)合實(shí)際來(lái)談?wù)劮祷芈窂?,?jiǎn)單的說(shuō)返回路徑就是信號(hào)電流從終端返回至源端的回路,無(wú)論如何電流都要形成回路,即從終端返回其源端。
返回路徑可為 “ 地平面 ” 亦可為 “ 電源平面 ” ,當(dāng)然能用GND作為返回路徑是首選。高速、高功能之系統(tǒng)通常使用多層板。其中數(shù)層使用為DC電源或是接地參考平面層,這些通常是完整平面,且沒(méi)有裂口分割,因?yàn)橥ǔ?huì)有不同平面層因此不需要在單一平面提哦那個(gè)不同之****DC 電壓。不管在電路圖上這些層叫做什么名字(亦即,接地, +5V , VCC ,數(shù)位電源等),這些層都可以作為市直接相鄰傳輸線信號(hào)之返回電流路徑,對(duì)于這些平面層來(lái)說(shuō),創(chuàng)造出一個(gè)良好低阻抗的返回電流路徑就是其最重要的工作。返回路徑最主要是要完整,有分割的話返回電流會(huì)因?yàn)楦锌固蠖鴮?dǎo)致電位的產(chǎn)生從而導(dǎo)致EMI問(wèn)題。
Xc=1/j2πfc所以高頻時(shí)Xc非常小,又因高頻時(shí)去耦電容連接在電源平面與地之間,所以電源平面也可以作為返回路徑。作為返回路徑的電源平面最好是信號(hào)的供電源路徑,即芯片DC供電源的走線。數(shù)字信號(hào)都是PMOS和NMOS的開(kāi)關(guān)信號(hào),它們都需要DC電源供電,數(shù)字信號(hào)的驅(qū)動(dòng)電源根據(jù)信號(hào)的用途不同分為很多很多的電源域,用來(lái)對(duì)應(yīng)提供給不同的數(shù)字信號(hào)供電。
** 先記住一句話:**
** 對(duì)于EMI應(yīng)用來(lái)說(shuō),電流才是最重要的考慮因素。電流產(chǎn)生輻射,而非電壓。**
EMI/EMC的問(wèn)題是肇因與器材內(nèi)之導(dǎo)體上之時(shí)變電流,稱為di/dt雜訊,電流變化產(chǎn)生了電磁場(chǎng)輻射。
相反地,外來(lái)的電磁場(chǎng)能量也會(huì)導(dǎo)致電路上的di/dt雜訊,造成錯(cuò)誤的邏輯運(yùn)算及器材之誤動(dòng)作。大多數(shù)的高速及快速上升時(shí)間之信號(hào)會(huì)造成EMI/EMC問(wèn)題,這些問(wèn)題會(huì)被連接到該器材之導(dǎo)線電纜所放大,在較低頻率變成有效率之天線。典型之解決方案是使用屏蔽外殼,對(duì)輸出入信號(hào)及電源濾波,并且對(duì)基板上之信號(hào)線及電源平面提供濾波電路。
降低EMI最有效之方式是控制信號(hào)之分布以及它們的源頭。所以,這些信號(hào)時(shí)從哪里來(lái)的?這些信號(hào)的起源可能有很多種,但是最主要的干擾時(shí)來(lái)自于****IC 中的高速切換電流 。
幾乎所有的EMI干擾來(lái)自于產(chǎn)品某處存在之共模電流,所有的這些共模電流都來(lái)自于某些功能上之工作電流。如果這些工作電流能夠好好控制,讓它只含有工作上所需之諧波,來(lái)自于高頻諧波造成之不必要干擾就可以降低。
此一共模電流的來(lái)源最有可能是 工作信號(hào)之回返電流路徑 。當(dāng)電路布局工程師花很多時(shí)間在連接電路間之路徑時(shí),很少會(huì)注意到返回電流路徑。當(dāng)時(shí)脈沖信號(hào)在10MHz以下時(shí),回返電流不會(huì)是個(gè)問(wèn)題,現(xiàn)今,基板上之時(shí)脈沖速度多至200至400MHz,且資料匯流排之速度高達(dá)1GHz是很普通的,因此,信號(hào)之布線路徑應(yīng)視為微波傳輸線(Transmission line)。不論是對(duì)****EMC 特性或是功能特性而言,信號(hào)線之高頻回返電流路徑都是非常重要的 。
電感: Inductance 。 一個(gè)通常被誤解的觀念是對(duì)于電感的認(rèn)知。初級(jí)工程師把電感認(rèn)為是一個(gè)特定之零件,如在電感器(Inductor)即變壓器元件中,而很少考慮到在接地參考平面、信號(hào)布線等等電流路徑上之電感。 有電流流經(jīng)一個(gè)環(huán)路,就會(huì)有電感的存在 。有時(shí)候我們并不知道整個(gè)的路徑,并且整個(gè)路徑中也可能只有部分區(qū)域會(huì)造成輻射,所以區(qū)域電感的觀念也很重要。將區(qū)域電感組合起來(lái),就可以構(gòu)成完整的環(huán)路電感了。也就是說(shuō),若是路徑一部分之區(qū)域電感被考慮到且將其降低了,則整個(gè)路徑的總電感也就降低了?,F(xiàn)今產(chǎn)品所使用的告訴新華使得環(huán)路電感及區(qū)域電感變得比以往都要重要。即使是一個(gè)完美的超導(dǎo)體都會(huì)有電感。
當(dāng)電流流過(guò)電感阻抗時(shí),會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電位差。此一電位差會(huì)導(dǎo)致接地參考平面的雜訊、信號(hào)位準(zhǔn)降低,造成****EMI 輻射的產(chǎn)生 。
接地: Ground 。 如果說(shuō)電感是一個(gè)經(jīng)常被誤解的觀念,那么接地就是最常被誤解。當(dāng)使用接地這個(gè)詞語(yǔ)時(shí),設(shè)計(jì)者通常是指許多種不同的事。它可能是指相對(duì)于50/60Hz之交流電之安全接地(Safety earth reference)。它可能是指對(duì)高速布線之信號(hào)參考點(diǎn)(Signal reference)。它可能是指PCB上之電源回返(Power return),或者,它可能是指金屬機(jī)殼之機(jī)殼接地點(diǎn)(Chassis reference)。它甚至也可能指的是真正的大地接地點(diǎn)(Earth ground),像是在EMI開(kāi)放測(cè)試場(chǎng)地(OATS)中的金屬地平面一樣。很清楚的,在所有的這些場(chǎng)合中,接地這個(gè)字不可能都是同樣的點(diǎn)位位準(zhǔn),但這卻是最原始接地的定義。接地時(shí)一個(gè)零電位的點(diǎn)。實(shí)際上接地或是零電位只存在與無(wú)限值,因之,除非我們使用了非常長(zhǎng)的導(dǎo)線,否則真正的零接地點(diǎn)位是不可能存在在我們的產(chǎn)品之中。較清楚且明確的表示法是將在不同之場(chǎng)合將接地描述成說(shuō):大地接地(Earth-Ground),接地參考點(diǎn)(Ground-reference),電源參考點(diǎn)(Power-reference),機(jī)殼參考點(diǎn)(Chassis-reference)等等。則說(shuō)的人與聽(tīng)的人就都可以明白了。
評(píng)論