高速pcb设计规范 (静电 pcb设计规范)

如安在高速PCB规划时做好EMI操控
EMI的辐射搅扰是PCB规划中的一大要害，更别说是高速PCB的规划了。而关于EMI的发作理论上工程师应该都是很清楚的，并且也都知道一些遍及的关于按捺EMI的手法和方法。这儿将为咱们共享的是针对高速PCB规划中，将怎么对EMI进行很好的操控，然后得到完美的PCB规划，详细操控规划请看下文。
EMI工程师应该都能从理论上剖析了EMI的发作状况，并主要从体系规划方面考虑许多实践选用的按捺EMI的手法和方法，这儿咱们将针对高速PCB规划，来剖析怎么进行EMI操控。
1、传输线RLC参数和EMI
关于PCB板来说，PCB上的每一条走线都能够有用三个根本的散布参数来对它进行描绘，即电阻，电容和电感。在EMI和阻抗的操控中，电感和电容的效果很大。
电容是电路体系存储体系电能的元件。任何相邻的两条传输线之间，两层PCB导电层之间以及电压层和周围的地平面之间都能够组成电容。在这些一切的电容中，传输线和它的回流电流之间组成的电容数值巨大，也数量最多，由于任何的传输线，它都会在它的周围经过某种导电物质构成回流。依据电容的公式：C=εs/(4kπd)，他们之间构成的电容的巨细和传输线到参阅平面的间隔成反比，和传输线的直径(横截面积)成正比。咱们都知道，假如电容的数值越大，那么他们之间存储的电场能量也越多，换句话说，他往外部走漏体系能量的比率将更少，那么这个体系发作的EMI就会得到必定的按捺效果。
电感是电路体系中存储周围磁场能量的元件。磁场是由流过导体的电流发作的感生场。电感的数值表明它存储导体周围磁场的才干，假如磁场削弱，感抗就会变小，感抗变大的时分，磁场就会增大，那么对外的磁能量辐射也会变大，即EMI值越大。所以，假如体系的电感越小，那么就能对EMI进行按捺。在低频状况下，假如导体变短，厚度变大，变宽的时分，导体的电感就会变小，而在高频状况下，磁场的巨细则和导线及其回流构成的闭环面积的函数，假如把导线与其回路挨近，由于回流和自身电流巨细持平(在絶佳回流状况)方向相反，所以两者发作的磁场就会彼此抵消，下降了导体的感应电感，所以，坚持导体上电流和其絶佳回流途径，能够必定程度的减小EMI。
而在一个实践电路中，导线的电容和电感是融合为一体的，咱们假如只剖析电容或许只考虑电感都有些片面，所以咱们引进阻抗。阻抗是传输线上输入电压对输入电流的比率值(Z0=V/I)。导线和回路之间的阻抗是导线及其回路之间电感和电容的函数，阻抗ZO等于(L/C)1/2。
经过前面的剖析和阻抗ZO的公式，从按捺EMI视点上来说，咱们期望阻抗越小越好。当阻抗比较小即电容较大和电感较小的时分，咱们只需坚持电路的正常布线，使电流坚持絶佳回流途径，就能够使EMI操控在最小。而当电容变小，电感变大，将会使体系屏蔽电磁场能量的才干下降，外泄电磁场能量增加，EMI变大。
2、叠层规划按捺EMI
早年面的剖析能够看到，低阻抗的参阅平面在按捺EMI中起着至关重要的效果，因而咱们在进行叠层规划时，应该特别重视参阅平面层的组织。关于PCB板上的信号走线来说，好的分层应该是让一切的信号层两头紧挨着电源层或许接地层;从电源来看，好的分层是应该把电源与接地层相邻，且电源和接地层的间隔尽或许的小，尽量确保电源和地层上的低阻抗。跟着信号频率的不断提高，一般只要6层板以上的多层PCB板才干起到杰出的EMI按捺效果。下面，咱们以6层板为例，对不同的PCB迭层规划计划的功用好坏做一些比较。
图1 六层PCB的两种典型叠层规划
六层PCB的叠层规划一般有两种计划(如图1所示)。关于第一种计划，咱们能够把电源和地别离放在第3和第4层，这一规划尽管电源覆铜阻抗低，可是由于第1层和第6层为信号层，其电磁屏蔽功用差，导线上的很大一部分磁场都要辐射到外界，换句话说，信号电流和回流信号中，一个处于屏蔽规模内，而另一个却有一半处于屏蔽规模外，一个处于屏蔽规模之内，这样其实增加了差模EMI。可是假如两个外层上的信号线数量最少，走线长度很短(短于信号最高谐波波长的1/20)，则这种规划能够处理差模EMI问题。将外层上的无元件和无走线区域铺铜填充并将覆铜区接地(每1/20波长为间隔)，则对差模EMI的按捺特别好。并且咱们还能够条件答应的状况下，在信号层的每一层靠边处铺设一圈铜，并且在1/20波长的间隔内打控，也能很好的避免EMI的走漏.如前所述，要将铺铜区与内部接地层多点相联。第二种计划便是将电源和地别离放在第2和第5层，尽管按捺了绝大部分差模EMI，但由于电源覆铜阻抗高，对削减共模EMI辐射的效果欠好。此外，从信号阻抗
操控的观念来看，这一做法也是十分有利的，因而该计划成为现在运用最广泛的六层板规划计划。
假如咱们能够有才干将一切的信号走线彻底散布在两层内进行，那么咱们能够选用其它更优化的叠层规划：将第1和第6层(两个表层)铺地，第3和第4层设置为电源和地。信号线走在2和5层，两头都有参阅平面屏蔽，因而EMI按捺才干是优异的。该规划的缺陷便是走线层只要两层，布线空间略显严重。实践中要灵敏处理，比如在铺铜区内也能够恰当走线，仅仅要留意不能间隔上层信号的回流通路。
还有一种叠层计划为：信号、地、信号、电源、地、信号，这也可完成信号完好性规划所需求的杰出的环境：信号层与参阅层相邻，电源层和接地层配对。不足之处在于铺铜层的堆叠不平衡，这会给加工制作带来费事。处理问题的方法是将第3层一切的空白区域填铜，填铜后假如第3层的覆铜密度挨近於电源层或接地层，这块板就能够近似地看作是结构平衡的电路板。留意，填铜区有必要接电源或接地(最好接地)，衔接过孔之间的间隔仍然是小于1/20波长。
3 、电容和接地过孔对回流的效果
高速PCB规划中关于EMI的按捺是十分灵敏的，规划者永久不或许很完美地处理一切的EMI问题，只要从小处着手，从对各个细节的掌握来到达全体按捺的效果，有时，往往一个看似微乎其微的电容或过孔都能起着无足轻重的效果。或许说到电容对EMI的按捺效果咱们都比较了解，即运用电容的储能滤波特性，安稳电压，消除高次谐波，然后到达下降EMI的效果。在这节里，咱们将要点剖析一下电容和接地过孔在确保信号低阻抗回路中所起的效果，这也是多层PCB板规划中有用按捺EMI的重要方面之一。
多层PCB规划中，由于布线密度，拓补结构的要求，信号走线常常需求在层间切换，假如它所参阅的地平面也发作变化，那么该信号的回流途径将发作变化，然后发作必定的EMI问题，如图2所示：
图2 信号换层带来的EMI问题
处理这一问题最简略也是最有用的方法便是合理增加电容或过孔。假如两个不同的参阅平面都是地或都是电源，那么咱们能够经过增加接地过孔或许电源衔接过孔来为信号的回流供给回路(图3 A);假如两个参阅平面是电源和地之间的切换，那么就能够运用旁路电容供给低阻抗的回路(图3 B)。
图3 过孔或电容供给回流通路
上图咱们能够看到，在信号走线换层的邻近多放置一些接地过孔(电源孔)和电容能为信号供给完好的低阻抗的回路，确保了信号和回流之间的耦合，然后按捺了EMI。需求留意的是，回流经过电容切换参阅平面时，由于自身及过孔的寄生电感存在，仍然会发作必定的电磁辐射和信号衰减，所以规划者脑筋里要有一个正确的指导思想：尽量少换层走线，换层后尽量坚持信号挨近同一(或许同特点)的参阅平面。
PCB板上器材的布局，能够依照下面几个准则来进行：
依照器材的功用和类型来进行布局。关于功用相同或许邻近的器材，放置在一个区域里边有利于减小他们之间的布线长度。并且还能避免不同功用的器材在一个小区域内构成搅扰。
依照电源类型进行布局。这个是布局中最重要的一点，电源类型包含不同的电源电压值，数字电路和模仿电路。依照不同电压，不同电路类型，将他们分隔布局，这样有利于最终地的切割，数字地紧贴在数字电路下方，模仿地紧贴在模仿电路下方。这样有利于信号的回流和两种田平面之间的安稳。
关于共地址和转化器的放置。由于电路中很或许存在跨地信号，假如不采纳什么方法，就很或许导致信号无法回流，发作很多的共模和差模EMI。所以，布局的时分尽量要削减这种状况的发作，而关于非走不可的，能够考虑给模仿地和数字地挑选一个共地址，供给跨地信号的回流途径。电路中有时还存在A/D或D/A器材，这些转化器材一起由模仿和数字电源供电，因而要将转化器放置在模仿电源和数字电源之间。
关于PCB的走线，咱们这儿主张如下一些方法来按捺EMI：
确保一切的信号尤其是高频信号，尽或许挨近地平面(或其他参阅平面)。
一般超越25MHz的PCB板规划时要考虑运用两层(或更多的)地层。
在电源层和地层规划时满意20H准则。
(由于RF电流在电源层和地层的边际也简单发射电磁波，处理这个问题的最好方法便是选用20-H规矩，即地平面的边际比电源平面大20H(H是电源到地平面的间隔)。若是规划中电源的管脚在PCB的边际，则能够部分延展电源层以包住该管脚。)
将时钟信号尽量走在两层参阅平面之间的信号层。
确保地平面(电源平面)上不要有人为发作的间隔回流的断槽。
在高频器材周围，多放置些旁路电容。
信号走线时尽量不要换层，即便换层，也要确保其回路的参阅平面相同。
在信号换层的过孔邻近放置必定的衔接地平面层的过孔或旁路电容。
当走线长度(单位英寸)数值上等于器材的上升时间(单位纳秒)，就要考虑增加串联电阻。
确保时钟信号或其他高速电路远离输入输出信号的走线区域。
尽量削减印制导线的不连续性，例如导线宽度不要骤变，导线的角落应大于90度，信号走线不能呈环状等。
在一些重要的信号线周围能够加上维护的地线，以起到阻隔和屏蔽的效果。
关于跨地信号，要想方法确保它最小回流面积。
能介绍一些国外关于高速PCB 规划的技能书本和材料吗？
现在高速数字电路的运用有通讯网路和计算机等相关范畴。在通讯网路方面，PCB 板的作业频率已达GHz 上下，迭层数就我所知有到40 层之多。计算机相关运用也由于芯片的前进，无论是一般的PC 或服务器(Server)，板子上的最高作业频率也现已到达400MHz (如Rambus)以上。因应这高速高密度走线需求，盲埋孔(blind/buried vias)、mircrovias 及build-up 制程工艺的需求也逐渐越来越多。这些规划需求都有厂商可很多生产。

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