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設(shè)計(jì)PCB時,頻率產(chǎn)生器件、驅(qū)動器、電源模塊和濾波元件的位置及排列方向會對整體EMC性能產(chǎn)生影響。合理的布局對于實(shí)現(xiàn)EMC目標(biāo)至關(guān)重要,良好的EMC布局可減少電磁干擾(EMI),提高電路的抗干擾能力(EMS),確保電子產(chǎn)品穩(wěn)定運(yùn)行。
設(shè)計(jì)PCB布局應(yīng)遵循以下關(guān)鍵原則:
1、信號流向優(yōu)先:讓關(guān)鍵高速信號線路最短。
2、時鐘電路處理:盡量縮短時鐘走線,無法縮短時在兩側(cè)添加屏蔽地線,時鐘電路應(yīng)遠(yuǎn)離I/O接口和連接器,布置在電路板內(nèi)側(cè)。
3、區(qū)域分配:低頻數(shù)字I/O和模擬I/O電路靠近連接器布置,高速電路等噪聲源和敏感電路靠內(nèi)側(cè)放置。
4、其他考量:功率放大與驅(qū)動部分應(yīng)遠(yuǎn)離屏蔽體開孔區(qū)域,晶振、晶體等元件靠近對應(yīng)IC放置,基準(zhǔn)電壓源和模擬信號輸入線應(yīng)遠(yuǎn)離數(shù)字信號線路。
功能導(dǎo)向分區(qū)
將電路按功能模塊化處理,例如時鐘電路、放大電路、驅(qū)動電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、I/O接口、電源模塊和濾波電路等。依據(jù)信號流向進(jìn)行合理布局,確保模塊間連接路徑最短,減少交叉干擾。
頻率導(dǎo)向分區(qū)
根據(jù)工作頻率和信號速率將電路分區(qū),采用高、中、低頻率逐級布局方式,避免不同頻段電路相互交錯,降低頻率干擾。
信號類型分區(qū)
將數(shù)字電路與模擬電路分開布局,通過空間隔離減少相互耦合。數(shù)模轉(zhuǎn)換電路(如A/D、D/A轉(zhuǎn)換器)應(yīng)位于兩個區(qū)域的交界處,并確保模擬部分管腳位于模擬地平面上方,數(shù)字部分管腳位于數(shù)字地平面上方。
時鐘布局
晶振和時鐘發(fā)生器應(yīng)盡量布置在電路板的內(nèi)部區(qū)域,遠(yuǎn)離板邊和I/O接口。這類高頻振蕩器件是電磁干擾的主要發(fā)射源,應(yīng)與敏感電路保持足夠的距離,并考慮在其周圍添加適當(dāng)?shù)慕拥仄帘?。晶振?yīng)靠近使用其時鐘信號的主控芯片放置,以縮短時鐘傳輸路徑,減少輻射。
電源布局
電源轉(zhuǎn)換如DC-DC電源模塊、線性穩(wěn)壓器等應(yīng)單獨(dú)劃分區(qū)域。開關(guān)電源模塊是電磁干擾的主要來源之一,盡管系統(tǒng)中各單板都有獨(dú)立電源系統(tǒng),但這些干擾仍能通過背板連接或空間耦合方式傳播至其他單板。因此電源部分必須合理布局于單板的電源入口位置附近。對于占用面積較大的電源電路,應(yīng)統(tǒng)一置于單板的同一側(cè)邊。由于電源部分在功能上相對獨(dú)立且常是EMI問題的源頭,使用過孔柵欄或分割線在物理上劃分電源區(qū)域與其他電路區(qū)域,有效抑制電源噪聲向敏感電路的傳播。
濾波元件
敏感的濾波器件應(yīng)當(dāng)遠(yuǎn)離干擾源,大功率濾波器與小信號濾波器之間需要保持適當(dāng)?shù)母綦x距離。對于不同頻段的濾波器,建議按照頻率高低進(jìn)行梯度布局,高頻濾波器應(yīng)當(dāng)更靠近信號源,而低頻濾波器可以適當(dāng)放置得遠(yuǎn)一些。
高速緩沖器和驅(qū)動器
對于高速緩沖器和驅(qū)動器,應(yīng)放置在驅(qū)動線路的起始端,盡量靠近負(fù)載器件,以減小信號反射。驅(qū)動大電流負(fù)載的器件周圍應(yīng)設(shè)計(jì)充分的散熱區(qū)域,并確保電流回路完整。負(fù)載比較大的應(yīng)該和驅(qū)動器電源分開,避免相互干擾。
模擬信號處理器件
模擬信號處理器件如運(yùn)放、比較器等應(yīng)遠(yuǎn)離數(shù)字處理電路,特別是遠(yuǎn)離高頻時鐘源和電源模塊。模擬信號路徑應(yīng)盡量短,避免與數(shù)字信號線平行走線。對于高精度模擬電路,建議考慮添加屏蔽層或屏蔽罩。
RF射頻器件
嚴(yán)格參考設(shè)計(jì)布局,保持信號路徑阻抗連續(xù)性,并避免其信號線與其他高速信號線交叉。射頻部分最好設(shè)計(jì)為獨(dú)立區(qū)域,甚至可考慮使用內(nèi)部屏蔽隔離。
大功率器件和散熱元件
大功率器件和散熱元件應(yīng)合理布置,避免熱點(diǎn)集中,并考慮整體散熱通道設(shè)計(jì)。這些器件通常需要較大的銅面積散熱,但過大的銅面也可能形成天線結(jié)構(gòu),因此需要權(quán)衡EMC性能和散熱效果。
接口連接器
接口連接器如USB、以太網(wǎng)等應(yīng)布置在板邊,且信號線盡量短,避免跨越整個電路板。對于高速接口,應(yīng)考慮信號完整性問題,保持差分對走線的完整性。
高頻特性
在高頻情況下,印刷線路板上的引線、過孔、電阻、電容、電感等不可忽略。電阻產(chǎn)生對高頻信號的反射,引線的分布電容會起作用,當(dāng)長度大于噪聲頻率相應(yīng)波長的1/20時,就產(chǎn)生天線效應(yīng),噪聲通過引線向外發(fā)射。