除了元器件的选择和电路设计之外,良好的印制电路板(PCB)布线在电磁兼容性中也是一个非常重要的因素。既然PCB是系统的固有成分,在PCB布线中增强电磁兼容性不会给产品的最终完成带来附加费用。任何人都应记住一个拙劣的PCB布线能导致更多的电磁兼容问题,而不是消除这些问题,在很多例子中,就算加上滤波器和元器件也不能解决这些问题。到最后,不得不对整个板子重新布线。因此,在开始时养成良好的PCB布线习惯是最省钱的办法。下面将对PCB布线的一些普遍规则和电源线、地线及信号线的设计策略进行介绍,最后,根据这些规则,对空气调节器的典型印制电路板电路提出改进措施。
1. 布线分离
布线分离的作用是将PCB同一层内相邻线路之间的串扰和噪声耦合最小化。3W规范表明所有的信号(时钟,视频,音频,复位等等)都必须象图1所示那样,在线与线,边沿到边沿间予以隔离。为了进一步的减小磁耦合,将基准地布放在关键信号附近以隔离其他信号线上产生的耦合噪声。
▲ 图1 线迹隔离
2.保护与分流线路
设置分流和保护线路是对关键信号,比如对在一个充满噪声的环境中的系统时钟信号进行隔离和保护的非常有效的方法。在图2中,PCB内的并联或者保护线路是沿着关键信号的线路布放。保护线路不仅隔离了由其他信号线上产生的耦合磁通,而且也将关键信号从与其他信号线的耦合中隔离开来。分流线路和保护线路之间的不同之处在于分流线路不必被端接(与地连接),但是保护线路的两端都必须连接到地。为了进一步的减少耦合,多层PCB中的保护线路可以每隔一段就加上到地的通路。
图2 分流和保护线路
3.电源线设计
根据印制线路板电流的大小,尽量加粗电源线宽度,减少环路电阻。同时、使电源线、地线的走向和数据传递的方向一致,这样有助于增强抗噪声能力。在单面板或双面板中,如果电源线走线很长,应每隔3000mil对地加去耦合电容,电容取值为10uF+1000pF。
4.地线设计
地线设计的原则是:
(1)数字地与模拟地分开。若线路板上既有逻辑电路又有线性电路,应使它们尽量分开。低频电路的地应尽量采用单点并联接地,实际布线有困难时可部分串联后再并联接地。高频电路宜采用多点串联接地,地线应短而租,高频元件周围尽量用栅格状大面积地箔。
(2)接地线应尽量加粗。若接地线用很纫的线条,则接地电位随电流的变化而变化,使抗噪性能降低。因此应将接地线加粗,使它能通过三倍于印制板上的允许电流。如有可能,接地线应在2~3mm以上。
(3)接地线构成闭环路。只由数字电路组成的印制板,其接地电路布成团环路大多能提高抗噪声能力。
5.信号线设计
对于关键信号线,如果单板有内部信号走线层,则时钟等关键信号线布在内层,优先考虑优选布线层。另外,关键信号线一定不能跨分割区走线,包括过孔、焊盘导致的参考平面间隙,否则会导致信号回路面积的增大。而且关键信号线应距参考平面边沿≥3H(H为线距离参考平面的高度),以抑制边缘辐射效应。
对于时钟线、总线、射频线等强辐射信号线和复位信号线、片选信号线、系统控制信号等敏感信号线,应远离接口外出信号线。从而避免强辐射信号线上的干扰耦合到外出信号线上,向外辐射;也避免接口外出信号线带进来的外来干扰耦合到敏感信号线上,导致系统误操作。
对于差分信号线应同层、等长、并行走线,保持阻抗一致,差分线间无其它走线。因为保证差分线对的共模阻抗相等,可以提高其抗干扰能力。
根据以上布线规则,对空气调节器的典型印制电路板电路进行改进优化,如图3所示。
▲ 图3 改进空气调节器的典型印制电路板电路
总体来说,PCB设计对EMC的改善是:在布线之前,先研究好回流路径的设计方案,就有最好的成功机会,可以达成降低EMI辐射的目标。而且在还没有动手实际布线之前,变更布线层等都不必花费任何钱,是改善EMC最便宜的做法。
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