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如何解決電磁兼容EMC設(shè)計(jì)中的串?dāng)_問題

發(fā)布時(shí)間:2021-04-14 16:19

串?dāng)_是通過近電場(電容耦合)和磁場(電感耦合)在相鄰導(dǎo)體之間耦合的噪聲。盡管任何相鄰導(dǎo)體都表現(xiàn)出串?dāng)_,但是當(dāng)它出現(xiàn)在強(qiáng)干擾信號和敏感信號之間時(shí),對信號完整性將造成很大的影響。

串?dāng)_的再定義:

攻擊者=高振幅+高頻+短上升時(shí)間

受害者=低振幅+高阻抗

某些信號由于其性質(zhì)或在電路中的功能而對串?dāng)_特別敏感,這些信號是潛在的串?dāng)_受害者 ,如:

a、模擬信號:與數(shù)字信號相比,它們對噪聲更敏感,尤其是在振幅較低的情況下。

b、高阻抗控制信號:使能,復(fù)位,振蕩器和反饋信號是控制類信號。如果此類信號是 由低阻抗源產(chǎn)生的,則它們很容易受到電容串?dāng)_的干擾。

另一類信號很容易在受害者身上引起噪聲,并被認(rèn)為是串?dāng)_的潛在攻擊者 。為了識別潛在的攻擊者,請記住串?dāng)_是由PCB走線之間的耦合電容和電感引起的?;谶@些考慮,電路中的潛在攻擊者是:

a、高振幅信號 (電壓或電流)

b、快速信號 (上升時(shí)間短或者高頻)

最小化串?dāng)_的基本規(guī)則:使攻擊者和受害者盡可能遠(yuǎn)離。

具體規(guī)則如下:

二帶狀線布置

串?dāng)_的明顯對策是使攻擊者和受害者盡可能遠(yuǎn)離,以避免耦合電容和電感。這樣做的第一步是避免在同一層上有攻擊者和受害者。

布線層之間的參考平面將大大減少這些層上信號之間的串?dāng)_,因此,如果可能,將攻擊者和受害者分配給至少由接地層或供電層隔開的不同層。

帶狀線層上的串?dāng)_比微帶線層上的串?dāng)_小,因此,如果攻擊者和受害者必須共享同一區(qū)域和同一層,則它應(yīng)該是帶狀線層。

三正交布線

通過為每個(gè)層分配單個(gè)方向并交替相鄰層的方向,可以大大減少電容耦合和電感耦合。該技術(shù)稱為“正交布線”,如圖1所示。

 

圖1 正交布線

當(dāng)不能應(yīng)用正交布線或?qū)τ跊]有被參考平面分隔的具有相同布線方向的層時(shí),也可以通過交錯(cuò)信號跡線來減少串?dāng)_,如圖2所示。

圖2 交錯(cuò)布線

四平行布線

如果無法在不同層上布置攻擊者和受害者,則應(yīng)強(qiáng)制按照并行走線要求進(jìn)行布線。平行走線之間的串?dāng)_噪聲量取決于平行走線的長度和它們之間的間隙。間隙越小,對于相同的串?dāng)_量,允許并行走線的長度越短。串?dāng)_不僅取決于并行度,而且還取決于信號和PCB特性。

關(guān)于并行布線的經(jīng)驗(yàn)法則稱為“ 3W規(guī)則 ”,意思是為了避免在同一層布線的平行走線之間發(fā)生串?dāng)_,走線中心之間的最小間距應(yīng)保持3W,圖3說明了3W規(guī)則。

圖3 3W規(guī)則

雖然通過應(yīng)用3W規(guī)則確實(shí)可以減少串?dāng)_,但實(shí)際的3W值會(huì)導(dǎo)致電路板面積增大,可能很昂貴。因此通常在前邊規(guī)則無法滿足要求的情況下才使用3W規(guī)則。

五地防護(hù)線

減少在同一層上布線的平行走線之間串?dāng)_的另一種措施是使用兩端都接地的走線(稱為保護(hù)走線)將它們分開。圖4中必須將保護(hù)走線的所有末端都接地,否則它將像天線一樣把干擾帶出去。

圖4 地防護(hù)

對防護(hù)技術(shù)的實(shí)驗(yàn)研究表明,通過簡單地將受害者與攻擊者分開,即使不存在防護(hù)走線,也可以實(shí)現(xiàn)相同的串?dāng)_降低(這等效于4W并行度規(guī)則)。但是,保護(hù)走線也會(huì)對周圍環(huán)境的電磁干擾產(chǎn)生有益的影響,因此,仍然建議保留地線來減少強(qiáng)干擾信號和敏感信號的串?dāng)_。

保護(hù)走線會(huì)影響信號走線的特征阻抗和傳輸時(shí)間,如果將其應(yīng)用于高速信號線需考慮信號完整性!
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