基于电磁兼容技术的多层PCB布线设计

20 - H原则:由于磁通之间的连接, RF电流通常存在于电源平面的边缘,这种层间的耦合称为边缘效应,当使用高速的数字逻辑和时钟信号时,电源平面间会互相耦合RF电流,如图1所示. 为减小这种效应,电源平面的物理尺寸都应该比最靠近地平面的物理尺寸至少小20H (H为电源平面和地平面之间的距离) ,电源的边缘效应通常发生在10H左右, 20H时约10%的磁通被阻断,如果想达到98%磁通被阻断的话,则需要100%的边界值,如图1所示. 20 - H规则决定了电源平面和最近的接地平面间的物理距离,这个距离包括敷铜厚度、预填充和绝缘分离层. 使用20 - H可以提高PCB自身的谐振频率.

3 - W法则:当两条印制线间距较小时,两条线之间会发生电磁串扰,这会使有关电路功能失常,为避免这种干扰,应保持任何线条间距不小于3倍印制线条宽度,即不小于3W (W为印制线条宽度). 印制线条宽度取决于线条阻抗的要求,太宽会影响布线密度,太窄会影响传输到终端的信号完整性和强度. 时钟电路、差分对、I/O端口的布线都是3 - W原则的基本应用对象. 3 - W原则只是表示了串扰能量衰减70%的电磁通量线边界,若要求更高,如保证串扰能量衰减98%的电磁通量边界线就必须采用10W间隔.

2. 3　地线的布置

首先,要建立分布参数的概念,高于一定频率时, 任何金属导线都要看成是由电阻、电感构成的器件 . 所以接地引线具有一定阻抗并且构成电气回路,不管是单点接地还是多点接地, 都必须构成低阻抗回路进入真正的地或机架. 25mm 长的典型印制线大约会表现15～ 20nH电感,加上分布电容的存在,就会在接地板和设备机架之间构成谐振电路. 其次, 接地电流流经接地线时,会产生传输线效应和天线效应. 当线条长度为1 /4波长时,表现出很高的阻抗,接地线实际上是开路的, 接地线反而成为向外辐射的天线. 最后,接地板上充满高频电流和骚扰形成的涡流,因此,在接地点之间构成许多回路,这些回路的直径(或接地点间距) 应小于最高频率波长的1 /20. 选择恰当的器件是设计成功的重要因素,特别是在选择逻辑器件时,尽量选择上升时间比5ns长的, 决不要选比电路要求时序快的逻辑器件.

2. 4　电源线的布置

对于多层板, 采用电源层- 地层结构供电,这种结构的特性阻抗比轨线对小得多,可以做到小于1Ω. 这种结构具有一定的电容,不必在每个集成芯片旁加高频去耦电容. 即使层电容容量不够,需要外加去耦电容时,也不要加在集成芯片旁边,可加在印制板的任何地方. 集成芯片的电源脚和地脚可以通过金属化通孔直接与电源层和地层连接, 所以供电环路总是最小的. 由于“电流总是走阻抗最小途径”原则, 地层上的高频回流总是紧贴在轨线下面走, 除非有地层隔缝阻挡, 因此信号环路也总是最小的. 可见电源层- 地层结构与轨线对供电相比较, 具有布置简单灵活、电磁兼容性好等优点.

3　结束语

总之,在多层PCB设计中,元器件要分组放置, 以防止产生组间干扰; 高速电路位置要安排恰当, 以免通过电场耦合或磁场耦合干扰其他电路; 根据情况分别设置地线, 以防止共地线阻抗耦合干扰; 供电环路面积应该减小到最低程度, 且不同电源的供电环路不要重叠, 以避免产生磁场耦合;不相容的信号线要相互隔离, 以免产生耦合干扰; 还应减小信号环路面积, 以降低环路辐射和共模辐射.