EMIEMC设计讲座印刷电路板的EMI噪讯对策技巧
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EMIEMC设计讲座印刷电路板的EMI噪讯对策技巧
测试条件
如图1所示测试场地为室内3m半电波暗室,预定测试频率范畴为
30MHz~1000MHz的电界强度,依此读取峰值点(Peak Point)当作测试数据(图2)。
图3是被测基板A的外观,该基板为影像处理系统用电路主机板,动作频率为27MHz与54MHz,电路基板内建CPU、Sub CPU、FRASH,以及SDRAM×5、影像数据/数字转换处理单元、影像输出入单元,此外被测基板符合「VCCI规范等级B」的要求,测试上使用相同的电源基板(Board)与变压器(Adapter)。
第一针对被测基板A进行下列电路设计变更作业:
•CPU的频率线(Clock Line)追加设置EMI噪讯计策用滤波器(Filter),与频率产生器(Clock Generator)( 图4)。
•影像输出入单元追加设置Common mode Choke Coil(DLWxxx系列)(图5) •各IC电源输入线的Bypass Condenser与电源之间,追加设置Ferrite Beads(图6)。
•追加设置Bypass Condenser,使各IC的所有电源脚架,全部从基板电源层(Plane)通过Bypass Condenser提供电源(图7)。
各种EMI噪讯计策
a.EMI噪讯计策用电容
接着进行EMI测试获得图8的测试结果,依照测试结果再进行噪讯抑制设计作业,在此同时将设计变更的被测基板A的设计数据读入EMI噪讯抑制支持工具,并针对支持工具指出的要紧部位,例如频率线、Bus导线Via周围,分散设置EMI噪讯计策用电容(图9),要紧缘故是信号导线的return路径假如太长或是非连续状态时,EMI噪讯有增大之虞,为了缩短Return路径,因此设置连接电源与接地的电容。
图10~图13是改变上述电容容量时的EMI噪讯测试结果,依照测试结果显示,依照图14的频率范畴设置的大容量EMI噪讯计策用电容DuF,能够抑制低频噪讯Level。尽管设置电容增加PCB的容量负载,只是为了要抑制噪讯,设置在各部位的电容频率特性,却能够发挥预期的EMI噪讯抑制成效。
实际应用时只要在频率导线、Bus导线等高频导线图案(Pattern)邻近、形成CPU、Return路径的内层面(Plane)的分断邻近、形成噪讯出入口的基板侧面邻近分散设置EMI噪讯计策用电容,就能够排除该部位周边的噪讯。
对各式各样基板外形、组件封装、导线的PCB而言,只要以一定间隔设置EMI噪讯计策用电容,同样能够获得分散性的噪讯抑制成效。
b.改变基板的层结构
接着针对被测基板A进行层结构改善,制作图15所示6层Built up被测基板B,它是利用「Pad on Via」与「雷射Via」加工技术,将上述被测基板A的外层信号线导线变成内层,使Return电流可能流入接地Plane,外层当作接地Plane包覆所有信号层。
改变被测基板结构要紧理由是一样4层基板的Return路径,通常都设有能够通行电源Plane或是最短距离接地,因此在贯穿部位经常造成Return路径迂回咨询题,假如信号导线包覆接地Plane,如此一来大部份的Return路径会流入接地 Plane,进而解决Return路径迂回的困扰,被测基板B确实是依照上述构想制成,因此Return路径在PCB整体减少30%,同时缩减信号图案与Return 路径构成的电流Loop距离,进而达成EMI噪讯抑制的目的。图16是被测基板B的各层结构图。
图17是被测基板B的EMI噪讯测试结果,依照测试结果显示包含利用外层接地Plane的遮挡(Field)结构,与回避Return路径迂回的设计确实具有抑制EMI噪讯的成效,只是实际上各式各样的电路基板要作如此的层结构变更,势必面临制作成本暴增的困扰,专门是所有信号导线都将Return路径列入设计考虑的话,几乎无法作业,因此Layout时期尽量幸免高频信号导线透过Via作布线,同时必需在该信号导线邻近的层设置接地Plane,藉此防止 Return路径迂回或是分断,接地Plane之间以复数Via连接,Return路径利用复数Via作理
想性的归返。
c.设置多点Grand接地
Return电流流淌时PCB内的接地Plane会产生电位差,该电位差往往是EMI噪讯的发生缘故之一,而且可能会通过PCB形成所谓的二次噪讯,因此将接地Plane与金属板作多点连接(图18、图19),使PCB的侧面与中心位置得电位差平均化,同时降低接地Plane本身的阻抗 (Impedance)并抑制电压下降。
图20是多点接地后的EMI测试结果,由图可知低频领域EMI噪讯强度略为上升,只是200MHz以上时EMI噪讯受到抑制,这意味着多点接地的有效性获得证实。
d.铺设Shield
图21是在基板侧面铺设Shield的实际外观,具体方法是在基板侧面粘
贴导电胶带,试图藉此抑制基板内层信号线、Via与电源Plane的噪讯,接着再与外层接地Plane连接,测试基板侧面的EMI噪讯遮挡成效,图22是基板侧面铺设Shield的EMI测试结果,依照测试结果显示200MHz以下时 EMI噪讯强度有下降趋势,甚至符合规范的Level,证实基板侧面铺设Shield确实能够抑制EMI噪讯。
实际制作PCB时在基板侧面铺设Shield,同样会面临成本上升的质疑,类似图23在基板侧面邻近设置接地Plane与连续性贯穿Via的新结构,除了但是解决成本咨询题之外,还能够有效抑制基板侧面的EMI噪讯强度;图24是结
合以上各种EMI噪讯计策的PCB测试结果。
结语
综合以上介绍的EMI噪讯计策,分不如下所示:
•设置EMI噪讯计策用电容
•回避Return路径迂回的基板层结构设计
•设置多点Grand接地
•基板侧面包覆Shield
实际上PCB得EMI噪讯计策会随着组件封装、导线、基板外形、层结构,与筐体限制显现极大差异,因此本文要紧是探讨如何在PCB Layout时期,充分应用EMI噪讯计策手法,依照一连串的计策中找出最符合制作成本,同时又能够满足规范要求的方法。