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高速信號走線時層變化 - 電磁兼容技術(shù)及其在多層印制線路板設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

2017年12月03日 19:08 網(wǎng)絡(luò)整理 作者:佚名 用戶評論(0

(2)高速信號走線時層的變化,及哪些不同的層用于一個獨(dú)立的走線,確保返回電流從一個參考平面流到需要的新參考平面。 這樣是為了減小信號環(huán)路面積,減小環(huán)路的差模電流輻射和共模電流輻射。 環(huán)路輻射與電流強(qiáng)度、環(huán)路面積成正比。 實(shí)際上,最好的設(shè)計(jì)并不要求返回電流改變參考平面,而是簡單地從參考平面的一側(cè)改變到另一側(cè)。 如信號層的組合可以用作信號層對:第3層和第5層,第5層和第7層,第7層和第9層,這就允許一個東西方向和南北方向形成一個布線組合。 但是第3層和第9層的組合就不應(yīng)使用,因?yàn)檫@要求返回電流從第4層流到第8層。 盡管一個去耦電容可以放置在過孔附近,但在高頻時由于存在引線和過孔電感而使電容失去作用。 并且這種走線會使信號環(huán)路面積增大,不利減小電流輻射。

(3)為參考平面層選定DC電壓。 該例中,由于處理器內(nèi)部信號處理的高速性,致使在電源/地參考引腳上存在大量的噪聲。 因此,在為處理器提供相同DC電壓上使用去耦電容器非常重要,并且盡可能有效地使用去耦電容器。 降低這些元件電感的最好方法是連接走線盡可能短和寬,并且盡可能使過孔短和粗。

如果第2層分配為“地”,且第4層分配為處理器的電源,則過孔距離放置處理器和去耦電容器的頂層應(yīng)該盡可能短。 延伸到板的底層的過空剩余部分不包含任何重要的電流,而且距離短不會具有天線作用。 表1列出了疊層設(shè)計(jì)布局的參考配置。

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電磁兼容技術(shù)及其在多層印制線路板設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

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疊層設(shè)計(jì)布局的參考配置

2. 2 20 - H規(guī)則及3 -W 法則

在多層PCB板電磁兼容性設(shè)計(jì)中,確定多層板電源層與邊沿的距離和解決印制條間的距離有兩個基本原則: 20 - H規(guī)則及3 - W法則 。

20 - H原則:由于磁通之間的連接, RF電流通常存在于電源平面的邊緣,這種層間的耦合稱為邊緣效應(yīng),當(dāng)使用高速的數(shù)字邏輯和時鐘信號時,電源平面間會互相耦合RF電流,如圖1所示。 為減小這種效應(yīng),電源平面的物理尺寸都應(yīng)該比最靠近地平面的物理尺寸至少小20H (H為電源平面和地平面之間的距離) ,電源的邊緣效應(yīng)通常發(fā)生在10H左右, 20H時約10%的磁通被阻斷,如果想達(dá)到98%磁通被阻斷的話,則需要100%的邊界值,如圖1所示。 20 - H規(guī)則決定了電源平面和最近的接地平面間的物理距離,這個距離包括敷銅厚度、預(yù)填充和絕緣分離層。 使用20 - H可以提高PCB自身的諧振頻率。

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電磁兼容技術(shù)及其在多層印制線路板設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

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PCB的RF邊緣效應(yīng)

3 - W法則:當(dāng)兩條印制線間距較小時,兩條線之間會發(fā)生電磁串?dāng)_,這會使有關(guān)電路功能失常,為避免這種干擾,應(yīng)保持任何線條間距不小于3倍印制線條寬度,即不小于3W (W為印制線條寬度)。 印制線條寬度取決于線條阻抗的要求,太寬會影響布線密度,太窄會影響傳輸?shù)浇K端的信號完整性和強(qiáng)度。 時鐘電路、差分對、I/O端口的布線都是3 - W原則的基本應(yīng)用對象。 3 - W原則只是表示了串?dāng)_能量衰減70%的電磁通量線邊界,若要求更高,如保證串?dāng)_能量衰減98%的電磁通量邊界線就必須采用10W間隔。

2. 3 地線的布置

首先,要建立分布參數(shù)的概念,高于一定頻率時, 任何金屬導(dǎo)線都要看成是由電阻、電感構(gòu)成的器件 。 所以接地引線具有一定阻抗并且構(gòu)成電氣回路,不管是單點(diǎn)接地還是多點(diǎn)接地, 都必須構(gòu)成低阻抗回路進(jìn)入真正的地或機(jī)架。 25mm 長的典型印制線大約會表現(xiàn)15~ 20nH電感,加上分布電容的存在,就會在接地板和設(shè)備機(jī)架之間構(gòu)成諧振電路。 其次, 接地電流流經(jīng)接地線時,會產(chǎn)生傳輸線效應(yīng)和天線效應(yīng)。 當(dāng)線條長度為1 /4波長時,表現(xiàn)出很高的阻抗,接地線實(shí)際上是開路的, 接地線反而成為向外輻射的天線。 最后,接地板上充滿高頻電流和騷擾形成的渦流,因此,在接地點(diǎn)之間構(gòu)成許多回路,這些回路的直徑(或接地點(diǎn)間距) 應(yīng)小于最高頻率波長的1 /20. 選擇恰當(dāng)?shù)钠骷窃O(shè)計(jì)成功的重要因素,特別是在選擇邏輯器件時,盡量選擇上升時間比5ns長的, 決不要選比電路要求時序快的邏輯器件。

2. 4 電源線的布置

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( 發(fā)表人:郭婷 )

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