高速 PCB 之 EMC 设计 47 则
差模电流和共模电流
辐射产生:电流导致辐射,而非电压,静态电荷产生静电场,恒定电流产生磁场,
时变电流既产生电场又产生磁场。任何电路中存在共模电流和差模电流,差模信
号携带数据或有用信号,共模信号是差模模式的负面效果。
差模电流:大小相等,方向(相位)相反。由于走线的分布电容、电感、信号走
线阻抗不连续,以及信号回流路径流过了意料之外的通路等,差模电流会转换成
共模电流
共模电流:大小不一定相等,方向(相位)相同。设备对外的干扰多以共模为主,
差模干扰也存在,但共模干扰强度常常比差模强度大几个数量级。外来的干扰也
多以共模干扰为主,共模干扰本身一般不会对设备产生危害,但如果共模干扰转
变为差模干扰,就严重了,因为有用信号都是差模信号。差模电流的磁场主要集
中在差模电流构成的回路面积内,而回路面积 之外,磁力线会相互抵消;共模
电流的磁场在回路面积之外,共模电流产生的磁场方向相同。PCB 的很多 EMC 设
计都遵循以上理论。
在 PCB 板上抑制干扰的途径有:
减小差模信号回路面积。
减小高频噪声回流(滤波、隔离及匹配)。
减小共模电压(接地设计)。
PCB 设计原则归纳
原则 1:PCB 时钟频率超过 5MHZ 或信号上升时间小于 5ns,一般需要使用多层板
设计。原因:采用多层板设计信号回路面积能够得到很好的控制。
原则 2:对于多层板,关键布线层(时钟线、总线、接口信号线、射频线、复位
信号线、片选信号线以及各种控制信号线等所在层)应与完整地平面相邻,优选
两地平面之间。原因:关键信号线一般都是强辐射或极其敏感的信号线,靠近地
平面布线能够使其信号回路面积减小,减小其辐射强度或提高抗干扰能力。
原则 3:对于单层板,关键信号线两侧应该包地处理;原因:关键信号两侧包地,
一方面可以减小信号回路面积,另外防止信号线与其他信号线之间的串扰。
原则 4:对于双层板,关键信号线的投影平面上有大面积铺地,或者与单面板一
样包地打孔处理。原因:与多层板关键信号靠近地平面相同
原则 5:多层板中,电源平面应相对于其相邻地平面内缩 5H-20H(H 为电源和地
平面的距离)。原因:电源平面相对于其回流地平面内缩可以有效抑制边缘辐射
问题。
原则 6:布线层的投影平面应该在其回流平面层区域内。原因:布线层如果不在
回流平面层的投影区域内,会导致边缘辐射问题,并且导致信号回路面积增大,
从而导致差模辐射增大。
评论0