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在PCB設計過程中,有一項重要的任務是從發射和抗擾度這兩個角度去分辨哪些是關鍵信號。對于發射類,需要重點關注的信號有,時鐘信號,高 dv/dt 或 高di/dt 信號,以及射頻RF信號等。對于抗擾類,需關注的重點信號有,復位、中斷和低電平模擬信號等。識別出這些信號后,請避免將它們靠近電路板邊緣進行布線。
圖 1給出了一個帶有關鍵發射信號的示例。信號走線路徑靠近電路板右上角邊緣,而電路板右上角邊緣底下并無完整的參考平面。由于邊緣效應,關鍵高速信號走線附近會產生擁有密集磁力線的磁場,產生的噪聲磁場容易耦合到附近電路、外圍連接線纜或接插件等。
圖1.電路板邊緣關鍵信號的影響
為了盡量減少這種影響,在空間有限且走線不能改動的前提下,有以下2個改善措施。如圖 2所示。電路板邊緣,走線底下鋪設完整參考平面,并在頂層沿電路板邊緣添加一條額外的地走線,同時將地走線用過孔連接到中間層的參考平面上。這樣,磁力線會被包圍在 PCB 內部,從而減少了邊緣效應。
圖2.如何最小化邊緣效應
這里準備了個簡單的實驗來驗證關鍵信號走線走在PCB板邊緣的危害。如圖 3 所示為兩個雙面板。
圖3.實驗中PCB的基本描述
兩個板情況如下:
1) 信號走線靠近電路板邊緣的底部且其下方沒有完整的參考平面(上圖),以及 2) 信號走線遠離電路板邊緣,且底下具有完整參考平面(下圖)。
具體PCB如圖 4 所示,其中我們的信號(數字時鐘信號)通過 K8.1接口引入,負載端R8.1位置接50歐姆電阻。通過跳線切換JP8.1和JP8.2連接器來選擇不同走線。
圖4.實驗中的電路板
圖 5 顯示了通過頻譜分析儀近場探頭在 PCB 下方測量結果(測試數據在100MHz左右頻段雜波為環境底噪)。通過下面對比數據,能直觀地看出,信號走線靠近板邊(左)比信號走線遠離板邊(右)的諧波噪聲最多高出 20dB。
圖5.走線靠近PCB板邊緣(左)和走線遠離PCB板邊緣(右)
綜上所述,各位工程師朋友們,在分析EMC問題時請將關鍵信號篩選出來,切勿將關鍵信號走線布置在靠近電路板邊緣的位置。上述案例對比的是輻射發射類情況,但抗擾類模型同樣適用。
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