- 發(fā)布時(shí)間：2022/1/14 來(lái)源：深圳市銓祺科技有限公司
微帶線電磁場(chǎng)輻射模型
走在PCB最外層的銅質(zhì)信號(hào)傳輸線又稱為微帶線，因?yàn)樽呔€裸露在PCB最外層，上面沒(méi)有金屬介質(zhì)遮蔽，所以當(dāng)通電以后電流及電壓在走線上快速流動(dòng)所形成的電場(chǎng)及磁場(chǎng)會(huì)直接輻射出來(lái)。
與走線平行的輻射場(chǎng)為磁場(chǎng)（Magnetic Field)
與走線垂直的輻射場(chǎng)為電場(chǎng)（Electric Field)
PCB低電磁波輻射布線原則
布線寬度：地線>電源線>信號(hào)線
從低電磁波輻射設(shè)計(jì)的觀點(diǎn)來(lái)考量布線的原則，一般而言設(shè)計(jì)者必須讓整塊PCB處于一個(gè)高頻低阻抗的理想狀態(tài)，而布線的寬度越寬，高頻的阻抗會(huì)越低，所以PCB的地面積越大則高頻阻抗與感抗都會(huì)越低。
電源線:在考慮安全狀況下，電源線盡可能靠近地線，以增加兩線之間的電容性，藉此可降低兩線之間的對(duì)地阻抗，減小差模輻射的環(huán)路面積，也有助于減小電路的串音干擾。
上圖可看作為一個(gè)電容，電源層和地層是電容的2個(gè)極板。極板的距離越近，電容越大則阻抗越低，如此可以減低EMI Noise。
傳輸線理想阻抗Z0
如果有一種傳輸線可以讓信號(hào)傳輸損失最小，功率傳輸效益最大，那種傳輸媒體就必須具備最理想的傳輸阻抗Z0，來(lái)實(shí)現(xiàn)這樣理想的傳輸特性。
由下圖得知傳輸線的信號(hào)傳輸損失最小的理想阻抗約為77Ω，功率傳輸效益最大的理想阻抗約為30Ω，兩者并沒(méi)有交集點(diǎn)，因此只好將兩者相加除以2取其平均近似值50Ω做為Z0.
理想的傳輸線沒(méi)有反射，沒(méi)有雜訊。
如何使走線實(shí)現(xiàn)理想的50Ω?jìng)鬏斪杩固匦裕上聢D得知，如果把一條銅線走在RF4的PCB板材上，則線寬（W)比線至最近參考面的距離(d)為2:1的比例時(shí)，此時(shí)這條走線便具有最接近理想的50Ω（Z0)傳輸阻抗特性。
電場(chǎng)（電容性）耦合感應(yīng)
電容性耦合（dv/dt):兩導(dǎo)線以上下正交方式耦合面積最小。由線與線（同層或不同層）間所引起的串音等耦合效應(yīng)均會(huì)形成差模干擾。
電場(chǎng)（電容性）耦合感應(yīng)：差模干擾效應(yīng)
（I:布線電流 A:布線（交錯(cuò)/疊合）面積 L:布線長(zhǎng)長(zhǎng) f:信號(hào)工作頻率 D:線間距離）
以上微帶線模型案例純屬線與線之間的耦合所引發(fā)的差模雜訊場(chǎng)效應(yīng)皆不考慮回返電流路徑面積的考量。
2平行微帶線的電場(chǎng)耦合模擬模型
依據(jù)3W的設(shè)計(jì)理論推導(dǎo)，兩條平行線的線距剛好大于或等于兩倍線寬的時(shí)候，這兩條平行線所輻射的電磁場(chǎng)不會(huì)互相耦合。
在布線的原則中，兩條平行線的串音耦合結(jié)果會(huì)導(dǎo)致線對(duì)線的差勁雜訊輻射是最嚴(yán)重的.
下圖所示的IC輸入輸出端的導(dǎo)線上下層完全重疊且平行，對(duì)電磁波輻射而言是最差的狀態(tài)。
網(wǎng)格狀地線對(duì)電磁輻射的影響
采用柵極格狀接地，對(duì)電磁波沒(méi)有遮蔽性，內(nèi)層傳輸線的電磁波會(huì)直接從非金屬介質(zhì)的空隙穿透，故以低輻射的PCB Layout設(shè)計(jì)而言，不建議使用網(wǎng)絡(luò)狀接地。
可避免大面積銅箔面積因長(zhǎng)期受熱發(fā)生的膨脹與脫落利于排除銅箔與基板黏合劑受熱產(chǎn)生的揮發(fā)性氣體。
磁場(chǎng)（電感性）耦合感應(yīng)
電感性耦合(di/dt)以多層板堆疊方式(Multilayer stack-up)降低磁通量
磁通量：由電子流的原子核運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的微小電流所形成。
共模干擾（場(chǎng)效應(yīng)強(qiáng)度）
(I: 回路電流 A:回路面積 f:工作頻率 D:回路距離）
帶線(strip Line)場(chǎng)模型
內(nèi)層帶線場(chǎng)形會(huì)被外層GND層覆蓋無(wú)法穿透而受到壓迫變形結(jié)果使外層場(chǎng)輻射變小。
所以從低電磁波輻射設(shè)計(jì)的觀點(diǎn)來(lái)進(jìn)行Layout的設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能的將時(shí)鐘信號(hào)線及高速的數(shù)位匯流排線及蛇線等高輻射的走線，走在內(nèi)層以降低走的線在表層的輻射。
接地與電源平面分割的方法
以產(chǎn)品良好EMC設(shè)計(jì)觀點(diǎn)而言，電源輸入端位置最好安排在產(chǎn)品的四個(gè)角落，盡量避免置放在產(chǎn)品中間位置，并且將電源走線以樹(shù)枝狀分散分布于PCB上。
如果產(chǎn)品的電源輸入端位置在中間則容易形成對(duì)稱振子天線效應(yīng)，或者容易形成環(huán)狀天線效應(yīng)，都很容易將電磁波直接輻射出去。
產(chǎn)品的電源輸入端子最好與高速數(shù)位信號(hào)端子保持一定距離，不要緊貼在一起。
如果電源供應(yīng)端子與高速數(shù)位信號(hào)端子緊貼在一起的時(shí)候，當(dāng)電源線及高速數(shù)位信號(hào)線插上端子接口后，其PCB內(nèi)部的電磁雜訊會(huì)透過(guò)端子接口將雜訊串入信號(hào)線及電源線，此時(shí)端子外部的電源線與信號(hào)線距離太近，會(huì)直接產(chǎn)生線對(duì)線的信號(hào)耦合干擾效應(yīng)，導(dǎo)致EMC測(cè)試失敗。
產(chǎn)品的交流電源輸入?yún)^(qū)塊由其在一側(cè)區(qū)塊必須有基本交流濾波回路設(shè)計(jì)，以確保該電源的低頻寬帶雜訊有濾波的處理。
常用之交流電源供應(yīng)濾波回路架構(gòu)
照片所示為基本交流電源供應(yīng)的濾波回路組態(tài)
Cy:Y電容 Cx:X電容 Lc:共模濾波器
常用之交流電源供應(yīng)濾波回路架構(gòu)
照片所示為基本交流電源供應(yīng)的濾波回路組態(tài)。
Cy:Y電容 Cx:X電容 Lc:共模濾波器
常用之交流電源供應(yīng)濾波回路架構(gòu)
浮接式（AC Floating)交流電源供應(yīng)濾波回路
照片所示POE電源供應(yīng)的回路架構(gòu)，因?yàn)镻OE的架構(gòu)為2Pin，沒(méi)有接地Pin腳的浮接式交流（AC Floating)電源供應(yīng)系統(tǒng)，所以對(duì)地的共模雜訊無(wú)法使用Y電容濾除，因此在一次側(cè)的火線(Line)及中性線（Neutral)路徑上必須加入超寬頻（UWB Noise Filter)雜訊濾除器來(lái)將電源線的雜訊濾干凈。
直流電源供應(yīng)回路濾波
早期的直流式電子產(chǎn)品因?yàn)楫a(chǎn)品內(nèi)部的工作頻率低，所以大都使用DC Choke(俗稱豬鼻子）放在直流電源供應(yīng)輸入端，來(lái)濾除低頻的電源雜訊。
直流電源供應(yīng)回路濾波
今日的直流式電子產(chǎn)品因?yàn)楫a(chǎn)品內(nèi)部的工作頻率變快變高，所以使用DC Choke放在直流電源供應(yīng)輸入端，來(lái)濾除低頻的電源雜訊己無(wú)法滿足電源雜訊濾波的需求，因?yàn)殡娫刺幚鞩C的交換信號(hào)很快速，所以產(chǎn)生的電磁輻射雜訊頻帶也變的更寬，因此需使用超寬頻雜訊濾波元件來(lái)完成電源雜訊的濾波。
