為何要控制線路板磁通量

“變化的電場(chǎng)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生變化的電場(chǎng)”這就是電磁波產(chǎn)生和傳輸?shù)脑怼Ｓ捎谧兓碾娏髟谄淞鹘?jīng)的線路上有磁通量的變化而產(chǎn)生的變化的磁場(chǎng)，因?yàn)檫@引入了電磁干擾是我們電子工程師最頭疼的事。那么從根源上來說控制線路板的磁通量就是預(yù)防電路板電磁干擾的重要手段。

在我們畫板子的時(shí)候，經(jīng)常聽到一句話就是使回路盡量變小。現(xiàn)在來看下簡(jiǎn)單的解釋。

如上圖左側(cè)的線路板走線示意圖，利用電磁場(chǎng)知識(shí)可以知道(如果走線回路的信號(hào)頻率夠高)，那么這個(gè)板子就成了一個(gè)很好的天線，線路板設(shè)計(jì)變得一塌糊涂。而右側(cè)走線產(chǎn)生電磁干擾就小的多，這就是線路板磁通量最小化的思想(也就是我們常說的回路最小化)。

在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)使用鏡像平面是一個(gè)很好的選擇，它能夠有效消除電源或地平面產(chǎn)生的干擾對(duì)電子電路所造成的影響。鏡像平面就是指構(gòu)成回流的平面，比如大多數(shù)電平下的電源與地平面，但也有電源與電源平面成鏡像平面的，比如RS232電平等。鏡像平面也可看作差分信號(hào)，差分信號(hào)對(duì)共模干擾有很好的抑制作用，鏡像平面間距要盡量小。如果是雙面板或者單面板，雙面鋪銅并且多打過孔是個(gè)很好的方法。一般不要將兩個(gè)不相關(guān)的電源平面層疊在一起，特別是電壓差比較大時(shí)，否則由于電容耦合的作用電源相互干擾會(huì)變得嚴(yán)重。不管線路板布線時(shí)設(shè)計(jì)得多么好，磁場(chǎng)和電場(chǎng)都永遠(yuǎn)存在，但是，如果減少或者消除了磁通量，則EMI就變得很小或者不存在了。

在設(shè)計(jì)線路板時(shí)，通過良好的走線來減少板子信號(hào)線環(huán)路(減小信號(hào)線產(chǎn)生的磁通量)從而減小干擾，我總結(jié)了以下幾個(gè)方法：

1、多層板設(shè)計(jì)時(shí)依據(jù)多層板疊層設(shè)置和信號(hào)線阻抗控制。對(duì)于4層板頂層、電源、地和底層，這樣一方面極大程度地解決了電磁干擾問題，提高了系統(tǒng)的可靠性，另一方面可以提高導(dǎo)線的布通率，縮小線線路板的面積。6層板通常是在4層板的基礎(chǔ)上增加了2兩個(gè)信號(hào)層。8層板通常包括1個(gè)電源層、兩個(gè)地線層、5個(gè)信號(hào)層。對(duì)于層的設(shè)置，網(wǎng)絡(luò)上有豐富的資料，或者留言討論。對(duì)于走線的阻抗控制，我們常用SI9000進(jìn)行設(shè)計(jì);

2、將時(shí)鐘走線靠近盡量短和靠近地，對(duì)于多層板不要走關(guān)鍵信號(hào)線。單面和雙面板可以使用接地走線或保護(hù)走線;

3、對(duì)于射頻芯片或者高頻率芯片可以采用法拉第電籠的方法將其屏蔽接地，只留出輸入輸出和電源連接外部;

4、選擇合適的元件模塊，將工作頻率集中在較窄的頻帶，通過硬件處理來降低電磁干擾;

5、對(duì)于射頻電路，使用較低的驅(qū)動(dòng)電壓來降低走線的射頻電流，進(jìn)而達(dá)到減小信號(hào)回路磁通量的效果;

6、降低接地噪聲電壓，這樣可以為回傳電流提供一條增強(qiáng)的路徑，將映像電流映射回電流源;

7、針對(duì)大的容性負(fù)載，注意去耦合電路的使用;

8、適當(dāng)?shù)囊霐?shù)據(jù)線路濾波器和共模扼流圈，這樣可以大大改善板子的電磁特性;

9、注意使用旁路電容，去耦電容，但是這并不是說越多越好。

當(dāng)然，針對(duì)線路板內(nèi)部電磁干擾利用以上的方法可以很好的解決，但是還有其他的原因也可以引起電磁干擾，例如：在電路和I/O連線之間有共模和差模電流存在、接地回路會(huì)產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)、組件會(huì)輻射和阻抗不匹配等等。如果設(shè)計(jì)出來的線路板有電磁干擾，通過模塊測(cè)量的思想找到干擾源，采用有針對(duì)性的解決方案達(dá)到消除電磁干擾的目的。

以上是我總結(jié)的一些減少線路板電磁干擾的方法，如果有不合理的地方請(qǐng)留言批評(píng)指正。歡迎大家留言，共同探討電子設(shè)計(jì)的問題，通過交流讓我們的設(shè)計(jì)更加成熟。

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