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欢迎各位同学回到电磁兼容的课堂

我们接着讲第19讲

多层印刷电路板的设计

采用多层印刷电路板

除了减小电子设备的体积外

还具有如下的特点

它可以将强电平信号与弱电平信号分开

在不同层流动

层间形成容电容器

可以改善电源的瞬变特性

另外接地层有屏蔽作用的效果

可以改善辐射特性

同时可以增加抗干扰能力

改善设备的敏感度的特性

因此多层印刷电路板是一种立体的设计技术

印制电路板有两种基本的线条的形式

一类是微带线

是指印刷电路板的最外层的线条

它可以获得高速传输

因为它的电容小

但工作时会向空间辐射较多的能量

第二类是微带波导

是指印刷电路板上两实心层之间的线条

中间有绝缘层的隔开

它的噪声防护性能很好

但电容大

使快速信号边沿率会下降

微带线和微带波导的波阻抗计算公式

可以由这两个公式来进行计算

多层印刷电路板通过布置

可以消除线路或者元器件的高频辐射

布线的原则是什么

第一个原则是通量最小原理

传输线与返回路径产生的磁力线会相互抵消

最常用的通量对消技术是

利用由实金属平面产生的镜像电流的作用

二者来形成对消

布线层应尽量安排与整块的金属平面相邻

来形成通量对消的原理

如图所示我们知道

在低频时电流会走一个低电阻的路径

而高频时走的是一个低阻抗的路径

所以它的镜像就会贴着通道的附近来形成

另外对于元器件可以在两端加电容

也能实现它的环路对消和减小它的辐射

在什么情况下采用多层印刷电路板呢

规则就是叫5/5规则

当时钟频率超过5MHz

或上升沿时间小于5ns的时候

我们要采用多层印刷电路板

在多层印刷电路板中

电源平面应靠近地平面

且在接地平面之下

我们可以利用两个金属平板间的电容

作为电源的平滑电容

同时接地平面还可以屏蔽电源平面上

分布的辐射电流作用

我们可以通过多层印刷电路板

把数字电路和模拟电路分开

最好将数字电路和模拟电路安排在不同的层内

另外如果安排在同一层内

我们要通过开沟等方法来进行补救

模拟地和数字地电源都要分开

不能混用

时钟电路和高频电路是主要的干扰源和辐射源

一定要单独安排远离敏感电路

这里给出了在不同电路板层数下

它的一个电路的布置方案

对于4层

它的第一层是信号

第二层是地

第三层是电源

第四层是信号

对于8层的电路板

第一层 第二层是信号

第三层是地

第四 第五是信号

然后是电源 信号 信号

时钟线一般布置在电路板的边缘

如果印制线突出

这样的话会产生较强的辐射

因此我们要将地更突出

让线条输进去

来减少它的辐射能量

电源层与边缘的距离取多少合适呢

这里我们就有一个20-H的原则

H是指印刷电路板的厚度

PCB物理尺寸

都应比最近的接地板的物理尺度小20H

以减小金属板的边缘辐射

当尺寸小于20H时

辐射强度下降70%

而当尺寸小于100H时

辐射强度下降80%

因此我们一般采用20H

它对应的厚度大概是三个毫米

导线之间的距离保持多少合适

这里有另外一个规则叫3W原则

W就是一个印制线的宽度

3W原则代表的是

逻辑电平中近似70%的通量的边界

要想降低到98%

只要采用10-W的原则

为了避免两条印制线间的串扰

应保持任何线条之间的距离

小于三倍的印制线的宽度

这个图就给出了一些示例

一个迹线与两边保持W的距离

加上它自己就形成了3W

差分线对它们之间的距离是隔一个W

差分线对加上中间的距离也形成了3W

差分线对跟边上的迹线之间要保持2W的距离

另外时钟线对邻近的导线也要保持2W的距离

3W原则只对容易产生影响的高危信号

如时钟线 差分信号 视频 音频

复位线及其它关键的走线来强制采用

这个图给出了正确的3W使用原则

3w的原则是要必须保证

两个回路之间的最近的距离要维持在3W

下面介绍印制电路板接地设计

印制线路板的接地设计

要建立在分布参数概念的基础上

高于一定的频率

任何金属导线

都可以看成是由电阻 电感构成的器件

25mm长的典型的印制线大约会表现

15~20nH的电感

加上分布电容的存在

就会在接地板和设备机架之间

构成了谐振电路

接地电流流经接地线会产生

传输效应和天线效应

下面我们介绍镜像平面的设置

理想的导电板是电磁场的镜子

铜板平面为高频信号电流

提供了一个回归的途径

另外镜像平面可以

去除信号线所产生的共模辐射

在紧耦合的情况下

镜像平面能够提供100%的耦合效率

能避免共模辐射电流的产生

但镜像平面的格局被破坏后

就不再具有消除共模干扰的作用

因此设置镜像平面已成为了一种标准的技术

元器件应该采用功能分区的方法

每种功能区的元件相互靠近

减少布线长度和传输反射

来保证信号的质量

功能分区应该按照逻辑族的功能

和特点来进行分区设计

避免不同带宽区域产生电磁耦合

以上就是这讲的内容

谢谢各位同学