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關(guān)于EMC (第二部分)

11. 如何控制 PCB RE 噪聲?

答:(1)選擇上升時間最低、最低 PWR 元件;(2)減小信號和回流線路面積;(3)采用接地面作為回路;(4)高速時鐘中采用保護(hù)線路,尤其在 CPU 有多個 O/P 時。因驅(qū)動電路的 PWR 很大,需在 O/P線路間使用保護(hù)線路,以免相互間產(chǎn)生噪聲干擾;(5)分離高速時鐘與 I/O布線,以免噪聲輻射相互干擾;(6PCB 四周如有邊際輻射效應(yīng),可將線路內(nèi)移,或以接地面隔離。

12. 測試點(diǎn)拉得很遠(yuǎn),容易形成天線,對輻射有影響,建議測試點(diǎn) PAD 尺寸可以盡量縮小,盡量放置在走線上面, PIN 可以不用測試 PAD,共用的電源 pin 腳可以只加一個測試 PAD。

13. 電源走線必須以短粗為準(zhǔn),如果電源走線相對比較長,這樣回路面積也比較大,輻射容易出問題,可以就近拉過去,或者用 0 歐電阻跨過去,建議工程師在設(shè)計(jì)布局時注意電源走線的距離盡量短,回路面積盡量小。

14. 一般處理 EMC 問題重點(diǎn)在于分析干擾三要素:干擾源頭、耦合路徑、敏感設(shè)備;對于輻射發(fā)射問題,我們只要找到、控制好源頭和路徑即可解決。任何的輻射問題,都是有發(fā)射天線和源頭的;一般明顯的“半道上”交叉走線都是很容易相互耦合,成為發(fā)射天線;在 PCB 走線上一定要遵守走順、不走叉線;走線能盡量短的、不要拉長;做到信號線各行其道。

15. 我們都知道 CPU SDRAM 之間是靠數(shù)字換算方式實(shí)現(xiàn)功能,而且是高頻傳輸速率,如果布局走線比較長,容易受到其他信號線的串?dāng)_,使工作頻率的倍頻會形成對外輻射,導(dǎo)致 EMI 中的RE 測試不能通過,所以建議工程師在設(shè)計(jì)布局時注意將 CPU SDRAM 盡量靠近,而且每走三到四根信號線包一根地線,并且并且地線每隔200mil 打過孔。如果有些線實(shí)在不能走近的話,就將一些關(guān)鍵的信號線走近吧,不能將SDRM放在背面,因?yàn)檫@樣會穿過電源層,

16. 對于120M的時鐘我們一般不建議增加磁珠,因?yàn)?span style="COLOR: red">磁珠對時鐘基頻有衰減。我們建議為加33歐姆(或47歐姆)加5pf 電容濾波。對于時鐘加磁珠我們一般小于50M 可以加,即磁珠在時鐘基頻時阻抗小于50歐姆,比較合適。當(dāng)然以上是否可以必須以最終所接受芯片的信號質(zhì)量以及時序,還要通過高低溫試驗(yàn)來保證。

17.我們大多工業(yè)控制產(chǎn)品在設(shè)計(jì)中會采取光耦器件,主要目的是為了隔離高壓以及共模干擾。這樣可以抑制外部的高壓與射頻干擾。但在 PCB 設(shè)計(jì)過程中,我們有些工程師往往沒有考慮光耦器件的特點(diǎn),在光耦器件下面鋪大面積地和走線,這樣做會導(dǎo)致光耦兩邊信號會耦合,即外部高頻信號通過光耦下面的走線或所鋪的地耦合到內(nèi)側(cè),使得光耦隔離效果得不到保證。所以建議我們 PCB 設(shè)計(jì)時,注意光耦、變壓器等隔離器件的正下方不要鋪地與走線。

18. 簡述靜電產(chǎn)生的原因。

A、摩擦生電:由兩種物質(zhì)之間相互作用產(chǎn)生,是其中一種材料表面原子由于摩擦使外層的電子形成游離化,摩擦后兩中物質(zhì)一個帶正電一個帶負(fù)電;

B、電磁感應(yīng):由于強(qiáng)大的電磁場所產(chǎn)生的電磁效應(yīng),使兩種物質(zhì)間產(chǎn)生如同摩擦生電般的效果,一個帶正電荷一個帶負(fù)電荷的現(xiàn)象。

19. 簡述人體靜電效應(yīng)。

人體所帶靜電電壓不超過(V35KV,人體電容(C)約在 100-150pF可計(jì)算人體所帶的電荷 Q=CV,當(dāng)人體所帶的靜電電壓超過 35KV時,人體本身會形成電暈放電,所以人體靜電電壓大小應(yīng)以 35KV作為標(biāo)準(zhǔn)。

20.為什么 PCB走線過長會有 EMI問題;

因?yàn)?span lang="EN-US"> PCB 線路長度過長,信號經(jīng)過銅皮進(jìn)行傳輸時會有延時情形(Td)發(fā)生,此時與數(shù)字信號的上升沿進(jìn)行比較(Tr) ,如果 2Td 大于 Tr就會有尖峰(pulse ring)現(xiàn)象,如果 2Td 小于Tr則無尖峰現(xiàn)象。

21. 關(guān)于包地改善 EMI的主要原因是:1)、包地后 CLK 的時鐘回流確定,大部分就走包的地走,這樣減少對其他信號干擾;2)、上述回流路徑確定,同時包的地與時鐘之間回流環(huán)路較小,這樣差模環(huán)路對外干擾就比較小,因?yàn)?span style="COLOR: red">差模環(huán)路對外干擾與回路面積成正比,面積越小,干擾越小,同時抗干擾能力也提升。

22. 什么是地電平面反彈噪聲回流噪聲 ?

在電路中有大的電流涌動時會引起地平面反彈噪聲(簡稱為地彈),如大量芯片的輸出同時開啟時,將有一個較大的瞬態(tài)電流在芯片與板的電源平面流過,芯片封裝與電源平面的電感和電阻會引發(fā)電源噪聲,這樣會在真正的地平面( 0V )上產(chǎn)生電壓的波動和變化,這個噪聲會影響其它元器件的動作。負(fù)載電容的增大、負(fù)載電阻的減小、地電感的增大、同時開關(guān)器件數(shù)目的增加均會導(dǎo)致地彈的增大。

由于地電平面(包括電源和地)分割,例如地層被分割為數(shù)字地、模擬地、屏蔽地等當(dāng)數(shù)字信號走到模擬地線區(qū)域時,就會產(chǎn)生地平面回流噪聲。同樣電源層也可能會被分割為2.5V,3.3V,5V等。所以在多電壓 PCB 設(shè)計(jì)中,地電平面的反彈噪聲和回流噪聲需要特別關(guān)心 。

23. 什么是串?dāng)_ (crosstalk)?

串?dāng)_是兩條信號線之間的耦合,信號線之間的互感和互容引起線上的噪聲。容性耦合引發(fā)耦合電流,而感性耦合引發(fā)耦合電壓 PCB 板層的參數(shù)、信號線間距、驅(qū)動端和接收端的電氣特性及線端接方式對串?dāng)_都有一定的影響。

24.PCB 設(shè)計(jì)中差分信號線中間可否加地線?

差分信號中間一般是不能加地線。因?yàn)椴罘中盘柕膽?yīng)用原理最重要的一點(diǎn)便是利用差分信號間相互耦合 (coupling) 所帶來的好處,如 flux cancellation ,抗噪聲 (noise immunity) 能力等。若在中間加地線,便會破壞耦合效應(yīng)。

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