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技術(shù)專題
電路設(shè)計(jì)性能優(yōu)化對(duì)EMC的控制
電磁干擾（EMI）可能會(huì)對(duì)電路板的預(yù)期操作和性能造成嚴(yán)重問題。要管理這種干擾，就需要將板上的電路設(shè)計(jì)為與板上或附近電子設(shè)備中的其他電路電磁兼容（EMC）。我們將仔細(xì)研究這意味著什么，以及一些優(yōu)化設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)好的EMC電路性能的技術(shù)。是的，我還有那個(gè)午餐盒。我只是在等待它的價(jià)格在eBay上提升以獲得豐厚的回報(bào)。
電磁干擾可以在印刷電路板上以不同的方式產(chǎn)生，并且可以通過空氣輻射或由板材料傳導(dǎo)。EMI的來源包括如何配置板層堆疊，如何放置零件以及使用了哪些技術(shù)布線。如您所見，良好的電路布局技術(shù)對(duì)于控制這些EMI輻射至關(guān)重要，這反過來又可以防止它們污染其他電路或附近的設(shè)備。為了使電路和附近的設(shè)備一起工作，整個(gè)EMI防護(hù)過程稱為電磁兼容性。
所有這一切的目的是創(chuàng)建一種可以通過所需標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)試的電路板。有通用標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品系列標(biāo)準(zhǔn)。電路板要測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)取決于其功能和應(yīng)用程序。例如，設(shè)計(jì)用于汽車用途的電路板具有多種標(biāo)準(zhǔn)要滿足，例如CISPR 12和CISPR 25以及ISO 11451和ISO11452。在汽車環(huán)境中，可能有數(shù)百種不同的汽車系統(tǒng)創(chuàng)建窄帶和寬帶發(fā)射。電路板必須能夠正常運(yùn)行，而不會(huì)受到該環(huán)境的排放的影響，并且必須不會(huì)污染附近的其他系統(tǒng)。
接下來，我們將研究電路板上可能產(chǎn)生EMI問題的某些潛在設(shè)計(jì)領(lǐng)域。
如前所述，電路的布局方式對(duì)于EMC的控制效果至關(guān)重要。讓我們將其分為三個(gè)不同的區(qū)域：
板層結(jié)構(gòu)
電路板由導(dǎo)電和非導(dǎo)電材料層構(gòu)成，這些層的配置方式會(huì)對(duì)EMI產(chǎn)生巨大影響。例如，六層板的電源和接地層位于疊層中間，位于第3層和第4層，不會(huì)為其他布線層提供太多屏蔽。通過將這些平面層移到2和5，它們現(xiàn)在將為在3和4層之間路由的信號(hào)提供很好的屏蔽。
元件放置
組件放置時(shí)應(yīng)牢記其最敏感或最“嘈雜”的網(wǎng)，以使其盡可能短而直接地布線。對(duì)于希望大電流線路具有最短和最寬走線的電源，尤其如此。高速時(shí)鐘線和其他敏感信號(hào)也將需要最短和最直接的路徑，以很大程度地降低其輻射EMI的能力。為此，必須針對(duì)信號(hào)路徑路由優(yōu)化組件放置。
連接性
正如我們所說，大電流和敏感線路需要盡可能短地布線，但是還有許多其他連接注意事項(xiàng)：
為了防止相鄰層上信號(hào)之間的寬邊耦合（串?dāng)_），不同層上的信號(hào)路由應(yīng)交替選擇路由方向。
高速傳輸線應(yīng)使用具有相鄰接地平面的微帶或帶狀線配置進(jìn)行布線。
敏感線之間的走線間距應(yīng)比常規(guī)走線間距大。
應(yīng)計(jì)算受控阻抗線，并以精確的寬度布線
接地層的設(shè)計(jì)應(yīng)確保信號(hào)返回路徑暢通，尤其是對(duì)于高速信號(hào)。
從這些開始，您將可以很好地降低電路設(shè)計(jì)中EMI的可能性?，F(xiàn)在讓我們進(jìn)一步研究一些可以提供幫助的特定設(shè)計(jì)技術(shù)。
電路設(shè)計(jì)技術(shù)可優(yōu)化EMC電路性能
可以用來幫助控制EMI的技術(shù)之一是將設(shè)計(jì)規(guī)則和約束系統(tǒng)放入您的電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)中。許多CAD工具都具有出色的規(guī)則和約束系統(tǒng)，可讓您指定特定的線寬，間距，層和布線方向。當(dāng)您嘗試控制電源和接地等網(wǎng)絡(luò)的走線寬度時(shí)，這非常重要。
路由時(shí)，高速網(wǎng)絡(luò)還將需要跟蹤模式或“拓?fù)?/span>”。在這里，約束可以通過指定引腳之間的連接性來幫助，以便使用正確的拓?fù)洳季€。還可以設(shè)置約束來控制特定網(wǎng)絡(luò)的長度，或匹配其他網(wǎng)絡(luò)的長度。當(dāng)必須布線其長度必須精確以確?？梢栽谙嚓P(guān)時(shí)鐘信號(hào)的上升沿和下降沿捕獲數(shù)據(jù)時(shí)，這一點(diǎn)很重要。
設(shè)計(jì)規(guī)則和約束不僅適用于布線軌跡 ; 他們還可以幫助設(shè)計(jì)的許多其他方面。例如，您可以設(shè)置零件放置的間隙，以確保零件之間的正確距離?？梢葬槍?duì)單個(gè)組件或組件類別完成此操作。您還可以設(shè)置用于特定網(wǎng)絡(luò)的通孔規(guī)則以及許多其他規(guī)則，以確?？梢猿晒χ圃祀娐钒?。
控制電路板上EMI的另一種重要方法是設(shè)計(jì)電源和接地層。您在電路板上布線的每個(gè)信號(hào)都必須返回其原點(diǎn)，這通常是通過接地層實(shí)現(xiàn)的。但是，如果接地層充滿障礙物，例如其他電源的分割或接地網(wǎng)，切口或什至是很多孔，則返回信號(hào)可能最終會(huì)四處游蕩，試圖找到返回的路徑。這種游蕩會(huì)產(chǎn)生很多EMI，特別是當(dāng)高速信號(hào)被阻塞時(shí)。
以下是電路設(shè)計(jì)工具中的一些功能，可以幫助您創(chuàng)建具有受控EMC的電路設(shè)計(jì)：
約束管理：您需要功能全面的規(guī)則和約束管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)將使您能夠控制設(shè)計(jì)的各個(gè)方面，從跡線寬度到布線拓?fù)洹?/span>
模擬器和分析儀：通過在布局電路板之前發(fā)現(xiàn)電路和設(shè)計(jì)問題，可以避免很多EMI問題，這些問題以后可能會(huì)讓您驚訝。此外，布局系統(tǒng)中可用的許多分析功能可以幫助您在構(gòu)建電路板之前找到設(shè)計(jì)問題。
阻抗計(jì)算器：要設(shè)置正確的層結(jié)構(gòu)，您需要知道層的順序，以獲得信號(hào)性能。阻抗計(jì)算器等內(nèi)置工具可在此處幫助您在開始布局和布線之前定義電路板要求。
在線鏈接和數(shù)據(jù)交換：關(guān)于如何為您的設(shè)計(jì)構(gòu)建成功的電路板層堆疊，有大量數(shù)據(jù)和信息可用，但是將這些數(shù)據(jù)導(dǎo)入工具一直是瓶頸。借助IPC-2581雙向數(shù)據(jù)交換格式，您現(xiàn)在可以將制造商直接將板層堆疊信息（包括板材料和厚度）直接放入設(shè)計(jì)中。