目前,SI和EMC工程师正在就PC板设计的细节进行讨论,以获得最佳的信号完整性和EMI性能。在主题中,似乎在地面回平面的缝隙中设计总是会出现。
由于一些连接器或其他物体的加入,在铜中产生了间隙,间隙也可能错误地发生。事实上,我在设计评审过程中首先要做的事情之一就是检查地面回程飞机是否有无意的间隙。这是一个非常重要的概念,当设计PC板时,我记录了一个短视频演示显示电磁干扰的后果。
当然,在需要隔离数字和敏感模拟电路的情况下,划分返回(和/或功率)平面是有充分理由的。但在大多数情况下,一个坚实的回程平面是一个更好的做法。当高频时钟迹线或其他快速数字信号穿过其中一个间隙时,就会出现问题。关于这个问题还有许多其他的论文(更多信息请参阅末尾的参考文献)。在这篇文章中,我想从EMI的角度来说明为什么它是坏的。
除了Smith和Bogatin提到的明显的反思之外,还有一种不同于常见的“模式转换”,这导致了两件坏事:
- 共模电流产生,产生谐波噪声电流,导致电路板和电缆谐振和相关辐射发射。
- 该间隙迫使通常限制在时钟迹线和底层返回平面之间的电介质中的电磁场“包裹”整个PC板,耦合到附近的其他迹线并引起交叉耦合噪声(或串扰)。
在Smith设计的实验PC板的基础上进行了一个简单的实验。电路板由两根电线粘在一块覆铜板上组成。这些表示(接近50欧姆)电路迹线,其中一端连接到49.9欧姆电阻负载,另一端连接到连接到电路板上的BNC连接器的中心引脚。其中一条道在返回平面上有一个4厘米的间隙-另一条道有一个坚实的返回路径(图1)。
实验由三部分组成:
- 跟踪和观察电磁波在返回路径中的路径(包括间隙和未开发的轨迹)。
- 观察非驱动迹隙时的串扰
- 观察夹导线(模拟I/O电缆)中的谐波电流,当有间隙的迹线被驱动时连接到板平面。
该板由usb供电的谐波梳状发生器驱动应用电磁技术(AET),本质上是一个快速边缘脉冲发生器。脉冲发生器依次连接到每个BNC连接器和一个蜂窝电子用h场探头跟踪高频电流的路径。
综上所述,在回程平面的间隙上铺设高速快缘迹会导致辐射发射和交叉耦合噪声。如果必须使用间隙,返回路径可以通过在间隙和高速轨迹附近添加拼接电容器来控制(最好在轨迹的两侧添加)。我最近做了一个演示上述效果的短视频.如果你想为你的同事复制这个实验,很容易就能完成。
引用:
- 埃里克•Bogatin高速串行链路返回路径不连续的影响.
- 道格•史密斯渡河:在高速信号的情况下,穿越分裂平面间隙的危险, 2008年。
- André和怀亚特,EMI故障诊断手册产品设计师,科技出版,2014,第31页。