各位同學(xué)大家好，歡迎繼續(xù)做客電子工程學(xué)習(xí)圈，今天我們繼續(xù)來(lái)講這本書，硬件系統(tǒng)工程師寶典。上篇我們說(shuō)到PCB設(shè)計(jì)中為提高板子的EMC性能，會(huì)做濾波設(shè)計(jì)、地的分割設(shè)計(jì)、增加屏蔽殼。今天我們來(lái)看看板子要符合EMC，信號(hào)的走線和回流需要考慮什么。

開槽

從EMC角度，關(guān)鍵信號(hào)線優(yōu)先考慮內(nèi)層布線；內(nèi)層布線時(shí)，優(yōu)先考慮無(wú)相鄰布線層的層；內(nèi)層布線優(yōu)先選擇地平面做參考平面；確保關(guān)鍵信號(hào)走線未跨平面的分割區(qū)。

這里我們先來(lái)了解下“開槽”是什么，開槽是PCB設(shè)計(jì)中的一種常見(jiàn)結(jié)構(gòu)，信號(hào)走線跨分割區(qū)問(wèn)題也是一種開槽問(wèn)題。

開槽問(wèn)題有兩種：

1.對(duì)通孔過(guò)于密集形成的開槽：比如通孔穿過(guò)底層或電源層沒(méi)有電氣連接，需要在通孔周圍留下電氣隔離，隔離環(huán)重疊起來(lái)形成開槽。

2.對(duì)電源/地平面分割造成的開槽：PCB上多種不同的電源或地時(shí)，一般會(huì)在一個(gè)或多個(gè)平面上進(jìn)行電源分割或地分割。不同分割之間就形成開槽。

回流信號(hào)

低速情況下，電流沿電阻最低的路徑流動(dòng)，如下圖所示：

?低速回流信號(hào)沿電阻最低的路徑流動(dòng)

可以看到低速電流從A流向B，其回流信號(hào)從地平面返回源端，面電流分布較寬。高速信號(hào)的情況下，信號(hào)回流路徑上電感的作用將超過(guò)電阻的作用，高速回流信號(hào)將沿阻抗最低的路徑流動(dòng)，如下圖所示，回流信號(hào)成束狀集中在信號(hào)線的下方。

?高速回流信號(hào)沿阻抗最低的路徑流動(dòng)

跨分割走線會(huì)帶來(lái)很多問(wèn)題：

1.增大了電流環(huán)路面積，加大了環(huán)路電感，使輸出波形容易振蕩

2.增加了輻射干擾，加大了與板上其他電路產(chǎn)生磁場(chǎng)耦合的可能性

3.環(huán)路電感上的高頻壓降構(gòu)成共模輻射源，通過(guò)外接電纜產(chǎn)生共模輻射

4.會(huì)破壞平面的開槽微帶線或帶狀線的走線，造成阻抗的不連續(xù)，引起嚴(yán)重的信號(hào)完整性問(wèn)題

如下圖所示，地平面開槽對(duì)信號(hào)造成的影響

地平面開槽對(duì)信號(hào)造成的影響

對(duì)于因平面分割造成的開槽問(wèn)題，其走線及回流路徑不能跨分割平面。當(dāng)跨開槽走線不可避免時(shí)，應(yīng)該進(jìn)行橋接，沿信號(hào)路徑方向?qū)⒌仄矫孢B接起來(lái)，如下圖所示：

當(dāng)跨分割走線時(shí)進(jìn)行有效的橋接

走線轉(zhuǎn)角

PCB走線進(jìn)行轉(zhuǎn)角時(shí)，有直角走線、45°角走線和圓角走線，如下如所示：

走線轉(zhuǎn)角對(duì)比

微帶線和帶狀線

微帶線和帶狀線都是一種在微波通信中廣泛使用的傳輸線。它們的基本結(jié)構(gòu)都是通過(guò)在介質(zhì)基板上沉積一些導(dǎo)電層，再以不同的方式制備出具有導(dǎo)電性的“線條”，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸。它們的主要區(qū)別在于，“微帶線”通常指的是由一條帶狀導(dǎo)體和一片與之平行的接地層組成的線路結(jié)構(gòu)，而“帶狀線”則是指由多個(gè)平行的帶狀導(dǎo)體組成的線路結(jié)構(gòu)。因此，微帶線通常在幾GHz以下的頻段中應(yīng)用比較廣泛，而帶狀線則在更高頻段的應(yīng)用中占據(jù)重要地位。高速信號(hào)走線時(shí)，PCB上的單根走線是由微帶線和帶狀線組成。如下圖所示走線周邊的電場(chǎng)分布：

?微帶線和帶狀線電場(chǎng)分布微帶線和帶狀線

在進(jìn)行走線設(shè)計(jì)時(shí)，除關(guān)注信號(hào)走線的路徑外，還要關(guān)注信號(hào)參考平面上的信號(hào)回流路徑。

信號(hào)換層

當(dāng)設(shè)計(jì)多層PCB時(shí)，為滿足布線需求，信號(hào)要常常變換走線層，信號(hào)變換走線層后，對(duì)應(yīng)的參考平面也相應(yīng)地會(huì)發(fā)生變化。如下圖所示：

?信號(hào)通過(guò)過(guò)孔換層，信號(hào)回流路徑發(fā)生變化

為減少信號(hào)的反射，減小信號(hào)的EMI輻射，在信號(hào)換層的地方要合理添加與信號(hào)走線同屬性的過(guò)孔或在兩個(gè)不同參考平面之間添加合適的縫隙補(bǔ)償電容。信號(hào)走線換層而對(duì)信號(hào)回流路徑做出的過(guò)孔補(bǔ)償或?qū)用嫜a(bǔ)償?shù)碾娙輾w納如下：

1.信號(hào)換層時(shí)，參考平面最好不要變換

2.信號(hào)換層變換參考平面的情況下，最好不要改變參考層的網(wǎng)絡(luò)屬性，在換層時(shí)如果是地網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)在距離走線換層過(guò)孔50mil距離內(nèi)合理添加地網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)回流過(guò)孔或縫隙補(bǔ)償電容；換層時(shí)如果是電源網(wǎng)絡(luò)，也要對(duì)應(yīng)地添加電源網(wǎng)絡(luò)的過(guò)孔或縫隙補(bǔ)償電容。

3.信號(hào)換層變換參考平面屬性變了，應(yīng)盡量減小兩個(gè)參考平面之間的距離，以減小信號(hào)間阻抗和返回路徑上的壓降。

4.當(dāng)換層信號(hào)密度大時(shí)，在換層的過(guò)孔旁邊適當(dāng)多添加幾個(gè)信號(hào)換層的與參考層屬性相對(duì)應(yīng)的回流補(bǔ)償過(guò)孔或添加縫隙補(bǔ)償電容。

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到了這里，關(guān)于硬件系統(tǒng)工程師寶典（16）-----符合EMC的信號(hào)走線與回流的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請(qǐng)?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！