干货｜高频PCB设计中出现的干扰分析及对策

一、电源噪声

高频电路中，电源所带有的噪声对高频旗子暗记影响尤为明显。
因此，首先哀求电源是低噪声的。

在这里，干净的地和干净的电源同样主要，为什么呢？电源特性如图1所示。
很明显，电源是具有一定阻抗的，并且阻抗是分布在全体电源上的，因此，噪声也会叠加在电源上。
那么我们就该当尽可能地减小电源的阻抗，以是最好要有专有的电源层和接地层。
在高频电路设计中，电源以层的形式设计，在大多数情形下都比以总线的形式设计要好得多，这样回路总可以沿着阻抗最小的路径走。
此外电源板还得为PCB上所有产生和接管的旗子暗记供应一个旗子暗记回路，这样可以最小化旗子暗记回路，从而减小噪声，这点常常为低频电路设计职员所忽略。

图1 电源特性

PCB设计中肃清电源噪声的方法有如下几种：

1、把稳板上通孔:通孔使得电源层上须要刻蚀开口以留出空间给通孔通过。
而如果电源层开口过大，势必影响旗子暗记回路，旗子暗记被迫绕开，回路面积增大，噪声加大。
同时如果一些旗子暗记线都集中在开口附近，共用这一段回路，公共阻抗将引发串扰。
如图2所示。

图2 旁路旗子暗记回路的公共路径

2、连接线须要足够多的地线:每一旗子暗记须要有自己的专有的旗子暗记回路,而且旗子暗记和回路的环路面积尽可能小,也便是说旗子暗记与回路要并行。

3、仿照与数字电源的电源要分开:高频器件一样平常对数字噪音非常敏感，以是两者要分开，在电源的入口处接在一起，若旗子暗记要超过仿照和数字两部分的话，可以在旗子暗记超过处放置一条回路以减小环路面积。
用于旗子暗记回路的数模间的超过如图3 所示。

图3 用于旗子暗记回路的数模间的超过

4、避免分开的电源在不同层间重叠:否则电路噪声很随意马虎通过寄生电容耦合过去。

5、隔离敏感元件:如PLL。

6、放置电源线:为减小旗子暗记回路,通过放置电源线在旗子暗记线边上来实现减小噪声,如图4所示。

图4 旗子暗记线边上放置电源线

二、传输线

在PCB中只可能涌现两种传输线：带状线和微波线，传输线最大的问题便是反射，反射会引发出很多问题，例如负载旗子暗记将是原旗子暗记与回波旗子暗记的叠加，增加旗子暗记剖析的难度；反射会引起回波损耗（回损），其对旗子暗记产生的影响与加性噪声滋扰产生的影响同样严重：

1、旗子暗记反射回旗子暗记源会增加系统噪声,使吸收机更加难以将噪声和旗子暗记区分开来；

2、任何反射旗子暗记基本上都会使旗子暗记质量降落,都会使输入旗子暗记形状上发生变革。
大原则上来说，办理的办法紧张是阻抗匹配(例如互连阻抗应与系统的阻抗非常匹配)但有时候阻抗的打算比较麻烦，可以参考一些传输线阻抗的打算软件。

PCB设计中肃清传输线滋扰的方法如下：

（a）、避免传输线的阻抗不连续性。
阻抗不连续的点便是传输线突变的点，如直拐角、过孔等，应只管即便避免。
方法有：避免走线的直拐角，尽可能走45角或者弧线，大弯角也可以；尽可能少用过孔，由于每个过孔都是阻抗不连续点，如图5所示；外层旗子暗记避免通过内层，反之亦然。

图5 肃清传输线滋扰的方法

（b）、不要用桩线。
由于任何桩线都是噪声源。
如果桩线短，可在传输线的末端端接就可以了；如果桩线长，会以主传输线为源，产生很大的反射，使问题繁芜化，建议不要利用。

三、耦合

1、公共阻抗耦合:是一种常见的耦合通道即滋扰源和被滋扰设备每每共用某些导体(例如回路电源、总线、公共接地等)，如图6所示。

图6 公共阻抗耦合

在该通道上,Ic的低落回在串联的电流回路中引起共模电压,影响吸收机。

2、场共模耦合将引起辐射源在由被滋扰电路形成的环路和公共参考面上引起共模电压。
如果磁场占紧张地位，在串联地回路中产生的共模电压的值是Vcm=-(△B/△t)面积(式中的△B=磁感应强度的变革量)如果是电磁场，已知它的电场值时，其感应电压：Vcm=(LhFE)/48,公式适用于L(m)=150MHz以下,超过这个限定，最大感应电压的打算可简化为：Vcm=2hE。

3、差模场耦合:指直接的辐射被导线对或电路板上的引线及其回路所感应吸收.如果只管即便靠近两根导线。
这种耦合会大大减小，以是可以将两根导线绞在一起来减小滋扰。

4、线间耦合(串扰)可以使任何线即是并联电路间发生不肯望有的耦合，严重的将大大危害系统的性能。
其种类可分为容性串扰和感性串扰。
前者是由于线间的寄生电容使得噪声源上的噪声通过电流的注入耦合到噪声吸收线上；后者可以被想象成旗子暗记在一个不肯望有的寄生变压器初次级间的耦合。
感性串扰的大小取决于两个环路的靠近程度和环路面积的大小，及所影响的负载的阻抗。

5、电源线耦合:是指互换或直流电源线受到电磁滋扰后，电源线又将这些滋扰

传输到其他设备上。

PCB设计中肃清串扰的方法有如下几种：

1、两种串扰的大小均随负载阻抗的增大而增大，以是应对由串扰引起的滋扰敏感的旗子暗记线进行适当的端接。

2、尽可能地增大旗子暗记线间的间隔,可以有效地减少容性串扰。
进行接地层管理，在布线之间进行间隔（例如对有源旗子暗记线和地线进行隔离，尤其在状态发生跳变的旗子暗记线和地之间更要进行间隔）和降落引线电感。

3、在相邻的旗子暗记线间插入一根地线也可以有效减小容性串扰，这根地线须要每1/4波长就接入地层。

4、对付感性串扰，应只管即便减小环路面积，如果许可的话，肃清这个环路。

5、避免旗子暗记共用环路。

6、关注旗子暗记完全性：设计者要在焊接过程中实现端接来办理旗子暗记完全性。
采取这种办法的设计者可专注屏蔽用铜箔的微带长度，以便得到旗子暗记完全性的良好性能。
对付在通信构造中采取密集连接器的系统，设计者可用一块PCB作端接。

四、电磁滋扰

随着速率的提升，EMI将变得越来越严重，并表现在很多方面上（例如互连处的电磁滋扰），高速器件对此尤为敏感，它会因此吸收到高速的假旗子暗记，而低速器件则会忽略这样的假旗子暗记。

PCB设计中肃清电磁滋扰的方法有如下几种：

1、减小环路：每个环路都相称于一个天线，因此我们须要只管即便减小环路的数量，环路的面积以及环路的天线效应。
确保旗子暗记在任意的两点上只有唯一的一条回路路径，避免人为环路，只管即便利用电源层。

2、滤波：在电源线上和在旗子暗记线上都可以采纳滤波来减小EMI，方法有三种：去耦电容、EMI滤波器、磁性元件。
EMI滤波器如图7所示。

图7 滤波器的类型

3、屏蔽。
由于篇幅问题再加上谈论屏蔽的文章很多，不再详细先容。

4、只管即便降落高频器件的速率。

5、增加PCB板的介电常数，可防止靠近板的传输线等高频部分向外辐射；增加PCB板的厚度，只管即便减小微带线的厚度，可以防止电磁线的外溢，同样可以防止辐射。

谈论到此我们可以总结一下在高频PCB设计中，我们该当遵照下面的原则：

1、电源与地的统一，稳定。

2、仔细考虑的布线和得当的端接可以肃清反射。

3、仔细考虑的布线和得当的端接可以减小容性和感性串扰。

4、须要抑制噪声来知足EMC哀求。

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