高速pcb設(shè)計指南之八-展示頁
2025-01-26 05:31本頁面
【正文】 公式所定義：V=Ldi/dt，其中：L是電流傳輸路徑上電感的值；di表示信號上升時間間隔內(nèi)電流的變化；dt表示電流的傳輸時間(信號的上升時間)。對于IC不斷轉(zhuǎn)換所產(chǎn)生的超高頻電流而言，電源總線始于PCB上的去耦網(wǎng)絡(luò)，止于IC的輸出級。 電路中相當(dāng)一部分電磁輻射是由電源總線中的電壓瞬變造成的。用來控制電路板中電磁場的措施與用來抑制IC封裝中電磁場的措施大體相似。 當(dāng)信號電壓與信號回路之間的耦合不緊密時，電路的電容就會減小，因而對電場的抑制作用就會減弱，從而使EMI增大；電路中的電流也存在同樣的情況，如果電流同返回路徑之間耦合不佳，勢必加大回路上的電感，從而增強了磁場，最終導(dǎo)致EMI增加。電場和磁場的強度以及對外輻射的百分比，不僅是信號上升時間的函數(shù)，同時也取決于對信號源到負載點之間信號通道上電容和電感的控制的好壞，在此，信號源位于PCB板的IC內(nèi)部，而負載位于其它的IC內(nèi)部，這些IC可能在PCB上，也可能不在該PCB上。眾所周知，電路中的每一個電壓值都對應(yīng)一定的電流，同樣每一個電流都存在對應(yīng)的電壓。從上述公式中不難看出，如果電路的開關(guān)頻率為50MHz，而采用的集成電路芯片的上升時間是1ns，那么該電路的最高EMI發(fā)射頻率將達到350MHz，遠遠大于該電路的開關(guān)頻率。最高EMI頻率也稱為EMI發(fā)射帶寬，它是信號上升時間而不是信號頻率的函數(shù)。EMI的來源 數(shù)字集成電路從邏輯高到邏輯低之間轉(zhuǎn)換或者從邏輯低到邏輯高之間轉(zhuǎn)換過程中，輸出端產(chǎn)生的方波信號頻率并不是導(dǎo)致EMI的唯一頻率成分。集成電路的某些特征如封裝類型、偏置電壓和芯片的工藝技術(shù)(例如CMOS、ECL、TTL)等都對電磁干擾有很大的影響。顯然，在PCB設(shè)計層面，確實可以做很多的工作來改善EMI。PCB上的集成電路芯片是EMI最主要的能量來源，因此如果能夠深入了解集成電路芯片的內(nèi)部特征，可以簡化PCB和系統(tǒng)級設(shè)計中的EMI控制。EMI控制通常需要結(jié)合運用上述的各項技術(shù)。：；:；：高速PCB設(shè)計指南之八第一篇 掌握IC封裝的特性以達到最佳EMI抑制性能將去耦電容直接放在IC封裝內(nèi)可以有效控制EMI并提高信號的完整性，本文從IC內(nèi)部封裝入手，分析EMI的來源、IC封裝在EMI控制中的作用，進而提出11個有效控制EMI的設(shè)計規(guī)則，包括封裝選擇、引腳結(jié)構(gòu)考慮、輸出驅(qū)動器以及去耦電容的設(shè)計方法等，有助于設(shè)計工程師在新的設(shè)計中選擇最合適的集成電路芯片，以達到最佳EMI抑制的性能。 現(xiàn)有的系統(tǒng)級EMI控制技術(shù)包括：（1） 電路封閉在一個Faraday盒中(注意包含電路的機械封裝應(yīng)該密封)來實現(xiàn)EMI屏蔽；（2） 電路板或者系統(tǒng)的I/O端口上采取濾波和衰減技術(shù)來實現(xiàn)EMI控制；（3） 現(xiàn)電路的電場和磁場的嚴格屏蔽，或者在電路板上采取適當(dāng)?shù)脑O(shè)計技術(shù)嚴格控制PCB走線和電路板層(自屏蔽)的電容和電感，從而改善EMI性能。一般來說，越接近EMI源，實現(xiàn)EMI控制所需的成本就越小。 PCB板級和系統(tǒng)級的設(shè)計工程師通常認為，它們能夠接觸到的EMI來源就是PCB。然而在考慮EMI控制時，設(shè)計工程師首先應(yīng)該考慮IC芯片的選擇。本文將著重討論這些問題，并且探討IC對EMI控制的影響。該方波中包含頻率范圍寬廣的正弦諧波分量，這些正弦諧波分量構(gòu)成工程師所關(guān)心的EMI頻率成分。計算EMI發(fā)射帶寬的公式為： F=其中：F是頻率，單位是GHz；Tr是單位為ns(納秒)的信號上升時間或者下降時間。而如果IC的上升時間為500ps，那么該電路的最高EMI發(fā)射頻率將高達700MHz。當(dāng)IC的輸出在邏輯高到邏輯低或者邏輯低到邏輯高之間變換時，這些信號電壓和信號電流就會產(chǎn)生電場和磁場，而這些電場和磁場的最高頻率就是發(fā)射帶寬。為了有效地控制EMI，不僅需要關(guān)注IC芯片自身的電容和電感，同樣需要重視PCB上存在的電容和電感。換句話說，對電場控制不佳通常也會導(dǎo)致磁場抑制不佳。正如同PCB設(shè)計的情況，IC封裝設(shè)計將極大地影響EMI。當(dāng)IC的輸出級發(fā)生跳變并驅(qū)動相連的PCB線為邏輯“高”時，IC芯片將從電源中吸納電流，提供輸出級所需的能量。電源總線上電壓的瞬變?nèi)Q于電源總線路徑上的電感、吸納的電流以及電流的傳輸時間。 由于IC管腳以及內(nèi)部電路都是電源總線的一部分，而且吸納電流和輸出信號的上升時間也在一定程度上取決于IC的工藝技術(shù)，因此選擇合適的IC就可以在很大程度上控制上述公式中提到的所有三個要素。硅基芯片安裝在小型的PCB上，通過綁定線實現(xiàn)硅基芯片與焊盤之間的連接，在某些封裝中也可以實現(xiàn)直接連接。貫穿該IC的電源和信號的傳輸路徑包括：硅基芯片、與小型PCB之間的連線、PCB走線以及IC封裝的輸入和輸出管腳。某些設(shè)計特征將直接影響整個IC芯片封裝的電容和電感。許多的IC芯片都采用綁定線來實現(xiàn)硅基芯片與內(nèi)部小電路板之間的連接，這是一種在硅基芯片與內(nèi)部小電路板之間的極細的飛線。芯片本身是一種硅基器件，其熱脹系數(shù)與典型的PCB材料(如環(huán)氧樹脂)的熱脹系數(shù)有很大的差別。綁定線是一種適應(yīng)這種特殊環(huán)境的引線方式，它可以承受大量的彎曲變形而不容易斷裂。獲得較低電感值的優(yōu)良設(shè)計就是實現(xiàn)硅基芯片與內(nèi)部PCB之間的直接連接，也就是說硅基芯片的連接點直接粘接在PCB的焊盤上。而選擇這種材料將導(dǎo)致IC芯片整體成本的增加，因而采用這種工藝技術(shù)的芯片并不常見，但是只要這
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