解決EMI問題的辦法很多,現(xiàn)代的EMI抑制方法包括:利用EMI抑制涂層、選用合適的EMI抑制零配件和EMI仿真設計等。本文從最基本的PCB布板出發(fā),討論PCB分層堆疊在控制EMI輻射中的作用和設計技巧。電源匯流排在IC的電源引腳附近合理地安置適當容量的電容,可使IC輸出電壓的跳變來得更快。然而,問題并非到此為止。由于電容呈有限頻率響應的特性,這使得電容無法在全頻帶上生成干凈地驅動IC輸出所需要的諧波功率。除此之外,電源匯流排上形成的瞬態(tài)電壓在去耦路徑的電感兩端會形成電壓降,這些瞬態(tài)電壓就是主要的共模EMI干擾源。我們應該怎么解決這些問題?就我們電路板上的IC而言,IC周圍的電源層可以看成是優(yōu)良的高頻電容器,它可以收集為干凈輸出提供高頻能量的分立電容器所泄漏的那部份能量。此外,優(yōu)良的電源層的電感要小,從而電感所合成的瞬態(tài)信號也小,進而降低共模EMI。當然,電源層到IC電源引腳的連線必須盡可能短,因為數(shù)位信號的上升沿越來越快,最好是直接連到IC電源引腳所在的焊盤上,這要另外討論。為了控制共模EMI,電源層要有助于去耦和具有足夠低的電感,這個電源層必須是一個設計相當好的電源層的配對。有人可能會問,好到什么程度才算好?問題的答案取決于電源的分層、層間的材料以及工作頻率(即IC上升時間的函數(shù))。通常,電源分層的間距是6mil,夾層是FR4材料,則每平方英寸電源層的等效電容約為75pF。顯然,層間距越小電容越大。
一、快速確定PCB外形設計PCB先要確定電路板的外形,通常就是在禁止布線層畫出電氣的布線范圍。除非有特殊要求,一般電路板的形狀都為矩形,長寬比一般為3:2或者4:3較為理想。在畫之前可以任意畫出兩條橫線和兩條豎線,然后利用“放置工具條”里的“設置原點”工具將某一條線段的端點設為原點即坐標為(0,0),之后雙擊每一條線段,對其起點和終點的坐標值進行相應的更改,使4條線段首尾相接,形成一個封閉的矩形框,電路板的外型確定也就完成了。如果在畫圖的過程中需要調(diào)整電路板的大小,只要修改每條線段的相應坐標值即可。從成本、敷銅線長度、抗噪聲能力考慮,電路板尺寸越小越好,但是板尺寸太小,則散熱不良,且相鄰的導線容易引起干擾。不過,當電路板的尺寸大于200mm×150mm時,應該考慮電路板的機械強度,適當加裝固定孔,以便起到支撐的作用。二、元件布局開始布局之前首先要通過網(wǎng)絡表載入元器件,這個過程中經(jīng)常會遇到網(wǎng)絡表無法完全載入的錯誤,主要可歸為兩類:一類是找不到元件,解決方法是確認原理圖中已定義元件的封裝形式,并確認已添加相應的PCB元件庫,若仍找不到元件就要自己造一個元件封裝了;另一類是丟失引腳,最常見的就是二極管、三極管的引腳丟失,這是由于原理圖中的引腳一般是字母A、K、E、B、C,而PCB元件的引腳則是數(shù)字1、2、3,解決方法就是更改原理圖的定義,或者更改PCB元件的定義使其一致即可。有經(jīng)驗的設計者一般都會根據(jù)實際元件的封裝外形建立一個自己的PCB元件庫,使用方便而且不易出錯。進行布局時,必須要遵循一些基本規(guī)則:(1)特殊元件特殊考慮高頻元件之間要盡量靠近,連線越短越好;具有高電位差的元件之間距離盡量加大;重量大的元器件應該有支架固定;發(fā)熱的元件應遠離熱敏元件并加裝相應的散熱片或置于板外;電位器、可調(diào)電感線圈、可變電容、微動開關等可調(diào)元件的布局應該考慮整機的結構要求,以方便調(diào)節(jié)為準??傊?,一些特殊的元器件在布局時要從元件本身的特性、機箱的結構、維修調(diào)試的方便性等多方面綜合考慮,以保證做出一塊穩(wěn)定、好用的PCB板。
一、沉金板與鍍金板的區(qū)別二、為什么要用鍍金板隨著IC 的集成度越來越高,IC腳也越多越密。而垂直噴錫工藝很難將成細的焊盤吹平整,這就給SMT的貼裝帶來了難度;另外噴錫板的待用壽命(shelf life)很短。而鍍金板正好解決了這些問題: 1對于表面貼裝工藝,尤其對于0603及0402 超小型表貼,因為焊盤平整度直接關系到錫膏印制工序的質(zhì)量,對后面的再流焊接質(zhì)量起到?jīng)Q定性影響,所以,整板鍍金在高密度和超小型表貼工藝中時常見到。2在試制階段,受元件采購等因素的影響往往不是板子來了馬上就焊,而是經(jīng)常要等上幾個星期甚至個把月才用,鍍金板的待用壽命(shelf life)比鉛錫合金長很多倍所以大家都樂意采用。再說鍍金PCB在度樣階段的成本與鉛錫合金板相比相差無幾。但隨著布線越來越密,線寬、間距已經(jīng)到了3-4MIL。因此帶來了金絲短路的問題:隨著信號的頻率越來越高,因趨膚效應造成信號在多鍍層中傳輸?shù)那闆r對信號質(zhì)量的影響越明顯:趨膚效應是指:高頻的交流電,電流將趨向集中在導線的表面流動。根據(jù)計算,趨膚深度與頻率有關:鍍金板的其它缺點在沉金板與鍍金板的區(qū)別表中已列出。
江西專業(yè)線路板貼片隨著PCB設計復雜度的逐步提高,對于信號完整性的分析除了反射,串擾以及EMI之外,專業(yè)線路板貼片穩(wěn)定可靠的電源供應也成為設計者們重點研究的方向之一。尤其當開關器件數(shù)目不斷增加,核心電壓不斷減小的時候,電源的波動往往會給系統(tǒng)帶來致命的影響,于是人們提出了新的名詞:電源完整性,簡稱PI(powerintegrity)。當今國際市場上,IC設計比較發(fā)達,但電源完整性設計還是一個薄弱的環(huán)節(jié)。因此本文提出了PCB板中電源完整性問題的產(chǎn)生,分析了影響電源完整性的因素并提出了解決PCB板中電源完整性問題的優(yōu)化方法與經(jīng)驗設計,具有較強的理論分析與實際工程應用價值。二、電源噪聲的起因及分析對于電源噪聲的起因我們通過一個與非門電路圖進行分析。圖1中的電路圖為一個三輸入與非門的結構圖,因為與非門屬于數(shù)字器件,它是通過“1”和“0”電平的切換來工作的。隨著IC技術的不斷提高,數(shù)字器件的切換速度也越來越快,這就引進了更多的高頻分量,同時回路中的電感在高頻下就很容易引起電源波動。如在圖1中,當與非門輸入全為高電平時,電路中的三極管導通,電路瞬間短路,電源向電容充電,同時流入地線。此時由于電源線和地線上存在寄生電感,我們由公式V=LdI/dt可知,這將在電源線和地線上產(chǎn)生電壓波動,如圖2中所示的電平上升沿所引入的ΔI噪聲。當與非門輸入為低電平時,此時電容放電,將在地線上產(chǎn)生較大的ΔI噪聲;而電源此時只有電路的瞬間短路所引起的電流突變,由于不存在向電容充電而使電流突變相對于上升沿來說要小。從對與非門的電路進行分析我們知道,造成電源不穩(wěn)定的根源主要在于兩個方面:一是器件高速開關狀態(tài)下,瞬態(tài)的交變電流過大;
Via hole導通孔起線路互相連結導通的作用,電子行業(yè)的發(fā)展,同時也促進PCB的發(fā)展,也對印制板制作工藝和表面貼裝技術提出更高要求。Via hole塞孔工藝應運而生,同時應滿足下列要求:(一)導通孔內(nèi)有銅即可,阻焊可塞可不塞;(二)導通孔內(nèi)必須有錫鉛,有一定的厚度要求(4微米),不得有阻焊油墨入孔,造成孔內(nèi)藏錫珠;(三)導通孔必須有阻焊油墨塞孔,不透光,不得有錫圈,錫珠以及平整等要求。隨著電子產(chǎn)品向“輕、薄、短、小”方向發(fā)展,PCB也向高密度、高難度發(fā)展,因此出現(xiàn)大量SMT、BGA的PCB,而客戶在貼裝元器件時要求塞孔,主要有五個作用:(一)防止PCB過波峰焊時錫從導通孔貫穿元件面造成短路;特別是我們把過孔放在BGA焊盤上時,就必須先做塞孔,再鍍金處理,便于BGA的焊接。(二)避免助焊劑殘留在導通孔內(nèi);(三)電子廠表面貼裝以及元件裝配完成后PCB在測試機上要吸真空形成負壓才完成:(四)防止表面錫膏流入孔內(nèi)造成虛焊,影響貼裝;