高速PCB设计指南之八.doc

高速PCB设计指南之八掌握IC封装特性以达到最佳EMI抑制性能将去耦电容直接放在IC封装内可以有效控制EMI并提高信号完整性,本文从IC内部封装入手,剖析EMI来源、IC封装在EMI控制中作用,进而提出11个有效控制EMI设计规则,包括封装选择、引脚结构考虑、输出驱动器以及去耦电容设计方法等,有助于设计工程师在新设计中选择最合适集成电路芯片,以达到最佳EMI抑制性能。现有系统级EMI控制技术包括:电路封闭在一个Faraday盒中(注意包含电路机械封装应该密封)来实现EMI屏蔽;电路板或者系统I/O端口上采取滤波与衰减技术来实现EMI控制;现电路电场与磁场严格屏蔽,或者在电路板上采取适当设计技术严格控制PCB走线与电路板层(自屏蔽)电容与电感,从而改善EMI性能。EMI控制通常需要结合运用上述各项技术。一般来说,越接近EMI源,实现EMI控制所需成本就越小。PCB上集成电路芯片是EMI最主要能量来源,因此如果能够深入了解集成电路芯片内部特征,可以简化PCB与系统级设计中EMI控制。PCB板级与系统级设计工程师通常认为,它们能够接触到EMI来源就是PCB。显然,在PCB设计层面,确实可以做很多工作来改善EMI。然而在考虑EMI控制时,设计工程师首先应该考虑IC芯片选择。集成电路某些特征如封装类型、偏置电压与芯片工艺技术(例如CMOS、ECL、TTL)等都对电磁干扰有很大影响。本文将着重讨论这些问题,并且剖析IC对EMI控制影响。1、EMI来源数字集成电路从逻辑高到逻辑低之间转换或者从逻辑低到逻辑高之间转换过程中,输出端产生方波信号频率并不是导致EMI唯一频率成分。该方波中包含频率范围宽广正弦谐波分量,这些正弦谐波分量构成工程师所关心EMI频率成分。最高EMI频率也称为EMI发射带宽,它是信号上升时间而不是信号频率函数。计算EMI发射带宽公式为:F=:F是频率,单位是GHz;Tr是单位为ns(纳秒)信号上升时间或者下降时间。从上述公式中不难看出,如果电路开关频率为50MHz,而采用集成电路芯片上升时间是1ns,那么该电路最高EMI发射频率将达到350MHz,远远大于该电路开关频率。而如果IC上升时间为500ps,那么该电路最高EMI发射频率将高达700MHz。众所周知,电路中每一个电压值都对应一定电流,同样每一个电流都存在对应电压。当IC输出在逻辑高到逻辑低或者逻辑低到逻辑高之间变换时,这些信号电压与信号电流就会产生电场与磁场,而这些电场与磁场最高频率就是发射带宽。电场与磁场强度以及对外辐射百分比,不仅是信号上升时间函数,同时也取决于对信号源到负载点之间信号通道上电容与电感控制好坏,在此,信号源位于PCB板IC内部,而负载位于其它IC内部,这些IC可能在PCB上,也可能不在该PCB上。为了有效地控制EMI,不仅需要关注IC芯片自身电容与电感,同样需要重视PCB上存在电容与电感。当信号电压与信号回路之间耦合不紧密时,电路电容就会减小,因而对电场抑制作用就会减弱,从而使EMI增大;电路中电流也存在同样情况,如果电流同返回路径之间耦合不佳,势必加大回路上电感,从而增强了磁场,最终导致EMI增加。换句话说,对电场控制不佳通常也会导致磁场抑制不佳。用来控制电路板中电磁场措施与用来抑制IC封装中电磁场措施大体相似。正如同PCB设计情况,IC封装设计将