七、印制电路板基础.docx

第7章印刷电路板基础
无源器件隐含的射频特性
EMC是“巫术” ?
为什么一支电容器不仅仅是电容?
为什么电感器不是电感?
PCB怎样产生射频能量
麦克斯韦方程描述了产生EMI的根本原因是时变电流,
对麦克斯韦方程的高度概括可以认为其方程可以联合 成欧姆定律
V = IxR （时域）vrf =IrfxZ （频域） 式中，V是电压，I是电流，R是电阻；Z是阻抗，下标rf 表示“关于射频能量的分量” 当频率低于数千赫兹时，最小阻抗路径就是最小电阻路 径；当频率高于数千赫兹时，电抗的值通常就超过了电 阻值R,最小电抗路径成为主导因素
信号和回流电流都具有直接路径
低频电路
的情况
回流路径与源路径的物理长度不 同，会由于路径较长而附加了额 外的阻抗。自由空间的波阻抗为 377Q ■但在 100kHz和 1MHz的 频率范围只要具有很小的电抗就 会有超过377Q的阻抗。因为电
流必须回到源头去并满足安培定 律，RF能量就会经过可能的最低 阻抗路径回流，当回流路径的阻 抗大于377Q时,自由空间就变 成了回流路径,于是就发生了 EMI辐射
EMC theory and application

如果RF回流路径平行靠近其相应的流出线条，则回流 路径上的磁通（顺时针场）与源路径上的磁通（逆时针 场）是方向相反的，于是顺时针磁场和逆时针磁场迭加 时，就得到了对消的效果，常用的通量对消技术有： •在多层印制电路板的情形，可以采用恰当的叠层安排 和阻抗控制以便产生一个RF回流像电流或回流的地回 •将时钟线条布放在靠近RF回流路径、接地平板（多层 PCB时）、地网格或接地/保护线条处 •将元件塑料封装内产生的磁通引导到零伏参考系统 •通过降低时钟或频率振荡电路产生的R F驱动电压来减 弱线条中的RF电流
两种基本拓扑：微带线和带状线
1=
微带线
埋©微带线
带狀
电源平面
双带状线
单带状线
接地平面
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刀:•；"•：：-：•
微带线
图PCB叠层结构举例
□微带线
A位于PCB的顶层、底层或其他外层上的印制线条
A微带线对PCB±产生的RF能量的抑制能力最小
A快速时钟和逻辑信号的传播采用微带线结构
A快速信号要求小电容耦合和低的源到负载的传输延 迟时间 ＞电容对时钟的作用是减缓数字信号的边沿过渡过程
A当两个实体金属平面间的耦合电容较小时，信号就 传播地快些
A当使用微带线时，线条位于PCB外层，由于没有 顶和底电路层的防护作用，将会向环境辐射RF能量
「用」——
口带状线
A位于两个实体平面层中间的信号线层上，这两个 实体层可以是地电位，也可以是具有一定电位的电 源平面
A带状线加强了抗RF辐射发射噪声的特性，但相应 地减缓了传播速度
＞仍然会由于在外层安装的元件而产生辐射
A使PCB顶层上元件引线电感最小会减小辐射发射 作用
A当使用双带状线时，两个布线层上的线条是垂直 布置的
叠层安排
在设计印制电路板时，一个最基本的问题是实现电 路要求的功能需要多少个布线层和电源平面
最好在PCB±就把RF能量抑制下去，而不是靠金属 机箱或封闭的导电塑料盒将R F能量封闭住
每一个布线层都与一个参考的平面（电源或地）相 邻，而只有最外层的微带线或单层板的情况例外， 最外层的微带线只应该是低速线条
对于多层参考平面的情形，与零伏参考平面邻近的 布线层比邻近电源平面的布线层更具有高速信号线 条的特性
□单面板设计：通常只用于那些不包含周期信号（时钟） 的产品或者用于模拟信号的仪器和控制系统中
A单面板PCB—般只用在几百千赫兹工作的情形
A最便捷的设计单面PCB的方法是由设计电源和接地线开 始，然后设计高风险信号（时钟），该信号的线条必须紧 靠近接地线条，最后再进行其余线条的设计