av香蕉,久久久高清,久久骚

首頁(yè)>技術(shù)中心>詳情

EMI/EMC設(shè)計(jì)講座：映像平面的分割與隔離(下)

2014/10/09

Lee

8715

設(shè)計(jì)I/O電路時(shí)，有兩個(gè)地方很重要，那就是：功能子系統(tǒng)和「安靜區(qū)域（quiet area）」。底下將分別說明。

方法二：橋接
　　

這個(gè)方法是使用一個(gè)「橋接電路」，它位于一個(gè)控制區(qū)塊與一個(gè)隔離區(qū)域之間。橋接的位置是位于「壕溝」無(wú)法流通的地方。透過它，訊號(hào)走線、電源與接地線都可以通過「壕溝」。如附圖三所示。任何與I/O線路無(wú)關(guān)的走線如果通過了「壕溝」，就可能會(huì)造成射頻輻射和ESD的問題。其所產(chǎn)生的射頻回路電流，如附圖四所示。射頻電流必須沿著它們的走線路徑「映像（image）」回來。在兩個(gè)不同區(qū)域之間，會(huì)產(chǎn)生共模噪聲。和方法一不同的是：電源和接地平面是直接連接至這兩個(gè)不同區(qū)域之間。因此，這個(gè)方法形成了一個(gè)分割。
　　

使用橋接法的好處是和城堡被「城池」包圍的好處類似。只有那些擁有「護(hù)照」的訊號(hào)，可以通過這個(gè)「橋梁」。由于射頻返回電流必須沿著它們的走線路徑「映像」回來，所以可以使磁通量最小化。這個(gè)映像返回路徑是唯一的，而且只有一條返回路徑存在----那就是「這座橋」。
　　

有時(shí)，只有電源平面是隔離的，而接地平面則可以透過「這座橋」被完整連接。這種技術(shù)常被使用于需要共同接地、或個(gè)別過濾的電路上，它們都需要穩(wěn)定的電源。在這種情況下，通常會(huì)使用鐵粉芯導(dǎo)線來跨越「壕溝」，但只有已經(jīng)過濾過的電源可以這么做。這個(gè)鐵粉芯必須位于橋梁區(qū)域，而且不能跨過「壕溝」。如果在隔離區(qū)域內(nèi)不需要模擬或數(shù)字電源，則這個(gè)未使用到的電源平面可以再次被定義為第二個(gè)0V（接地）平面，且參考到主要的接地平面。當(dāng)使用一個(gè)「分割平面（split plane）」時(shí)，必須保證穿越過「橋梁」的走線，確實(shí)沿著一個(gè)0V的參考（接地）平面而行，而且不是沿著分割的電源平面。
　　

當(dāng)使用橋接法時(shí)，如果底盤和系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)有提供多點(diǎn)接地（multipoint ground），那最好能將「橋梁」的兩端與底盤或框架（frame）一起接地。將進(jìn)入口與「橋梁」接地，可以執(zhí)行下列兩項(xiàng)功能：
　　

1. 它可以移除在供電網(wǎng)絡(luò)中的高頻的共模射頻成份（接地噪聲電壓），避免它被耦合至分割的區(qū)域內(nèi)。
　　

2. 它可以移除渦流（eddy current），這種電流可能存在于底盤或適配卡插件箱（card cage）內(nèi)。藉此，能夠改善接地回路的控制。
　　

一個(gè)阻抗更小的路徑可以當(dāng)成射頻電流的接地面，如果沒有它，射頻電流會(huì)經(jīng)由其它路徑到達(dá)底盤的接地面，譬如：在I/O纜線內(nèi)的射頻電流。

　　
圖三：跨越「壕溝」的「橋梁」

　　
圖四：不正確使用「壕溝」的例子
　　

將「橋梁」的兩端接地也可以增加ESD的免疫能力。如果有一個(gè)高能量脈沖被注入至I/O連接器中，這個(gè)能量可能會(huì)跑到主控區(qū)域，并造成永久性的傷害。因此，這個(gè)能量脈沖必須經(jīng)由一個(gè)阻抗非常小的路徑，流向底盤的接地面。將「橋梁」的兩端接地的另一個(gè)理由是，可以去除射頻接地噪聲電壓，這個(gè)噪聲電壓是由于分割區(qū)域和主控區(qū)域之間所存在的電壓差造成的。如果射頻共模噪聲包含了高頻的射頻能量，則必須在每一個(gè)底盤接地點(diǎn)上，使用去耦合電容來移除此射頻能量（交流波形）。附圖四是當(dāng)使用數(shù)字和模擬分割時(shí)，走線要如何繞線的情形。由于數(shù)字供電平面的切換噪聲（switching noise）可能會(huì)注入至模擬區(qū)塊內(nèi)，所以必須采用隔離或過濾方法。從數(shù)字繞至模擬區(qū)塊的所有走線必須經(jīng)過「橋梁」。對(duì)模擬電源而言，必須使用一個(gè)鐵粉芯導(dǎo)線來跨越「壕溝」。也可能需要一個(gè)穩(wěn)壓器（voltage regulator）。通常，「壕溝」是100%地圍繞著被分割的模擬電源區(qū)域。

某些模擬組件需要將模擬接地與數(shù)字接地連接起來，不過這必須經(jīng)由一個(gè)「橋梁」才行。如附圖五所示。有許多模擬-數(shù)字和數(shù)字-模擬裝置，在同一個(gè)封裝構(gòu)造內(nèi)，將它們的模擬接地（AGND）和數(shù)字接地（DGND）連接在一起。當(dāng)一個(gè)組件內(nèi)部是采用這種分割方法來設(shè)計(jì)時(shí)，則在PCB布線時(shí)，模擬和數(shù)字接地只需要一個(gè)接地連接線（亦即，共享一個(gè)接地線）。只有當(dāng)組件內(nèi)部有將AGND和DGND分開時(shí)，AGND和DGND才需要彼此以「壕溝」隔開。在進(jìn)行PCB布線時(shí)，工程師必須事先詢問組件供貨商，要如何正確地隔離或連接AGND和DGND。

　　　
圖五：數(shù)字和模擬分割的概念
　　

不正確地使用映射平面
　　

映射平面雖然很好用，但是如果錯(cuò)誤地使用它，將會(huì)造成嚴(yán)重的電磁干擾問題。一個(gè)映像平面要能夠有效，所有的訊號(hào)走線必須與一個(gè)固定平面相鄰，而且不能跨越銅線的隔離區(qū)域。不過，使用某些特殊的走線繞線技術(shù)卻是例外。如果一條訊號(hào)走線，或甚至一條電源走線（例如：在+5 V電源平面上的一條+12 V走線）在一個(gè)固定平面內(nèi)繞線，則這個(gè)固定平面將被切割成許多個(gè)小部份。一個(gè)接地或射頻訊號(hào)返回回路的設(shè)計(jì)規(guī)則，目前已經(jīng)被建立起來，這是在相鄰的電路板層之間測(cè)量射頻返回電流的大小。這種電流的存在代表了映射平面并沒有被正確地使用。這種射頻回路的產(chǎn)生，是因?yàn)樯漕l電流無(wú)法在訊號(hào)走線內(nèi)找到一條直接的、低阻抗的返回路徑。
　　

附圖六說明了映射平面被不正確地使用的情形。這些平面現(xiàn)在已經(jīng)無(wú)法成為一個(gè)固定的0 V參考點(diǎn)，以去除共模的射頻電流。由于平面的切割所造成的損失，最后可能會(huì)產(chǎn)生射頻電場(chǎng)。在一個(gè)映射平面上的通孔（via）并不會(huì)減弱該平面的映射能力，但接地插槽（ground slot）除外。
　　

圖六：走線不正確地使用映射平面
　　

另一個(gè)與接地平面的不連續(xù)性有關(guān)之議題是：使用穿洞（through-hole）組件。在一個(gè)電源或接地平面上使用過多的穿洞組件，將會(huì)產(chǎn)生所謂的「瑞士奶酪病癥（Swiss Cheese Syndrome）」。由于穿洞太多，許多洞都彼此重迭，致使平面上的銅區(qū)塊減少，不連續(xù)的區(qū)域就變大了。這個(gè)效應(yīng)如附圖七所示。在映射平面上的返回電流是沿著洞孔邊緣流動(dòng)，而訊號(hào)走線則是以直線路徑跨越不連續(xù)的區(qū)塊。如附圖七所示，在接地平面上的返回電流必須繞過插槽或洞孔。其結(jié)果是，必須增加走線的長(zhǎng)度，才能傳送返回電流。增長(zhǎng)的走線長(zhǎng)度會(huì)使返回走線的電感值增加。因?yàn)镋 = L(dI/dt)，當(dāng)返回路徑的電感值增加時(shí)，訊號(hào)走線與射頻電流返回路徑之間的差模耦合效果就會(huì)降低，磁通相抵（flux cancellation）的效果也會(huì)減少。對(duì)洞孔不是很大的穿洞組件而言----其接腳之間仍然具有空間，降低訊號(hào)和返回電流的最佳方法是：降低返回路徑和固定平面上的電感值。
　　
如果一條訊號(hào)走線是沿著穿洞區(qū)域（不連續(xù)區(qū)域）行走，則一個(gè)固定的映射平面（射頻返回路徑）將會(huì)沿著所有的訊號(hào)路徑存在著。在附圖七右側(cè)，因?yàn)榻拥仄矫鏇]有不連續(xù)，所以走線長(zhǎng)度可以縮短。相反的，在附圖七左側(cè)，如果走線長(zhǎng)度增加，就會(huì)增加電感值。當(dāng)走線長(zhǎng)度增加后，會(huì)造成能量反射，破壞訊號(hào)的完整性和應(yīng)有的功能，也會(huì)產(chǎn)生射頻電流回路，如同天線一樣。
　　
為了縮短走線的長(zhǎng)度，而必須使訊號(hào)走線穿過PCB的插槽或洞孔時(shí)，在走線和洞孔附近空間之間必須遵守「3-W法則」：走線之間的間距必須是單一走線寬度的三倍；或者說：兩走線之間的間距〉單一走線寬度的兩倍。
　　
附圖八是使用電容使射頻返回電流能夠穿越插槽或「壕溝」。此電容為射頻電流提供了交流并聯(lián)電路，藉此，射頻電流可以穿越「壕溝」。它大約可以提高20dB的效能。不過，這種方法可能會(huì)在走線電流和它們的映射電流之間，產(chǎn)生電抗（reactance）位移的現(xiàn)象，最后將使磁通相抵（flux cancellation）的效果減弱。所以，最好使用上述的隔離法或橋接法來解決。