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一种高速DSP系统的电路板级电磁兼容性设计

时间:2021-11-09 21:46:01 来源:ror体育app官网下载 点击:

本文摘要:印制线路板(PCB)获取电路元件和器件之间的电气相连,是各种电子设备最基本的组成部分,它的性能必要关系到电子设备质量的优劣。随着电子技术的发展,各种电子产品常常在一起工作,它们之间的阻碍更加相当严重,所以电磁兼容问题沦为一个电子系统能否长时间工作的关键。 某种程度,随着PCB的密度更加低,PCB设计的优劣对电路的阻碍及抗干扰能力影响相当大。要使电子电路获得最佳性能,除了元器件的自由选择和电路设计之外,较好的PCB布线在电磁兼容性中也是一个十分最重要的因素。

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印制线路板(PCB)获取电路元件和器件之间的电气相连,是各种电子设备最基本的组成部分,它的性能必要关系到电子设备质量的优劣。随着电子技术的发展,各种电子产品常常在一起工作,它们之间的阻碍更加相当严重,所以电磁兼容问题沦为一个电子系统能否长时间工作的关键。

某种程度,随着PCB的密度更加低,PCB设计的优劣对电路的阻碍及抗干扰能力影响相当大。要使电子电路获得最佳性能,除了元器件的自由选择和电路设计之外,较好的PCB布线在电磁兼容性中也是一个十分最重要的因素。  随着高速DSP技术的广泛应用,适当的高速DSP的PCB设计就变得十分最重要。

由于DSP是一个非常简单、种类多样并有许多分系统的数、模混合系统,所以来自外部的电磁辐射以及内部元器件之间、分系统之间和各传输地下通道间的串扰对DSP及其数据信息所产生的阻碍,已相当严重地威胁着其工作的稳定性、可靠性和安全性。多达,阻碍引发的DSP事故占到其总事故的90%左右。

因此设计一个平稳、可信的DSP系统,电磁兼容和抗干扰至关重要。  1DSP的电磁干扰环境  电磁干扰的基本模型由电磁干扰源、耦合路径和接收机3部分构成,如图1右图。  电磁干扰源包括微处理器、微控制器、静电静电、瞬时功率继续执行元件等。

随着大量高速半导体器件的应用于,其边沿跳变速率十分慢,这种电路可以产生高达300MHz的谐波阻碍。耦合路径可以分成空间电磁辐射电磁波和导线传导的电压与电流。噪声被耦合到电路中的最简单方式是通过导体的传送,例如,有一条导线在一个有噪声的环境中经过,这条导线通过感应器接管这个噪声并且将其传送到电路的其他部分,所有的电子电路都可以接管传输的电磁干扰。

例如,在数字电路中,临界信号最更容易受到电磁干扰的影响;仿真的低级放大器、控制电路和电源调整电路也更容易受到噪声的影响。  2DSP电路板的布线和设计  较好的电路板布线在电磁兼容性中是一个十分最重要的因素,一个糟糕的电路板布线和设计不会产生很多电磁兼容问题,即使再加滤波器和其他元器件也无法解决问题这些问题。

  准确的电路布线和设计应当超过如下3点拒绝:  (1)电路板上的各部分电路之间不存在阻碍,电路仍能长时间工作;  (2)电路板对外的传导升空和电磁辐射升空尽量较低,超过有关标准拒绝;  (3)外部的传导阻碍和电磁辐射阻碍对电路板上的电路没影响。  2.1元器件的布置  (1)元器件布置的首要问题是对元器件展开分组。元器件的分组原则有:按电压有所不同分;按数字电路和仿真电路分;按高速和短距离信号分和按电流大小分。

一般情况下都按照电压有所不同分或按数字电路与仿真电路分。  (2)所有的连接器都放到电路板的一侧,尽量避免从两侧引向电缆。  (3)防止让高速信号线附近连接器。  (4)在元器件决定时应考虑到尽量延长高速信号线,如时钟线、数据线和地址线等。

  2.2地线和电源线的布置  地线布置的最后目的是为了最小化短路电阻,以此增大从电路回到到电源之间的短路电路电势,即增大电路从源端到目的末端线路和地层构成的环路面积。一般来说减少环路面积是由于地层隔缝引发的。

如果地层上有缝隙,高速信号线的转往线就不得不要跨过隔缝,从而减小了高频环路的面积,如图2右图。  图2中高速线与芯片之间展开信号传输。

图2(a)中没地层隔缝,根据电流总是回头电阻大于的途径,此时环路面积大于。图2(b)中,有地层隔缝,此时地环路面积减小,这样就产生如下后果:  (1)减小向空间的电磁辐射阻碍,同时易受空间磁场的影响;  (2)增大与板上其他电路产生磁场耦合的可能性;  (3)由于环路电感增大,通过高速线输入的信号更容易产生波动;  (4)环路电感上的高频压降包含共模辐射源,并通过外接电缆产生共模电磁辐射。  一般来说地层上的隔缝不是在分地时、有意识地再加的,有时隔针是因为板上的过孔过分相似而产生的,因此在PCB设计中不应尽量避免该种情况再次发生。

  电源线的布置要和地线融合一起考虑到,以便包含特性阻抗尽量小的供电线路。为了增大供电用线的特性阻抗,电源线和地线应当尽量的细,并且互相附近,使供电电路面积减半到大于,而且有所不同的供电环路不要互相重合。

在构建芯片的电源脚和地脚之间要加高频去耦电容,容量为O.01~O.1F,而且为了进一步提高电源的去耦滤波的低频特性,在电源引进末端要再加1个高频去耦电容和1个1~10F的低频滤波电容。  在多层电路板中,电源层和地层要摆放在邻接的层中,从而在整个电路板上产生一个大的PCB电容避免噪声。速度最慢的关键信号和构建芯片应该布放到邻近地层一旁,非关键信号则扎放到附近电源层一旁。

因为地层本身就是用来吸取和避免噪声的,其本身完全是没噪声的。


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