PCB印刷电路板布局指导手册VIP免费

第1页共17页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第1页共17页印刷電路板佈局指導原則技術報告：TR-040王見名鄒應嶼電力電子與運動控制實驗室國立交通大學電機與控制工程研究所前言隨著高科技領域的進步，電磁干擾(electromagneticinference,EMI)的問題也日益增多。當半導體元件速度變得愈快、密度愈高時，雜訊也愈大。對印刷電路板(PCB)設計工程師而言，EMI的問題也日趨重要。忽視EMI佈局的設計工程師，將發現其設計不是在執行時無法與規格一致，就是根本無法動作。藉由適當的印刷電路板佈局技術與配合系統化的設計方法，可預先避免EMI問題的干擾。本文所列舉的電路板佈局指導原則雖非解決EMI問題的萬靈丹，但利用已證實的佈局方法，可有效的降低在以高頻微處理器/數位信號處理器為基礎的數位類比混合信號系統中的EMI干擾。電磁干擾簡介PCB的佈局原則元件的放置接地的佈局/接地雜訊的定義/降低接地雜訊電源線的佈局與解耦/電源線的雜訊耦合/電源線濾波器(powerlinefilter)信號的佈局數位IC的削尖電容(despikingcapacitor)數位電路的雜訊與佈線類比電路的雜訊與佈線第2页共17页第1页共17页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第2页共17页PCB佈局降低雜訊的檢查要項2.EMI簡介2.1雜訊的定義雜訊係指除了所需的信號以外而出現在電路內的任何電氣訊號[MotchenbacherandFitchen,1973]，此定義並不包含內部的失真訊號－一種非線性的附屬品。所有電子系統都或多或少有些雜訊，但只有當雜訊影響到系統的正常執行時才會發生問題。雜訊的來源可被歸類成三種不同的典型：人為的雜訊源一數位電子、無線電傳輸、馬達、開關、繼電器等等。天然的干擾一太陽黑子及閃電。純質的雜訊源一從實際系統產生的相關隨機擾動，諸如熱雜訊和凸波雜訊。我們應當瞭解，雜訊是不可能完全被去除的，但是經由適當的接地(grounding)、屏避(shielding)與濾波(filtering)，則可將其干擾儘量降低。對於一個良好的電路設計，預防勝於發生問題後的電路修改。在電路板的佈局即開始做好雜訊防治的工作，是建構高可靠度低雜訊電子系統的首要工作。2.2EMI的起源EMI的來源包括微處理器、開關電路、靜電放電、發射器、暫態電源元件、電源以及閃電。在一個微處理器為基礎的電路板內，數位時序電路通常是寬頻帶雜訊的最大產生者，這所謂的寬頻帶即指分佈於整個頻譜的雜訊。隨著快速半導體以及更快的邊緣變化率的增加，這些電路可能產生高達300MHz的諧波干擾，這些高頻諧波應予以遮蔽或濾除。2.3EMI傳輸瞭解雜訊如何傳輸有助於辨識電路內部的電磁干擾問題。雜訊的發生必需要有來源(source)、耦合路徑(couplingpath)以及易感染的接收器(susceptiblereceptor)[Ott,1988]，這三者必需一起出現才會有EMI問題的存在，圖1說明EMI如何以耦合方式進入一個系統。因此，若是三者之一被排除於系統之外或被減少，干擾才會消失或降低。圖1是以馬達控制為例的EMI說明，其中功率級至馬達的線圈電流是產生EMI的來源，控制器的低階訊號(數位或類比信號)是易受干擾的接收器，耦合路徑則可能是經由傳導方式(經由電源或地線)或輻射方式。第3页共17页第2页共17页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第3页共17页圖1.EMI的雜訊源、傳導路徑與接收器圖2.以馬達控制為例的EMI傳導路徑2.4耦合路徑雜訊會耦合到電路內的較明顯方式之一是透過電導體(傳導方式)。假如訊號線經過一個充滿雜訊的環境，訊號線將受感應拾取雜訊信號並傳至電路的其它部分，例如電源供應器的雜訊就會經由電源線而耦合至電路，如圖3所示。第4页共17页第3页共17页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第4页共17页圖3.傳導耦合雜訊耦合也會因電路中具有或使用共同阻抗(commonimpedance)而產生。圖4(a)的兩個子電路因為有著共同的接地阻抗，因此會彼此影響。另外一種狀況則發生在兩個子電路共同使用同一個電源供應器，圖4(b)即為此種狀況。若是電路(一)突然產生較大的電流，則電路(二)的供應電壓將會因共用電源線間的共同阻抗與內阻而降低。從電路(二)流出...