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优化电路板混合信号电路的抗噪声性能

编辑:PCB    来源:未知    发布时间:2020-03-04 11:34    浏览量:
     在本文中,大家将讨论邻近效应,并探索如何将有关接近度和趋肤效应的常识应用于电路板布线和信号路径,以最大限度地降低噪声对系统的影响。同时,大家还将讨论其他类型的噪声源以及减少这些噪声的方法,以便最大限度地降低电路中的噪声。接近效应邻近效应是指两个彼此相邻且与电流相反的导体的相互作用,使得电流浓度倾向于分布在彼此的相邻区域中。邻近效应使电流在最近的可能距离处保持流向相反的高频电流
     由于集肤效应,交流电主要集中在导体表面。当两个导体之间的距离接近和/或信号频率增加时,邻近效应将使流过两个相邻导体的电流更接近。邻近效应是由电流始终寻找阻抗最小的路径引起的。
     在其他元件中,阻抗最小的路径通常是引导体周围具有最小磁场强度的路径。 DC的回流电流将填充整个导体,但不填充AC。所谓的最小路径的阻抗,是由磁场产生的相对导体的两个电流方向彼此紧密结合,这是两个电流方向相对于导体电流彼此接近的原因。
     这允许回流平面的导流管线被它们下方的反向导流线吸引,使得它们彼此靠近,好像回流平面是靠近流出路径的传导回流信号的路径。请注意,大家在这里讨论的是回流平面,而不是接地平面。其原因是回流信号有时通过接地平面传输,有时通过电源平面传输。
     无论哪个平面,只要传导回流信号,就叫做回流平面。邻近效应允许具有相对导电的高频电流的两根导线尽可能地彼此接近
     随着距信号路径边缘的距离流出,回流平面的电流密度(IRP)迅速下降,如公式所示:IRP表示电流密度,其与参考平面上的轴承流出信号的路径的水平距离“D”我指示信号电流H表示承载流出信号的路径与参考平面之间的距离D表示承载流出信号的路径之间的水平距离。回流平面的电流紧密地跟随其上方(或下方)的载流子流出信号的路径。当D / H比为5时,带有流出信号的路径边缘处的“D”处的电流密度降低到低于它的4%,并且当D / H比为10 o'时时钟,在带有流出信号的路径边缘处的“D”处的电流密度降低到低于它的1%。结果,回流平面的电流基本上限于承载与其对应的流出信号的路径下方的区域。这就是大家在考虑PCB布线时不需要对接地平面进行分段的原因。
     此外,接地平面的分割可能导致严重的辐射问题,并且许多设计者尽管想要用昂贵的屏蔽来解决问题,但是徒劳无功。参考平面的回流电流遵循其相应的流出电流,因此只要在流出电流的路径之间保持足够的间隔,就可以避免回流平面电流之间的混合,并且这是回流平面电流的混合物。产生串扰和噪音。
     这里讨论的线距是层间距的函数“H”和等式1。根据电流密度公式,可以计算任何点(或距“D”的距离)相对于承载流出信号的路径的边缘的电流密度。请注意,此公式计算电流密度,而不是电流。
典型距离“H”取决于承载流出信号的路径以及回流平面实际位于印刷电路板上的位置:如果在外层和内层之间,4层和6层电路板的典型“H”值为75毫米;如果在两个内层之间,4层电路板的典型“H”值是39毫米的典型“H”值,则6层电路板是14毫米。
     请与电路板供应商核实飞机之间的间距你正在使用的董事会。
     如果路径边缘之间的间隔达到承载流出信号和回流信号的路径之间的间隔的4倍,则串扰将下降到信号幅度的6%以下。
     邻近效应和皮肤效果的综合效果
     由于接近和趋肤效应的结合,导体承载电流的区域仅占其整个横截面的一小部分,并且实际承载电流的区域远小于图3中所示的区域。PCB布线对其性能的影响
     除了趋肤效应和邻近效应之外,高频电路还具有以电磁干扰(EMI)为特征的另一个问题,其表现在两个方面:信号辐射和信号接收。今天的政府对设备允许的辐射能量有具体规定。限制设备的辐射能量可以减少电路接收的干扰信号,这在某种意义上是非常好的。同时,大家需要采取措施确保大家的电路不能辐射未经授权的频率干扰信号,设计实践还告诉大家,在电路设计过程中需要采取相应措施,避免电路接收周围的干扰信号。
     在任何情况下,大家都不知道电路何时会暴露在强烈受干扰的环境中。当流出电流和回流电流流动时,流出路径和回流路径之间的区域称为“循环区域”。循环面积越大,导体周围的电磁场越大。并且辐射是在周围的电磁场中产生的,循环面积越大,电磁辐射或电磁耦合接收能量也将得到增强。因为高频电流沿着回流平面中的狭窄路径流动,所以该路径很像路径并发射辐射,尤其是当接地平面上的回流电流路径被迫偏离承载相应流出电流的路径时对接地平面进行分割,辐射更严重。

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