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指紋模塊軟板廠的這些PCB設(shè)計知道了，EMC控制也就知道了

文章來源：作者：何琴查看手機網(wǎng)址

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人氣：2882發(fā)布日期：2021-06-28 06:20【大中小】

時鐘速度的提升加上高頻率總線以及更高的接口數(shù)據(jù)速率使得PC電路板設(shè)計的挑戰(zhàn)性顯著提高。工程師必須超越板上實際邏輯的設(shè)計，還要考慮其它可能影響電路的因素，包括指紋模塊軟板廠的電路板的尺寸、環(huán)境噪聲、功耗和電磁兼容性（EMC）等。

硬件工程師應(yīng)在PC電路板設(shè)計階段解決EMC問題，確保系統(tǒng)不會受到EMC故障的影響。

良好的接地設(shè)計

低電感接地系統(tǒng)是最大限度減少EMC問題的最重要因素。最大限度地增加PC電路板上的接地面積可降低系統(tǒng)接地電感，進而減少電磁輻射和串擾。

串擾可存在于電路板上的任何兩條布線之間，取決于互電感和互電容，與布線之間的距離、邊緣速率和布線阻抗成正比。

在數(shù)字系統(tǒng)中，互電感產(chǎn)生的串擾通常大于互電容產(chǎn)生的串擾。通過增加布線之間的間距或減少到接地層的距離可降低互電感。

信號連接到地的方法各種各樣。組件隨機連接到接地點的指紋模塊軟板廠的電路板設(shè)計會生成高接地電感，并引發(fā)不可避免的EMC問題。我們建議采用全鋪地層，這能在電流返回源極時最大限度地減小阻抗，不過接地層還需要專用的PC電路板層，這對于雙層電路板而言或許是不現(xiàn)實的。

因此，我們建議設(shè)計人員采用接地柵格，如圖1a所示。在此情況下，接地的電感取決于柵格之間的間距。

此外，信號返回系統(tǒng)接地的方式也很重要。信號路徑如果較長，就會產(chǎn)生接地回路，進而形成天線并輻射能量。因此，所有將電流帶回源極的布線都應(yīng)選擇最短路徑，而且應(yīng)直接到接地層。

連接所有不同接地并將它們連接到接地層的做法并不可取，這不但會增加電流回路的大小，而且會增加接地反彈的可能性。圖1b提出了將組件連接到接地層的推薦方法。

減少EMC相關(guān)的問題還有一個好方法，就是讓接地與電路板的完整邊緣拼接在一起，形成法拉第籠，從而不會把任何信號路由到界限之外（圖1c）。這種方法能把指紋模塊軟板廠的電路板的輻射限制在界限以內(nèi)區(qū)域，避免外部輻射干擾電路板上的信號。

從EMC的角度來看，各層的適當安排也很重要。如果使用的層數(shù)超過兩層，那么要用一個完整的層作為接地層。如果采用四層電路板，那么接地層下面的一層應(yīng)作為電源層。

必須注意接地層的位置應(yīng)在高頻信號布線和電源層之間。如果使用雙層電路板，完整的接地層不可能實現(xiàn)，那么可采用接地柵格。如果不使用單獨的電源層，那么接地布線應(yīng)與電源布線平行，以確保電源清潔。

布局指南

為了讓設(shè)計免受EMC的影響，電路板上的組件必須根據(jù)功能進行分類（模擬、數(shù)字、電源部分、低速電路、高速電路等）。每類的布線應(yīng)在指定區(qū)域內(nèi)，在子系統(tǒng)的邊界處應(yīng)使用濾波器。

應(yīng)對數(shù)字電路問題時，必須特別注意時鐘和其它高速信號。連接這種信號的布線應(yīng)盡可能短，而且應(yīng)與接地層相鄰，從而保持輻射和串擾可以得到控制。

對于這種信號而言，工程師必須避免在電路板邊緣或附近連接器處使用過孔或布線。此外，信號還必須遠離電源層，因為這會引起電源層噪聲。傳輸差分信號的布線應(yīng)盡量靠近彼此，從而可最有效地發(fā)揮磁場消除功能。

從源極向器件傳輸時鐘信號的布線應(yīng)有匹配終端，只要阻抗不匹配，就會出現(xiàn)信號反射問題。如果不注意處理反射信號問題，大量能量就會輻射出去。不同形式的有效終端包括源點、端點和AC終端等。

對于面向振蕩器的布線而言，除接地外的其它布線不應(yīng)與振蕩器或其布線平行或在其下方運行。此外，晶體也應(yīng)靠近所需的芯片。

由于返回電流總沿著最低電抗的路徑走，因此傳輸電流的接地布線應(yīng)靠近傳輸相關(guān)信號的布線，從而保持電流回路盡可能的短。

傳輸模擬信號的布線應(yīng)與高速或開關(guān)信號分開，而且必須用接地信號進行保護。必須始終采用低通濾波器來去除周邊模擬布線耦合的高頻噪聲。

此外，模擬和數(shù)字子系統(tǒng)的接地層不能共享。

屏蔽

電源上的任何噪聲都可能影響工作中的器件功能。通常來說，耦合在電源上的噪聲頻率高，因此需要旁路電容或去耦電容進行濾波。

去耦電容為電源層到接地的高頻電流提供低阻抗路徑。電流流經(jīng)路徑至接地，這個路徑形成了接地回路。該路徑應(yīng)保持盡可能低的電平，為此可讓去耦電容盡可能地靠近IC。

大型接地回路增加了輻射，可能是EMC故障的潛在來源。頻率越高，理想電容的電抗越趨近于零，市場上也不存在所謂真正理想的電容。

鉛和IC封裝也會增加電感。具有低等效串行電感的多個電容可用來提高去耦效果。

許多EMC相關(guān)的問題都是由傳輸數(shù)字信號的電纜造成的，這些電纜實際發(fā)揮著高效天線的作用。理想情況下，進入電纜的電流會在另一端流出，但實際上寄生電容和電感會造成輻射問題。

采用雙絞線電纜有助于最大限度地減小耦合問題，可消除任何感應(yīng)磁場。如果使用帶狀電纜，就必須提供多個接地返回路徑。對于高頻信號而言，必須使用屏蔽電纜，而且接地屏蔽要連接在電纜的頭尾處。

屏蔽就是一種封閉導(dǎo)電容器的形式，通過減弱輻射波的E場和H場來降低EMI。可連接于接地，能通過吸收和反射部分輻射有效減小回路天線的尺寸。這樣，屏蔽也能作為兩區(qū)之間的分割，減弱一區(qū)向另一區(qū)的能量輻射。

最后，屏蔽不是電氣解決方案，而是一種降低EMC的機械方法。金屬封裝（導(dǎo)電和/或磁性材料）可用來避免系統(tǒng)發(fā)出EMI。我們可用屏蔽覆蓋整個系統(tǒng)或部分系統(tǒng)，具體取決于相關(guān)要求。

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