聯(lián)系我們

關(guān)鍵信號(hào)線未布內(nèi)層-電源地平面分割不合理

網(wǎng)站首頁(yè) » 新聞 » 行業(yè)動(dòng)態(tài) » 關(guān)鍵信號(hào)線未布內(nèi)層-電源地平面分割不合理

關(guān)鍵信號(hào)線未布內(nèi)層-電源地平面分割不合理

         關(guān)鍵信號(hào)線特別是時(shí)鐘線要走內(nèi)層也是PCB 布線的一個(gè)基本常識(shí)。但是哪些線屬于關(guān)鍵信號(hào)線呢？人們往往十分注意從晶體、晶振、 時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器里面出來的時(shí)鐘線，卻往往忽視了另一類具有周期性質(zhì)的走線——譬如特定的地址線。
    對(duì)于周期性信號(hào)線不僅僅自身要避免在表層過多走線，而且對(duì)于在內(nèi)部與之并行臨近的走線也要考慮是否允許通過過孔走出內(nèi)層。
    經(jīng)典案例描述
    某產(chǎn)品在ＲＥ測(cè)試時(shí)候，在37.5M 處存在較大的輻射， 測(cè)試曲線如下：
    PCB關(guān)鍵信號(hào)線未布內(nèi)層
   
    因?yàn)?7.5M 是 12.5M 的 3 倍頻， 我們懷疑與板上 25M 晶振有關(guān)， 于是將輸出端 33ohm 電阻斷開，結(jié)果 37.5M 輻射沒了，附近頻段也很干凈。 這說明 37.5M 頻點(diǎn)確實(shí)和 25M 時(shí)鐘有關(guān)。
    經(jīng)過分析，我們發(fā)現(xiàn)37M 時(shí)鐘流向圖是
    PCB關(guān)鍵信號(hào)線未布內(nèi)層
    FPGA 出來的 A0、 A1、 A2、 A3、 A4 地址線，在無業(yè)務(wù)狀態(tài)下，根據(jù)協(xié)議要求 A3/A4 將產(chǎn)生規(guī)則的 01010101......交替信號(hào)， 由 25M 時(shí)鐘上升沿觸發(fā)， 其頻率是 12.5MHz。 37.5MHZ 正是其 3次諧波。而協(xié)議要求 A0 A1 A2 電平每變化一次要加入 1F，其信號(hào)不是周期性變化的方波。 由于我們一般認(rèn)為地址線的干擾較小，不會(huì)產(chǎn)生周期性干擾，所以在 PCB 布局布線時(shí)沒有注意，走在表面層， 并且走線很長(zhǎng)， 到達(dá)背板后延伸至其他單板。 實(shí)際這兩位地址線中的信號(hào)卻是周期性的矩形波，與時(shí)鐘信號(hào)波形完全相同。 較長(zhǎng)的走線，周期性變化的信號(hào)，加上表面走線導(dǎo)致這一段線路的輻射超標(biāo)。 測(cè)試時(shí)候我們切斷 A3 A4 兩根地址線的始端匹配電阻， 37.5M 干擾消失， 證明了我們的判斷是正確的。
    在后來的改板中糾正了設(shè)計(jì)缺陷后，37.5M 干擾不再出現(xiàn)。
   
    電源地平面分割不合理
    在測(cè)試的時(shí)候，電源地的分割問題也是最容易出問題的地方之一。電源地平面地分割問題是PCB EMC 設(shè)計(jì)中存在地老問題，不同的工程師有不同的看法，甚至到現(xiàn)在也沒有達(dá)成統(tǒng)一。目前存在兩種意見：
    觀點(diǎn)一：隔離信號(hào)地系統(tǒng)
    單板的GND 是個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)， 不和 PGND 發(fā)生聯(lián)系， 與設(shè)備內(nèi)部形成閉環(huán)系統(tǒng)， 只通過 DC/DC與外部相連。 板上地 PGND 是結(jié)構(gòu)在背板、 單板上的延伸， 用于屏蔽、 防護(hù)器件的能量泄放、 防靜電。 BGND 是-48 的回流線，出于安全考慮， BGND 要和結(jié)構(gòu)外殼連接， 單點(diǎn)連接即可，通常在電源單元進(jìn)設(shè)備的入口處，或者設(shè)備的供電柜上作 BGND 和 PGND 短接。
    GND 作為數(shù)字信號(hào)的回流地， 主要是同低壓電源發(fā)生能量傳遞關(guān)系， 其絕對(duì)電位并不會(huì)影響工作狀態(tài)， 重要的是與電源之間產(chǎn)生穩(wěn)定的電位差給器件工作。 因而出于擔(dān)心 GND 上面存在干擾電平或者絕對(duì)電位與機(jī)殼不一致而將其連接起來的做法理由并不充分。 業(yè)內(nèi)現(xiàn)階段流行 GND 與機(jī)架連接的目的是遏制 GND 上的高頻噪聲。
    GND 和相應(yīng)的電源作為一個(gè)隔離的系統(tǒng)， 不會(huì)產(chǎn)生靜電積累問題。 靜電積累是有前提條件，首先要有物質(zhì)之間的相互摩擦；其次這種摩擦能夠?qū)е麓罅康碾姾赊D(zhuǎn)移；第三，能夠引起靜電積累材料的往往都是絕緣的非金屬，因?yàn)檫@些物質(zhì)自身不能同空氣發(fā)生緩慢的放電過程，金屬和其它導(dǎo)電物質(zhì)具備向空氣緩慢放電地特質(zhì)， 因此它們不易產(chǎn)生靜電積累。 只要將 GND 完全隔離， 避免使其和外界發(fā)生摩擦，就沒有必要給 GND 接電阻到結(jié)構(gòu)以泄放靜電電荷。
    觀點(diǎn)二：統(tǒng)一信號(hào)地系統(tǒng)
    產(chǎn)品的GND 和結(jié)構(gòu)主體徹底合并成同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)， PGND 代表結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)在背（單） 板上的衍生網(wǎng)絡(luò)， PGND 在電氣網(wǎng)絡(luò)上就是 GND。 這個(gè)方案的關(guān)鍵是如何“統(tǒng)一”！GND和結(jié)構(gòu)之間連接關(guān)系只有“多點(diǎn)接地”才是滿足EMC要求的。因此每塊單板需要搭配金屬大平板，螺釘連接以保證良好接地，并且接地點(diǎn)之間間距滿足二十分之一波長(zhǎng)規(guī)則。
    當(dāng)GND 作為信號(hào)回流通道時(shí)它就是 GND，當(dāng)作為靜電泄放、屏蔽等用途時(shí)又是 PGND。 這種“一地兩用”地理論基礎(chǔ)是高頻電路與電磁場(chǎng)和電磁波理論。 對(duì)任何信號(hào)而言，信號(hào)回流走最低阻抗通道，不是物理上的最小路徑。到了高頻下， 趨膚效應(yīng)顯著，即使一塊金屬板，正面和反面對(duì)高頻都是兩個(gè)通道。 最低阻抗地原則和趨膚效應(yīng)保證了即使 GND 接到結(jié)構(gòu)上， 高速信號(hào)地回流也不會(huì)到處都是，它始終在信號(hào)線的下方，與信號(hào)線互為耦合， 環(huán)路電感達(dá)到最小。 這種做法是隨著電子產(chǎn)品信號(hào)頻率不斷升高， 電磁兼容要求日益嚴(yán)酷的背景下應(yīng)運(yùn)而生的。 實(shí)現(xiàn)這個(gè)規(guī)劃的難度在于這個(gè)方案考慮了高頻但是對(duì)低頻干擾存在風(fēng)險(xiǎn)， 由于結(jié)構(gòu)與 GND 在事實(shí)上連在一起， 因此， 結(jié)構(gòu)必須良好接大地。否則不但不能泄放干擾，相反還會(huì)引導(dǎo)干擾損壞器件。 實(shí)現(xiàn)該方案的第二個(gè)難度在于“接地”。 單板的 GND 如果通過單點(diǎn)和結(jié)構(gòu)相連， 這不是 EMC 的“接地”， 這樣做的后果是：高頻干擾依然沒有遏制，卻給了低頻干擾一個(gè)通道長(zhǎng)驅(qū)直入。 EMC 接地必須多點(diǎn)把 GND 連接到結(jié)構(gòu)，其次接地點(diǎn)之間地間距滿足設(shè)備最高的主要工作頻率波長(zhǎng)的二十分之一。第三，不能完全指望螺釘接地， 單板必須是金屬化孔亮銅直接與結(jié)構(gòu)平面“面－面”接觸，并且壓緊，螺釘可以用尼龍的，因?yàn)槁葆敳皇墙拥赜玫模?螺釘達(dá)不到高頻接地要求。 落實(shí)這幾條措施才是達(dá)到“GND 接地”地目的，否則只是形式上的接地，事實(shí)上的“不良接地”。
    這個(gè)方案的優(yōu)點(diǎn)是GND 上的干擾通過結(jié)構(gòu)低阻抗通道泄放到大地，減小空間輻射幅度，有利于 EMC。不足是增加接地系統(tǒng)的復(fù)雜性，并且結(jié)構(gòu)成本有增加。
    BGND 是-48 的回流線，同樣原因， BGND 要和結(jié)構(gòu)外殼連接， 單點(diǎn)連接即可。 這個(gè)方案的結(jié)果是 DC/DC 兩端的地通過結(jié)構(gòu)短接在一起。用直流的眼光看， BGND、 PGND、 GND 是等電位。為了達(dá)到 DC/DC 輸入輸出兩端交流隔離的目的，一般要求 BGND 僅僅單點(diǎn)連接結(jié)構(gòu)，并且只在設(shè)備電源入口。
    對(duì)于采用－48V 的單板， 其－48V 電源和地平面（走線） 應(yīng)當(dāng)注意， 在單板上， 電源部分必須單獨(dú)劃分出去，要充分考慮不要和單板上面信號(hào)部分產(chǎn)生干擾。因?yàn)閿?shù)字干擾很容易通過電源線輻射出去。+
    經(jīng)典案例—— －48V桌上型電源適配器地受信號(hào)地耦合造成干擾
    某基帶框在RE 測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)在頻點(diǎn) 32.76MHZ 處輻射較高，準(zhǔn)峰值為 53.8dB 超過 CLASS A 限值近4dB， 結(jié)果如下圖所示
   
  測(cè)試頻譜圖 
    圖1 RE 測(cè)試頻譜圖
    在定位過程中發(fā)現(xiàn)，主控板不插在槽位的時(shí)候輻射就消失，只要主控板一插上無論其它單板如何配置，該點(diǎn)得輻射均存在。過程中還發(fā)現(xiàn)在電源線上串上磁環(huán)，該點(diǎn)的輻射也消失。
    為了確定輻射源的耦合途徑,首先對(duì)背板和主控板的 PCB 進(jìn)行了詳細(xì)的審查， 發(fā)現(xiàn)
    1 cellbus 時(shí)鐘走線是采用兩端匹配的方式，通過上拉電阻匹配到 VTT 層，原理圖如下：
    2 VTT 和-48V、 -48V_GND 的電源平面有大面積的重合。
  －48V 電源層很有可能被耦合到干擾 
    如果VTT 濾波電容選擇不合理， 可能會(huì)把干擾傳入 VTT 層， 而 VTT 層與－48V 電源層在主控板上有大面積的重合，－48V 電源層很有可能被耦合到干擾。
    最后經(jīng)過定位確認(rèn)正是VTT 電源層受到 CELLBUS 的影響后， 對(duì)－48V 電源層耦合， 然后通過電源線對(duì)外輻射造成超標(biāo)。
   
     

文章轉(zhuǎn)載自網(wǎng)絡(luò),如有侵權(quán),請(qǐng)聯(lián)系刪除。
| 發(fā)布時(shí)間：2018.05.24    來源：電源適配器廠家
上一個(gè)：電源適配器輻射發(fā)射測(cè)試要求下一個(gè)：電源輻射發(fā)射測(cè)試-跨接電容造成輻射超標(biāo)

東莞市玖琪實(shí)業(yè)有限公司專業(yè)生產(chǎn)：電源適配器、充電器、LED驅(qū)動(dòng)電源、車載充電器、開關(guān)電源等....