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(多图) EMI/EMC设计讲座(五)映像平面的分割与隔离

作者:中国PCB技术网/于岳?? 2007年06月11日 ?? 收藏0

  设计I/O电路时,有两个地方很重要,那就是:功能子系统和「安静区域(quiet area)」。底下将分别说明。
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????? 功能子系统

  每一个I/O应该被视为PCB的不同区块,因为它们各自具有独特的功能与应用。为了避免在子系统之间产生射频耦合,所以必须做分割。一个功能子系统包含了一堆组件,以及相关的支持电路。组件与组件相互紧邻,可以缩短走线绕线的长度,并提高各功能区块的效能。每一位硬件和PCB工程师通常会试着将组件集合在一起,但是由于各种原因,有时这是行不通的。在布线(layout)时,I/O子系统的处理方式和其它PCB区块不一样,这通常是经由布线切割达到的。

  布线切割加强了讯号的质量和功能的完整性,因为这样可以防止产生具有高频宽的发射器,例如:背板互连、视讯装置、数据接口、以太控制器、SCSI装置、CPU、毁损的串行或平行、视讯、音频、异步/同步通讯端口、软盘控制器、前端显示器、区域和广域网络控制器…等。每一个I/O子系统必须被当成不同的PCB一样。?
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????? 安静区域

  「安静区域」是和数字电路、模拟电路、供电和接地平面隔离的区域。这种隔离可以避免其它PCB区块内的噪声源,破坏了敏感电路。例如:来自数字区块的供电平面噪声,渗入至模拟装置(模拟区块)、音频装置(音频区块)、I/O滤波器、互连电路…..等的供电接脚,如附图一。

  安静区域

  
?????? 图一:安静区域

  每一个I/O埠(或区块)必须有一个切割的(安静)接地或功率平面。低频I/O埠可以使用靠近于连接器的高频电容(通常是470 pF至1,000 pF)来回避(bypass)。

  PCB上的走线绕线必须控制好,以免再次耦合的射频电流流入缆线的屏蔽(shield)内。一个干净的(安静)接地必须位于全部缆线离开系统的点上。供电和接地平面必须同等对待,因为这两种平面都是射频返回电流的可能路径。从交换装置到I/O控制电路的射频返回电流,会将高频宽的交换式射频噪声带至I/O缆线和互联机路中。

  为了建立一个安静的区域,所以必须做分割。这个安静区域可能是:

  1. 100%与I/O讯号隔离,讯号不管是进入或离开都必须透过一个隔离的变压器。

  2. 数据线路(data line)必须过滤。

  3. 透过一个高阻抗共模电感来过滤,或者使用一个铁粉芯导线(ferrite bead-on-lead)来保护。

  分割的主要目的是要把不干净的供电、接地平面和其它功能区域,与干净或安静的区域分开。
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?????? 隔离和分割

  隔离和分割是指组件、电路、供电平面从其它功能装置、区域和子系统中分开。若允许射频电流以辐射或电导方式,被传送至电路板的其它部位,这不仅会造成EMI问题,也会破坏应有的正常功能。

  隔离是使电路板上的某区域之所有平面没有铜线存在,此没有铜线存在的区域被称为「壕沟(moat)」。没有铜线存在的区域宽度通常是0.05英吋。换句话说,一个隔离的区域是电路板上的一个「孤岛」,类似一个具有城池的城堡。只有那些需要与它作业或互连的走线,才能与这个隔离区域相连接。对讯号和走线而言,「壕沟」就是一个隔离地带,这些讯号和走线与隔离区域、或隔离区域的接口无关。

  有两种方法可以将走线、供电、接地平面连接至这个「孤岛」上。第一种方法是使用隔离的变压器、光学隔离器、或共模数据线过滤器,来跨越「壕沟」。第二种方法是使用「壕沟」上的一个「桥梁」。隔离也被应用在将高频宽组件与低频电路分开的场合;此外,它也被应用于使I/O界面维持在低的EMI频宽----亦即从I/O互连电路传播出来的射频频谱大小。

  方法一:隔离

  这是使用隔离的变压器或光学隔离器来达成的。一个I/O区域必须与PCB的其它部位100%隔绝。只有在金属的I/O连接器上,射频讯号会和底盘的接地平面结合,而且只有透过一个低阻抗、高质量的保护路径来接地。此外,必须将底盘的接地平面和这个隔离区域分开。有时由于设计的需要,必须在I/O缆线的屏蔽接地(或编织隔离)至底盘接地之间使用旁路电容,以取代直接连接。屏蔽接地或泄漏线路(drain wire)是指在接口连接器上的一根独立接脚或线路,和外部I/O缆线的内部泄漏线路与它的聚酯薄膜(mylar foil)屏蔽相连接,聚酯薄膜屏蔽也位于该缆线内部。


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