国内精品伊人久久久影院_欧美日韩亚洲国内综合网香蕉_freehd女厕所vedio12_91精品啪在线看国产网站

登錄 注冊
購物車0
TOP
Imgs 技術中心

0

EMI/EMC設計講座:印刷電路板的映像平面(上)_高都電子PCB

2019-08-27 19:14:10

一個映像平面(image plane)是一層銅質導體(或其它導體),它位于一個印刷電路板(PCB)里面。它可能是一個電壓平面,或鄰近一個電路或訊號路由層(signal routing layer)的0V參考平面。1990年代,映像平面的觀念被普遍使用,現在它是工業標準的專有名詞。本文將說明映像平面的定義、原理和設計。 

映像平面的定義   

射頻電流必須經由一個先前定義好的路徑或其它路徑,回到電流源;簡言之,這個回傳路徑(return path)就是一種映像平面。映像平面可能是原先的走線的鏡像(mirror image),或位于附近的另一個路徑----亦即,串音(crosstalk);映像平面也許就是電源平面、接地平面,或者自由空間(free space)。射頻電流會以電容電感的形式與任何傳輸線耦合,只要此傳輸線的阻抗比先前定義好的路徑的阻抗小。不過,為了符合EMC標準,必須避免讓自由空間成為回傳路徑。
  
雖然單面PCB可以降低成本,但是這種簡單的結構可能無法符合EMC標準。大多數的2層或4層結構的PCB具有比較高的訊號完整性,并且可以通過EMC測試。高密度(多層板)的PCB堆棧大約可以為每一對映像平面,提供6dB至8dB的射頻抑制,這是由于消除磁通量所產生的效果。有一個簡單法則可以用來判斷何時應該使用多層板:當頻率速率超過5MHz,或上升時間比5 ns快,就必須使用多層板。 

電感的定義 
  
走線和銅質平面都具有數目有限的電感,當電壓施加到走線或傳輸線時,這些電感會禁止電流產生,所以會使雙導線成為不平衡的共模輻射,磁通量因此無法降低。在電路板結構中,具有三種不同的電感型態:
  
●部份電感:存在于導線或PCB走線的電感。
  
●自身的部份電感:來自于一個導線區段的電感,相對于無限長的區段。
  
●共同的部份電感:一個電感區段在第二個電感區段上所產生的效應。
  
和電容、電阻相比,電感值是最難被測量的。電感代表一個封閉型電流回路的動態特性。電感是通過封閉回路的磁通量和產生磁通量的電流之比值,其數學表述式是:Lij=Ψij / li ,Ψ是磁通量,I是回路中的電流。在一個封閉回路中,電感值與回路形狀和大小有關。當設計PCB時,工程師經常會忽視走線的電感大小。電感永遠和封閉回路有關。封閉回路的電感效應,可以由部份電感和共同的部份電感的效應來描述。 

部份電感
  
一個導體的內部電感,它是由此導體內部的磁通量產生的。一個封閉回路的部份電感之加總,等于將每個區段的部份電感相加后的和,亦即 。而每一個區段的Li就等于Ψi / li, Ψi表示第i個區段耦合至回路的磁通量,I是在第i個區段的電流量,Li就是部份電感。因此,不同回路將會有不同數值的部份電感。我們關注的是部份電感值,而不是走線的總電感值。而且,利用部份電感可以推導出共同的部份電感。 

共同的部份電感

可以讓映像平面消除磁通量的主要因素是來自于「共同的部份電感」。磁通量被消除之后,能夠讓磁力線連結,并為射頻電流找到最佳的回傳路徑。自身的部份電感是指特定的回路區段之電感,和其它回路區段無關。附圖一是表示一個自身的部份電感,一條走線回路內的電流是I,Lp是走線區段的自身的部份電感。假設此走線是從有限的一端,一直延伸至無限的另一端。
  
理論上,雖然自身的部份電感與鄰近的導線無關,但實際上,間距很小的相鄰導線會互相改變彼此的自身的部份電感值。這是因為一條導線會和其它導線互動,使得在導線的全部長度上的電流分布不再一致化(uniform)。尤其當兩導線間隔和半徑的比值約小于5:1時,這種情況會更加明顯。 

 

 EMI/EMC設計講座:印刷電路板的映像平面(上)_高都電子PCB  
       圖一:自身的部份電感

  
在兩條導線之間,會有共同的部份電感存在。共同的部份電感Mp是以平行走線,或導線區段之間的間距(s)為基礎。Mp是「第一條導線內的電流所產生的磁通量(通過第二條導線至很遠的地方)」和「第一條導線所產生的電流」之比值。附圖二是表示一個共同的部份電感。它的等效電路如附圖三所示,此電路的數學表述式如下所示:
 

  EMI/EMC設計講座:印刷電路板的映像平面(上)_高都電子PCB

  
       圖二:共同的部份電感
 

  EMI/EMC設計講座:印刷電路板的映像平面(上)_高都電子PCB

  
       圖三:兩導線之間的共同的部份電感
 

  EMI/EMC設計講座:印刷電路板的映像平面(上)_高都電子PCB

  
現在以共同的部份電感之觀念,來考慮在附圖三的電路上傳送訊號,譬如:頻率訊號。V1是在訊號路徑上,V2是在射頻電流回傳路徑上。假設此兩導線構成一個訊號路徑和它的回傳路徑,因此I1= I且I2 = -I。要不是有共同的部份電感存在,此兩導線將無法互相耦合,此電路也無法正常工作,也不會形成一個封閉回路。在附圖三中的電壓降將變成:
 

  EMI/EMC設計講座:印刷電路板的映像平面(上)_高都電子PCB

  
由上式中可以知道,若要使電壓降變小,必須增加共同的部份電感值(Mp)。 

  
而增加共同的部份電感之最簡單方法是:將射頻回傳電流的路徑盡量和訊號走線靠近。最佳的設計方法是:在接近訊號走線的附近,使用一個射頻回傳平面,它們之間的距離在可實現的能力范圍之內,應該盡量的小。
  
部份電感永遠存在于導線中,它如同默認值一樣。因此,它就等同于一個具有特定的諧振頻率的天線。「共同的部份電感」可以降低「部份電感」的效應。縮小兩導線的間距,其個別的部份電感就可以降低,這可以符合EMI兼容標準的要求。
  
為了使共同的部份電感之效應達到最大,在兩導線中的電流必須大小相同,但方向相反。這也是為何映像平面(或接地線)能夠如此有效的原因。在兩條平行的導線之間,有共同的部份電感存在,而這些電感值會隨著兩導線的間距和長度之不同而變化(可以參考導線的技術規格)。當兩平行導線的間距和長度都最小時,它們的共同的部份電感值會最大。
  
若在電源和接地平面之間以介電材料分開,此時「共同的部份電感」將扮演什么角色呢?同樣的,只要這兩個平面的間距很小,共同的部份電感值就會很大。此時,在電源平面上所測量到的射頻訊號電流應該為零, 
因為它被大小相同、方向相反的射頻回傳電流抵銷了。 
  
此外,須注意的是,如果降低兩導線之間的共同的部份電感值,不僅會減損映像平面的效應,而且會使兩平面之間的電容值增加。 

 

 

********************************************************************

 

更多內容:

EMI/EMC設計講座:印刷電路板的映像平面(下)

EMI/EMC設計講座:傳導式EMI的測量技術(上)

EMI/EMC設計講座:傳導式EMI的測量技術(下)

EMI/EMC設計講座:映像平面的分割與隔離(上)

EMI/EMC設計講座;映像平面的分割與隔離(下)

EMI/EMC設計講座;多層通孔和分離平面的概念


 

 

高都電子,為客戶創造價值!

雙面板免費加費,四層板加急打樣,厚銅電路板打樣

Xcm