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直流电源(地)层的分割、数模设计

文章来源:稳压电源公司,时间:2017-09-13 09:30    点击量:

    1、直流电源PCB板层的结构直流电源PCB板层的结构是决定直流电源系统的EMC性能一个很重要的因素.一个好的直流电源PCB板层结构对抑制直流电源PCB中辐射起到良好的效果.在现在常见的高速直流电源电路直流电源系统中大多采用多层板而不是单面板和双面板.在直流电源设计多面板时候需要注意以下方面.

直流电源(地)层的分割、数模设计
    1.一个信号层应该和一个敷铜层相邻;2.信号层应该和临近的敷铜层紧密耦合(即信号层和临近敷铜层之间的介质厚度很小);3.直流电源敷铜和地敷铜应该紧密耦合;4.直流电源系统中的高速信号应该在内层且在两个敷铜之间,这样两个敷铜可以为这些高速信号提供屏蔽作用且将这些信号的辐射限制在两个敷铜区域;5.多个地敷铜层可以有效的减小直流电源PCB板的阻抗,减小共模EMI.

    如何降低数字信号和模拟信号间的相互干扰呢?有两个基本原则:

    第一个原则是尽可能减小直流电源电流环路的面积;第二个原则是直流电源系统只采用一个参考面相反,如果直流电源系统存在两个参考面,就可能形成一个偶极天线(注:小型偶极天线的辐射大小与线的长度、流过的直流电源电流大小以及频率成正比);而如果信号不能通过尽可能小的环路返回,就可能形成一个大的环状天线(注:小型环状天线的辐射大小与环路面积、流过环路的直流电源电流大小以及频率的平方成正比) 在直流电源设计中要尽可能避免这两种情况.

    有人建议将混合信号直流电源电路板上的数字地和模拟地分割开,这样能实现数字地和模拟地之间的隔离.

    尽管这种方法可行,但是存在很多潜在的问题,在复杂的大型直流电源系统中问题尤其突出的.

    最关键的问题是不能跨越分割间隙直流电源系统布线,一旦跨越了分割间隙直流电源系统布线,电磁辐射和信号串扰都会急剧增加.

    问题:在直流电源PCB设计中最常见的问题就是信号线跨越分割地或直流电源而产生EMI问题.

    解决办法:

    了解直流电源电流回流到地的路径和方式是优化混合信号直流电源电路板直流电源设计的关键 许多直流电源设计工程师仅仅考虑信号直流电源电流从哪儿流过,而忽略了直流电源电流的具体路径.

    如果必须对地线层进行分割,而且必须通过分割之间的间隙直流电源系统布线,可以先在被分割的地之间进行单点连接,形成两个地之间的连接桥,然后通过该连接桥直流电源系统布线.这样,在每一个信号线的下方都能够提供一个直接的直流电源电流回流路径,从而使形成的环路面积很小.

    采用光隔离器件或隔离变压器也能实现信号跨越分割间隙.

    对于前者,跨越分割间隙的是光信号;在采用隔离变压器的情况下,跨越分割间隙的是磁场还有一种可行的办法是采用差分信号:信号从一条线流入从另外一条信号线返回,这种情况下,不需要地作为回流路径.

    在实际工作中一般倾向于使用统一地,将直流电源PCB分区为模拟部分和数字部分.

    模拟信号在直流电源电路板所有层的模拟区内直流电源系统布线,而数字信号在数字直流电源电路区内直流电源系统布线在这种情况下,数字信号返回直流电源电流不会流入到模拟信号的地,只有将数字信号直流电源系统布线在直流电源电路板的模拟部分之上或者将模拟信号直流电源系统布线在直流电源电路板的数字部分之上时,才会出现数字信号对模拟信号的干扰.出现这种问题并不是因为没有分割地,真正原因是数字信号直流电源系统布线不适当.

    在将A/D转换器的模拟地和数字地管脚连接在一起时,大多数的A/D转换器厂商会建议:将AGND和DGND管脚通过最短的引线连接到同一个低阻抗的地上 如果直流电源系统仅有一个A/D转换器,上面的问题就很容易解决 将地分割开,在A/D转换器下面把模拟地和数字地部分连接在一起 采取该方法时,必须保证两个地之间的连接桥宽度与IC等宽,并且任何信号线都不能跨越分割间隙.如果直流电源系统中A/D转换器较多,例如10个A/D转换器怎样连接呢?如果在每一个A/D转换器的下面都将模拟地和数字地连接在一起,则产生多点相连,模拟地和数字地之间的隔离就毫无意义.而如果不这样连接,就违反了厂商的要求.最好的办法是开始时就用统一地.将统一的地分为模拟部分和数字部分,这样的布局直流电源系统布线既满足了IC器件厂商对模拟地和数字地管脚低阻抗连接的要求,同时又不会形成环路天线或偶极天线而产生EMC问题.

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