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指紋模塊軟板廠的這些PCB設計知道了，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：3128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。

硬件工程師應在PC電路板設計階段解決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選擇最短路徑，而且應直接到接地層。

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作為電源層。

必須注意接地層的位置應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，那么接地布線應與電源布線平行，以確保電源清潔。

布局指南

為了讓設計免受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）。每類的布線應在指定區(qū)域內，在子系統(tǒng)的邊界處應使用濾波器。

應對數(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盡可能短，而且應與接地層相鄰，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與振蕩器或其布線平行或在其下方運行。此外，晶體也應靠近所需的芯片。

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靠近傳輸相關信號的布線，從而保持電流回路盡可能的短。

傳輸模擬信號的布線應與高速或開關信號分開，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)，具體取決于相關要求。

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