0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看威廉希尔官方网站 视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

如何应对PCB电路板电磁辐射问题?

领卓打样 来源:领卓打样 作者:领卓打样 2023-10-26 09:15 次阅读

一站式PCBA智造厂家今天为大家讲讲PCB设计如何防护多层PCB板边辐射?多层PCB板边辐射的防护措施。经常看到很多工控板或者射频板在PCB板的四周会打上一圈的过孔和铜带,甚至有些射频板会在四周板边进行金属化包边,这样做是啥套路?难道是攻城狮在装13吗?

多层PCB的板边辐射是常见的电磁辐射源

现今,随着系统速率的提高,不仅仅是高速数字信号的时序、信号完整性问题突出,同时因系统中高速数字信号产生的电磁干扰及电源完整性造成的EMC问题也非常突出。高速数字信号产生的电磁干扰不仅会造成系统内部的严重互扰,降低系统的抗干扰能力,同时也会向外空间产生很强的电磁辐射,引起系统的电磁辐射发射严重超过EMC标准,使得产品不能通过EMC标准认证。多层PCB的板边辐射就是比较常见的电磁辐射源。

当非预期的电流达到接地层和电源层的边缘时,便发生边缘辐射。这些非预期的电流可能源自:

- 电源旁路不充分所产生的接地和电源噪声。

- 感性过孔所产生的圆柱形辐射磁场,它在电路板各层之间辐射,最终在电路板边缘会合。

- 承载高频信号的带状线回流电流与电路板边缘靠得太近。

造成电源噪声的根源

造成电源噪声的根源主要在于两个方面:一是器件高速开关状态下,瞬态的交变电流过大;二是电流回路上存在的电感。从表现形式上来看又可以分为三类:

- 同步开关噪声(SSN),有时被称为ΔI噪声,地弹(Ground bounce)现象也可归于此类;

- 非理想电源阻抗影响;

- 谐振及边缘效应。

在高速数字电路中,当数字集成电路加电工作时,它内部的门电路输出会发生从高到低或者从低到高的状态转换,即”0″和”1″间的转换。在变化的过程冲,门电路中的晶体管将不停地导通和截止,这时会有电流从所接电源流入门电路,或从门电路流入地平面,使电源平面或地平面上的电流产生不平衡,从而产生一个瞬间变化的电流△I。这个电流在流经回流路径上存在的电感时会形成交流电压降,进而引起噪声。如果同时发生状态转换的输出缓冲器较多时,这个压降足够大,从而导致电源完整性问题,将这种噪声称为同步开关噪声(Simultaneous Switch Noise)SSN。

电源交流噪声会在电源层及地层之间,利用这两个平面的谐振腔模式传导交流噪声,传到平面边缘就会辐射到自由空间中,这会导致产品EMI过不了认证。

对于过孔产生的噪声,我们知道,PCB上互联的信号线包括pcb外层的微带线及内层处于两平面间的带状线以及信号换层起连接作用的电镀过孔(过孔细分为通孔、盲孔、埋孔),处于表层的微带线和处于两平面间的带状线通过良好的参考平面层叠结构设计可以良好的控制辐射。

而过孔在垂直方向上贯穿多个叠层,当高频信号传输线通过过孔换层时,不但传输线的阻抗发生的变化,信号回流路径的参考平面也发生了变化,当信号的频率相对较低时,通孔对信号传输的影响可以忽略不计,但是当信号频率上升到射频或者微波频段时,由于过孔的参考平面变化造成电流返回路径的变化,该过孔会产生的TEM波,会在在两平面形成的谐振腔间横向传播,最终通过pcb的边缘向外辐射到自由空间中,造成EMI指标超标。

OK,现在我们知道了对于高频高速PCB,会在PCB的板边产生边缘辐射问题,那如何进行防护呢?

多层PCB板边辐射的防护措施

产生EMC 问题的三个要素是:电磁干扰源、耦合途径、敏感设备

敏感设备我们控制不了,切断耦合路径比如加个金属屏蔽设备外壳等,这里不讲,就剩下如何想办法干掉干扰源了。

首先要优化PCB上的关键信号走线,避免自身出现EMI问题,多于换层的过孔,我们可以在关键信号的过孔四周打上接地过孔,为关键信号的过孔提供额外的回流路径。

嗯,对于减少PCB边缘辐射,之前听说过一个20H规则,20H规则最早乃由W.Michael King于1980年所提出,并由Mark.I.Montrose 于其著作中阐述,而受经营重视,并经常被列为重要的EMI设计规则,其中 H 指的是板子的厚度,即电源平面比地平面内缩个20H的距离。

为了降低边缘辐射这效应,电源平面应较相邻之地平面内缩,电源平面内缩约10H 则效果不明显;电源平面内缩20H 时,则吸收70%边际通量边界(Flux Boundary);电源平面内缩100H 时,则可吸收98%的边际通量边界;因而内缩电源层能有效抑制边际效应所造成的辐射。

20H规则已经不适合现在的高频高速PCB设计,以前的印刷电路板面积较大,内缩而造成的平面天线共振频率上升较不明显;现今因PCB板面较小,内缩电源层设计的辐射强度随着不同内缩电源层尺寸共振点变化较显著,而造成高频会出现较高的辐射能量。

使用内缩20H 的方式并无法完全解决辐射的下降,虽然,430MHz 以下频率有改善,而40H 则对590MHz 以下频率有改善,但因面积缩小使得共振频率变高,对于共振频率更高频段之辐射抑制是无帮助的。

EMI 未来的设计,因内缩电源层 20H 将无帮助,且板子愈小则愈高频的辐射会因改变平面天线 效应而更严重,所以 20H 的理论已不合目前的实际需求。

既然20H规则对目前的高频高速PCB设计已经变得无效了,那对于干掉pcb板边辐射这个干扰源来说,就得采用屏蔽结构对边缘进行处理,从而将噪声反射回内层空间中,这会增加这些层上的电压噪 声,但边缘辐射得到降低。

多层PCB板边辐射防护的低成本实现方法

低成本的实现方法就是在PCB的四周以1/20波长孔间距打上一圈接地过孔,形成接地过孔护盾,防止TME波对外辐射。

而对于微波电路板,其波长进一步变小,而由于PCB生产工艺现在,孔与孔之间的间距不能做的很小,此时已1/20波长的间距在PCB四周打屏蔽过孔的方式对于微波板作用已经不太明显,这时就需要采用PCB版本金属化包边工艺,将整个板边用金属包围起来,从而使微波信号无法从PCB板边辐射出去,当然,采用板边金属化包边工艺,也将会导致PCB的生产制造成本增加许多。

对于射频微波板,某些敏感电路,以及有强烈辐射源的电路可以设计一个在PCB上焊接的屏蔽腔,PCB 在设计时要加上“过孔屏蔽墙”,就是在PCB上与屏蔽腔壁紧贴的部位加上接地的过孔。这样就形成了一个个相对隔离的区域。

过孔屏蔽墙的设计要求如下:

- 有两排以上的过孔;

- 两排过孔相互错开;

- 同一排的过孔间距要小于λ/20;

- 接地的PCB铜箔与屏蔽腔壁压接的部位禁止有阻焊。

关于PCB设计如何防护多层PCB板边辐射?多层PCB板边辐射的防护措施的知识点,想要了解更多的,可关注领卓PCBA,如有需要了解更多PCB打样、SMT贴片、PCBA加工的相关威廉希尔官方网站 知识,欢迎留言获取!

审核编辑 黄宇

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 电路板
    +关注

    关注

    140

    文章

    4954

    浏览量

    97731
  • 电磁辐射
    +关注

    关注

    5

    文章

    355

    浏览量

    43564
  • PCB
    PCB
    +关注

    关注

    1

    文章

    1799

    浏览量

    13204
收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    电磁干扰与电磁辐射的区别 EMI电磁干扰与电力系统的关系

    在现代生活中,电磁威廉希尔官方网站 的应用无处不在,从家用电器到复杂的工业控制系统,再到通信网络,电磁波在其中扮演着至关重要的角色。然而,这些威廉希尔官方网站 也带来了电磁干扰(EMI)和电磁辐射的问题。 一、
    的头像 发表于 11-20 14:51 375次阅读

    PCB电路板的层数对性能的影响

    PCB的层数对电路板的性能有着显著的影响。以下是几个主要方面: 1. 信号传输速度和电磁干扰(EMI) 更高的信号传输速度:多层PCB可以通过更复杂的内部布线来提供更高的信号传输速度。
    的头像 发表于 11-05 09:58 382次阅读

    探究PCB基板特性对电路板稳定性的影响!

    PCB(Printed Circuit Board,印刷电路板)作为电子设备中不可或缺的组成部分,其基板特性对电路板的性能和使用寿命有着至关重要的影响。不同的PCB基板材料具有不同的特
    的头像 发表于 07-30 11:19 1302次阅读
    探究<b class='flag-5'>PCB</b>基板特性对<b class='flag-5'>电路板</b>稳定性的影响!

    激光焊锡电路板pcb外观检查的技巧

    电路板PCB外观检查是电子产品制造过程中至关重要的一环,它确保了电路板的质量和可靠性,为后续的组装和调试奠定了坚实的基础。这一过程不仅是对电路板生产质量的把控,更是对生产流程中可能出现
    的头像 发表于 05-11 17:15 763次阅读
    激光焊锡<b class='flag-5'>电路板</b>:<b class='flag-5'>pcb</b>外观检查的技巧

    聊聊PCB电路板三防

    电路板三防是哪三防?捷多邦小编今天带着PCB线路知识讲解来啦~ 电路板的“三防”通常指的是防尘(Dustproof)、防水(Waterproof)和防震(Shockproof)。这些
    的头像 发表于 05-07 17:37 2345次阅读

    电磁辐射(光)调控半导体导电性的机制与影响研究

    电磁辐射的激发下,确定载流子的平衡浓度与辐射强度之间的关系是研究的关键。理论和实验都揭示,这种关系受到光电导率对电导率贡献大小的影响。
    的头像 发表于 04-28 17:31 911次阅读
    <b class='flag-5'>电磁辐射</b>(光)调控半导体导电性的机制与影响研究

    pcb电路板螺纹的重要性

    PCB螺纹通常指的是PCB电路板上的螺纹孔,用于固定螺丝或其他组件。这些螺纹设计使得在PCB上安装和固定元器件更加方便和稳固。今天捷多邦小编就与大家讲讲
    的头像 发表于 04-25 17:46 728次阅读

    轻松get电路板pcb电镀液技巧,助你制作出色电路板

    PCB电镀液是一种用于在PCB电路板上进行电镀的化学溶液。它包含金属盐和其他添加剂,如硫酸铜、硫酸锌或硫酸镍等。这些化学物质可以在PCB表面形成金属覆盖层,以便在
    的头像 发表于 04-22 17:12 598次阅读

    pcb电路板元件布局需要注意什么

    pcb电路板元件布局需要注意什么
    的头像 发表于 03-14 15:24 861次阅读

    电路板pcb制作过程

    电路板pcb制作过程
    的头像 发表于 03-05 10:26 1236次阅读

    印刷电路板(PCB)设计指南

    电子发烧友网站提供《印刷电路板(PCB)设计指南.pdf》资料免费下载
    发表于 02-01 15:10 24次下载

    pcb电路板设计软件哪个好 PCB电路板设计一般用sw吗

    PCB(Printed Circuit Board,印刷电路板)设计领域,有许多软件可供选择。这些软件都具有不同的功能、特点和适用范围。下面将为您介绍几款常用的 PCB 设计软件。 Altium
    的头像 发表于 01-24 17:37 2013次阅读

    功放pcb电路板设计是怎么精确接线的?

    功放pcb电路板设计是怎么精确接线的? 功放是一种用于增强音频或电源信号的电子设备,常用于音频播放器、音响设备、无线通信系统等场合。功放的设计涉及到众多因素,其中之一是精确的接线设计。本文将详细讨论
    的头像 发表于 01-17 16:50 1190次阅读

    集成电路板pcb的区别

    集成电路板和印刷电路板在电子制造领域具有重要的地位,但它们之间存在一些区别。本文将对集成电路板PCB的区别进行详细介绍。 首先,我们需要了解集成
    的头像 发表于 01-05 14:04 2468次阅读

    pcb电路板阻抗设计,确保最佳性能

    pcb电路板阻抗设计,确保最佳性能
    的头像 发表于 12-28 10:27 665次阅读