如何解決EMC設(shè)計(jì)中的串?dāng)_問(wèn)題

一、概述

串?dāng)_是通過(guò)近電場(chǎng)（電容耦合）和磁場(chǎng)（電感耦合）在相鄰導(dǎo)體之間耦合的噪聲。盡管任何相鄰導(dǎo)體都表現(xiàn)出串?dāng)_，但是當(dāng)它出現(xiàn)在強(qiáng)干擾信號(hào)和敏感信號(hào)之間時(shí)，對(duì)信號(hào)完整性將造成很大的影響。

串?dāng)_的再定義：

攻擊者=高振幅+高頻+短上升時(shí)間

受害者=低振幅+高阻抗 

某些信號(hào)由于其性質(zhì)或在電路中的功能而對(duì)串?dāng)_特別敏感，這些信號(hào)是潛在的串?dāng)_受害者 ，如：

• 模擬信號(hào)：與數(shù)字信號(hào)相比，它們對(duì)噪聲更敏感，尤其是在振幅較低的情況下。

• 高阻抗控制信號(hào)：使能，復(fù)位，振蕩器和反饋信號(hào)是控制類信號(hào)。如果此類信號(hào)是由低阻抗源產(chǎn)生的，則它們很容易受到電容串?dāng)_的干擾。

另一類信號(hào)很容易在受害者身上引起噪聲，并被認(rèn)為是串?dāng)_的潛在攻擊者 。為了識(shí)別潛在的攻擊者，請(qǐng)記住串?dāng)_是由PCB走線之間的耦合電容和電感引起的。基于這些考慮，電路中的潛在攻擊者是：

• 高振幅信號(hào) （電壓或電流）

• 快速信號(hào) （上升時(shí)間短或者高頻）

小化串?dāng)_的基本規(guī)則：使攻擊者和受害者盡可能遠(yuǎn)離。

具體規(guī)則如下：

二、帶狀線布置

通過(guò)為每個(gè)層分配單個(gè)方向并交替相鄰層的方向，可以大大減少電容耦合和電感耦合。該技術(shù)稱為“正交布線”，如圖1所示。

圖1 正交布線

當(dāng)不能應(yīng)用正交布線或?qū)τ跊]有被參考平面分隔的具有相同布線方向的層時(shí)，也可以通過(guò)交錯(cuò)信號(hào)跡線來(lái)減少串?dāng)_，如圖2所示。

圖2 交錯(cuò)布線

如果無(wú)法在不同層上布置攻擊者和受害者，則應(yīng)強(qiáng)制按照并行走線要求進(jìn)行布線。平行走線之間的串?dāng)_噪聲量取決于平行走線的長(zhǎng)度和它們之間的間隙。間隙越小，對(duì)于相同的串?dāng)_量，允許并行走線的長(zhǎng)度越短。串?dāng)_不僅取決于并行度，而且還取決于信號(hào)和PCB特性。

關(guān)于并行布線的經(jīng)驗(yàn)法則稱為“ 3W規(guī)則 ”，意思是為了避免在同一層布線的平行走線之間發(fā)生串?dāng)_，走線中心之間的小間距應(yīng)保持3W，圖3說(shuō)明了3W規(guī)則。

圖3  3W規(guī)則

雖然通過(guò)應(yīng)用3W規(guī)則確實(shí)可以減少串?dāng)_，但實(shí)際的3W值會(huì)導(dǎo)致電路板面積增大，可能很昂貴。因此通常在前邊規(guī)則無(wú)法滿足要求的情況下才使用3W規(guī)則。

減少在同一層上布線的平行走線之間串?dāng)_的另一種措施是使用兩端都接地的走線（稱為保護(hù)走線）將它們分開。圖4中必須將保護(hù)走線的所有末端都接地，否則它將像天線一樣把干擾帶出去。

圖4 地防護(hù)

對(duì)防護(hù)技術(shù)的實(shí)驗(yàn)研究表明，通過(guò)簡(jiǎn)單地將受害者與攻擊者分開，即使不存在防護(hù)走線，也可以實(shí)現(xiàn)相同的串?dāng)_降低（這等效于4W并行度規(guī)則）。但是，保護(hù)走線也會(huì)對(duì)周圍環(huán)境的電磁干擾產(chǎn)生有益的影響，因此，仍然建議保留地線來(lái)減少?gòu)?qiáng)干擾信號(hào)和敏感信號(hào)的串?dāng)_。

保護(hù)走線會(huì)影響信號(hào)走線的特征阻抗和傳輸時(shí)間，如果將其應(yīng)用于高速信號(hào)線需考慮信號(hào)完整性！