在PCB板的設(shè)計(jì)中,隨著頻率的迅速提高,將出現(xiàn)與低頻 PCB板設(shè)計(jì)所不同的諸多干擾,并且,隨著頻率的提高和PCB板的小型化和低成本化之間的矛盾日益突出,這些干擾越來(lái)越多也越來(lái)越復(fù)雜。在實(shí)際的研究中,我們歸納起來(lái)主要有四方面的干擾存在:電源噪聲、傳輸線干擾、耦合、電磁干擾(EMI)。本文通過(guò)分析高頻PCB的各種干擾問(wèn)題,結(jié)合工作中實(shí)踐,提出了有效的解決方案。
一、電源噪聲
高頻電路中,電源所帶有的噪聲對(duì)高頻信號(hào)影響尤為明顯。因此,首先要求電源是低噪聲的。在這里,干凈的地和干凈的電源同樣重要,為什么呢?電源特性如圖1所示。很明顯,電源是具有一定阻抗的,并且阻抗是分布在整個(gè)電源上的,因此,噪聲也會(huì)疊加在電源上。那么我們就應(yīng)該盡可能地減小電源的阻抗,所以最好要有專有的電源層和接地層。在高頻電路設(shè)計(jì)中,電源以層的形式設(shè)計(jì),在大多數(shù)情況下都比以總線的形式設(shè)計(jì)要好得多,這樣回路總可以沿著阻抗最小的路徑走。此外電源板還得為PCB上所有產(chǎn)生和接受的信號(hào)提供一個(gè)信號(hào)回路,這樣可以最小化信號(hào)回路,從而減小噪聲,這點(diǎn)常常為低頻電路設(shè)計(jì)人員所忽視。
圖1 電源特性
PCB設(shè)計(jì)中消除電源噪聲的方法有如下幾種。
(1)注意板上通孔:通孔使得電源層上需要刻蝕開(kāi)口以留出空間給通孔通過(guò)。而如果電源層開(kāi)口過(guò)大,勢(shì)必影響信號(hào)回路,信號(hào)被迫繞開(kāi),回路面積增大,噪聲加大。同時(shí)如果一些信號(hào)線都集中在開(kāi)口附近,共用這一段回路,公共阻抗將引發(fā)串?dāng)_。
圖2 旁路信號(hào)回路的公共路徑
(2)連接線需要足夠多的地線:每一信號(hào)需要有自己的專有信號(hào)回路,而且信號(hào)和回路的環(huán)路面積盡可能小,也就是說(shuō)信號(hào)與回路要并行。
(3)模擬與數(shù)字電源的電源要分開(kāi):高頻器件一般對(duì)數(shù)字噪音非常敏感,所以兩者要分開(kāi),在電源的入口處接在一起,若信號(hào)要跨越模擬和數(shù)字兩部分的話,可以在信號(hào)跨越處放置一條回路以減小環(huán)路面積。
圖3 用于信號(hào)回路的數(shù)模間的跨越
(4)避免分開(kāi)的電源在不同層間重疊:否則電路噪聲很容易通過(guò)寄生電容耦合過(guò)去。