電氣系統(tǒng)電磁兼容71

27十二月2023電氣系統(tǒng)電磁兼容71一、PCB板介紹二、PCB板電磁輻射一、印制電路板設(shè)計(jì)印制電路板EMC設(shè)計(jì)是產(chǎn)品EMC設(shè)計(jì)的基礎(chǔ).在PCB設(shè)計(jì)階段處理好EMC問題,是使產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)電磁兼容最有效,成本最低的手段.1印制電路板概述PCB（printedcircuitboard），即印制電路板.是在絕緣基材上，按預(yù)定設(shè)計(jì)，制成印制線路，印制元件或由兩者組合而成的導(dǎo)電圖形后制成的板。它作為元器件的支撐，并且提供系統(tǒng)電路工作所需要的電氣連接，是實(shí)現(xiàn)電子產(chǎn)品小型化、輕量化、裝配機(jī)械化和自動化的重要基礎(chǔ)部件，在電子工業(yè)中有廣泛應(yīng)用。PCB的分類按所用基材的機(jī)械特性?？梢苑譃閯傂噪娐钒?RigidPCB）、柔性電路板（FlexPCB）以及剛性柔性結(jié)合的電路板(Flex－RigidPCB)按導(dǎo)體圖形的層數(shù)可分為單面/雙面和多層印制板。目前使用的電路板多為高密度互連多層電路板（highdensityintegratedboard)。單面板(Single-SidedBoards)

在最基本的PCB上，零件集中在其中一面，導(dǎo)線則集中在另一面上。因?yàn)閷?dǎo)線只出現(xiàn)在其中一面，所以就稱這種PCB叫作單面板（Single-sided）。因?yàn)閱蚊姘逶谠O(shè)計(jì)線路上有許多嚴(yán)格的限制（因?yàn)橹挥幸幻?，布線間不能交叉而必須繞獨(dú)自的路徑），所以只有早期的電路才使用這類的板子。雙面板（Double-SidedBoards）

這種電路板的兩面都有布線。不過要用上兩面的導(dǎo)線，必須要在兩面間有適當(dāng)?shù)碾娐愤B接才行。這種電路間的「橋梁」叫做導(dǎo)孔（via）。導(dǎo)孔是在PCB上，充滿或涂上金屬的小洞，它可以與兩面的導(dǎo)線相連接。因?yàn)殡p面板的面積比單面板大了一倍，而且因?yàn)椴季€可以互相交錯(cuò)（可以繞到另一面），它更適合用在比單面板更復(fù)雜的電路上。雙面板（Double-SidedBoards）為了增加可以布線的面積，多層板用上了更多單或雙面的布線板。并在每層板間放進(jìn)一層絕緣層后黏牢（壓合）。板子的層數(shù)就代表了有幾層獨(dú)立的布線層，通常層數(shù)都是偶數(shù)，并且包含最外側(cè)的兩層。在多層板PCB中，將各層分類為信號層（Signal），電源層（Power）或是地線層（Ground）。

導(dǎo)孔（via）如果應(yīng)用在雙面板上，那么一定都是打穿整個(gè)板子。不過在多層板當(dāng)中，如果您只想連接其中一些線路，那么導(dǎo)孔可能會浪費(fèi)一些其它層的線路空間。埋孔（Buriedvias）和盲孔（Blindvias）技術(shù)可以避免這個(gè)問題，因?yàn)樗鼈冎淮┩钙渲袔讓?。盲孔是將幾層?nèi)部PCB與表面PCB連接，不須穿透整個(gè)板子。埋孔則只連接內(nèi)部的PCB，所以光是從表面是看不出來的。多層板（Multi-LayerBoards）多層板（Multi-LayerBoards）盲孔:位于PCB的頂層和底層表面將幾層內(nèi)部PCB與表面PCB連接,不需穿透整個(gè)多層板.埋孔:位于PCB的內(nèi)層,只連接內(nèi)部PCB,不延伸到PCB的表面.所以,從表面上是看不出來的.通孔:孔穿過整個(gè)PCB多層板（Multi-LayerBoards）盲孔埋孔通孔多層板（Multi-LayerBoards）剛性PCB剛性PCB的通常使用紙質(zhì)基材或玻璃布基材覆銅板制成，裝配和使用過程不可彎曲。剛性多層板又可分為普通多層板，帶有激光孔的多層板和特殊結(jié)構(gòu)多層板如（ALIVH等）剛性板的特點(diǎn)是可靠性高，成本較低，但應(yīng)用的靈活性差普通多層板介紹機(jī)械鉆孔可以貫穿所有線路層（通孔）或只貫穿部分線路層（盲，埋孔）線寬線距最小0.1mm。機(jī)械鉆孔一般孔徑大于0.2mm優(yōu)點(diǎn)：成本低，加工周期短缺點(diǎn)：鉆孔較大，布線密度比較低適用于比較簡單的電路.激光鉆孔多層板激光鉆孔精度高，電鍍后性能可靠鉆孔直徑可小于0.1mm，節(jié)省pcb的表面安裝面積，走線密度較高目前能夠加工的廠家比較多。根據(jù)電路的復(fù)雜程度可以選擇不同的疊層結(jié)構(gòu)，易于控制成本柔性板(軟性線路板)柔性板（fpc）是使用可撓性基材制成的電路板，成品可以立體組裝甚至動態(tài)應(yīng)用柔性板加工工序復(fù)雜，周期較長柔性板的優(yōu)勢在于應(yīng)用的靈活，但是其布線密度仍然無法和剛性板相比柔性板的主要成本取決于其材料成本柔性板(軟性線路板)柔性板(軟性線路板)柔性電路板體積小,重量輕,可替代體積較大的線束導(dǎo)線,是滿足小型化和移動要求的唯一解決方法.總重量和體積要比傳統(tǒng)的導(dǎo)線束減少70%.柔性板(軟性線路板)柔性板的功能:

1.引線(LeadLine)硬板間連接

2.PCB高密度薄型立體電路

3.連接器(Connector)硬板間連接

4.多功能整合系統(tǒng)(IntegrationofFunction)

柔性板的應(yīng)用范圍:

小型或薄型電子機(jī)構(gòu)及硬板間的連接等.柔性板(軟性線路板)單面柔性板已用于打印機(jī)噴墨盒和計(jì)算機(jī)存儲器.雙面柔性板是在基膜的兩面各有一層蝕刻制成的導(dǎo)電圖形.多層柔性板是將三層或更多層單面柔性板或雙面柔性板層壓在一起形成.剛-柔板由剛性和柔性基板層壓在一起組成柔性板(軟性線路板)

折疊按鍵墊醫(yī)療器械

PCB也正朝著小型,輕量化和高密度化方向發(fā)展。一.通孔多層板:常規(guī)PCB--電氣互連是通過過孔金屬化和電鍍實(shí)現(xiàn)二.高密度互連積層多層板(BUM)1,芯板+積層HDI高密度互連積層多層板—過孔金屬化和電鍍2,無芯板(全積層)全層導(dǎo)通孔構(gòu)造的積層多層板－ALIVH(AnyLayerIVHStructureMultilayerPrintedWiringBoard)--層間電氣互連是通過小孔堵塞導(dǎo)電膠實(shí)現(xiàn),批量應(yīng)用于手機(jī)中.由于可以進(jìn)行更高密度布線，使基板重量減小了60％，體積也減少了30％。傳統(tǒng)的通孔多層板白白浪費(fèi)了許多PCB的有效面積。ALIVH技術(shù)特點(diǎn):不用芯板和不用孔化及電鍍方法來實(shí)現(xiàn)層間電氣的互連。在它的組成結(jié)構(gòu)上，沒有芯板部分和積層部分的區(qū)別。它可以在所有布線層之間的任意位置形成IVH（內(nèi)連導(dǎo)通孔）。

過孔電氣連接技術(shù)

ALIVH的過孔電氣連接技術(shù)是它區(qū)別于傳統(tǒng)多層板及其他BUM板的關(guān)鍵技術(shù).它不是通過孔的金屬化和電鍍方法，而是采用銅粉（或其他少量的金屬粉末）、硬化材料、環(huán)氧樹脂材料等組成的導(dǎo)電膠阻塞微小孔來實(shí)現(xiàn)電氣互連的。充填導(dǎo)電膠采用不銹鋼模板刮印的方法，把導(dǎo)電膠刮壓入孔中，接著在其兩面加上粗化后的銅箔（一般為1/2OZ厚度），然后在高溫環(huán)境下進(jìn)行層壓，使得絕緣基板的材料和導(dǎo)電膠中的樹脂固化，并和銅箔粘合在一起，這樣便形成了兩層之間電氣的互連。由于沒有電鍍銅層，僅僅由銅箔構(gòu)成導(dǎo)體，導(dǎo)體厚度就一樣高，有利于形成更精細(xì)的導(dǎo)線。

PCB設(shè)計(jì)的原則電氣連接的準(zhǔn)確性電路板的可測試性可靠性和環(huán)境適應(yīng)性工藝性(可制造性)經(jīng)濟(jì)性等PCB設(shè)計(jì)的步驟原理圖設(shè)計(jì)布局布線優(yōu)化高速設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)線路板技術(shù)的提高是隨著芯片的封裝技術(shù)與表面安裝技術(shù)的提高而提高。隨著系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜性和集成度的大規(guī)模提高，電子系統(tǒng)的工作頻率已經(jīng)達(dá)到百兆甚至千兆的數(shù)量級。當(dāng)系統(tǒng)工作在50MHz時(shí)，將產(chǎn)生傳輸線效應(yīng)和信號的完整性問題；而當(dāng)系統(tǒng)時(shí)鐘達(dá)到120MHz時(shí)，除非使用高速電路設(shè)計(jì)知識，否則基于傳統(tǒng)方法設(shè)計(jì)的PCB將無法工作。一、PCB介紹二、PCB板的電磁輻射線路板的兩種輻射機(jī)理差模輻射共模輻射電流環(huán)桿天線差模輻射機(jī)理

許多產(chǎn)品工作在幾百兆赫茲頻率以上,波長如此之短,以致PCB上的走線恰好成為四分之一波長或其整數(shù)倍的單極天線或小環(huán)天線.EmissionfromDifferentialModeCurrentAloopantenna地線電位示意圖2mV

200mV2mV~10mV10mV~20mV20mV~100mV100mV~200mV共模輻射機(jī)理如何減小差模輻射？E=2.6IAf2/D低通濾波器布線怎樣減小共模輻射

E=1.26

ILf/D共模濾波共模扼流圈減小共模電壓使用盡量短的電纜共模濾波電纜屏蔽一、1/tr>100MHz電源完整性設(shè)計(jì)（PowerIntegrity，PI）

當(dāng)芯片內(nèi)大量晶體管輸出級同時(shí)動作時(shí)，會產(chǎn)生較大的瞬態(tài)電流di/dt，由于供電線路上的引線電感L的影響，將產(chǎn)生反電動勢,使電源電壓和地電位發(fā)生波動和變化;良好的電源分配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)是電源完整性的保證,控制電源面和地平面之間的阻抗是關(guān)鍵.阻抗越低,上述波動和變化也越低.1.電源完整性設(shè)計(jì)首先應(yīng)做到:使用多層板,用電源平面代替電源線，降低供電線路上的引線電感.用接地平面代替地線,降低其引線電感.電源平面和地平面相鄰，使環(huán)路面積為零.保證大電流器件電源的回流路徑暢通無阻.2.PCB電源分配系統(tǒng)設(shè)計(jì)1).根據(jù)系統(tǒng)要求確定目標(biāo)阻抗;2).在所要求的頻率范圍內(nèi),設(shè)計(jì)電源/地平面的輸入阻抗,即源阻抗,使其低于目標(biāo)阻抗;3).電源分配系統(tǒng)建模(1)電源模塊(VRM)模型圖,響應(yīng)頻率范圍為直流至1kHz;(2)去耦電容模型圖集總參數(shù)電容器:在1kHz—1MHz頻率范圍內(nèi)作出響應(yīng);高頻電容器:在1MHz—幾百M(fèi)Hz頻率范圍內(nèi)作出響應(yīng);PCB電源/地平面電容:在100MHz以上頻率范圍內(nèi)響應(yīng).3.PCB電源/地平面模型圖

高頻時(shí)相當(dāng)于諧振腔,分析方法:三維全波電磁場建模和仿真.分布參數(shù)/集總參數(shù)等效電路和仿真.即將PCB平面分成許多小單元,將每個(gè)單元作為集總參數(shù)傳輸線建模.4.選擇適當(dāng)?shù)娜ヱ铍娙菁鞍惭b位置確定集總參數(shù)電容量值,寄生R/L,及其總數(shù);確定高頻電容量值,寄生R/L,及其總數(shù).5.疊層設(shè)計(jì)電源/地平面選擇;PCB尺寸,形狀和材料選擇.6.電源完整性解決方案例:電源/地平面電壓的變化即I噪聲電壓,必須小于電源電壓(設(shè)為3.3V)的+/-5%,即0.05

3.3V=165mV設(shè)I噪聲電流與瞬態(tài)負(fù)載電流為2A,則電源分配系統(tǒng)的目標(biāo)阻抗為165mV/2A=82.5m

未加去耦電容時(shí),裸板所具有的阻抗高于目標(biāo)阻抗;根據(jù)Z=1/jC,為了在1MHz滿足目標(biāo)阻抗的要求,去耦電容值為2F,即22個(gè)0.1F.但在頻率高端,仍不滿足要求.增加了每個(gè)為10nF的第二組矩陣.第三組為1nF的電容.再增加第四組矩陣.

加入不同量值的去耦電容后,

I噪聲