emi-emc设计(四)印刷电路板的映像平面

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1、EMI/EMC设计(四)印刷电路板的映像平面摘抄2010-01-0711:07:11阅读25评论0字号：大中小一个映像平面（imageplane）是一层铜质导体（或其它导体），它位于一个印刷电路板（PCB）里面。它可能是一个电压平面，或邻近一个电路或讯号路由层（signalroutinglayer）的0V参考平面。1990年代，映像平面的观念被普遍使用，现在它是工业标准的专有名词。本文将说明映像平面的定义、原理和设计。映像平面的定义射频电流必须经由一个先前定义好的路径或其它路径，回到电流源；简言之，这个回传路径（return

2、path）就是一种映像平面。映像平面可能是原先的走线的镜像（mirrorimage），或位于附近的另一个路径----亦即，串音（crosstalk）；映像平面也许就是电源平面、接地平面，或者自由空间（freespace）。射频电流会以电容或电感的形式与任何传输线耦合，只要此传输线的阻抗比先前定义好的路径的阻抗小。不过，为了符合EMC标准，必须避免让自由空间成为回传路径。虽然单面PCB可以降低成本，但是这种简单的结构可能无法符合EMC标准。大多数的2层或4层结构的PCB具有比较高的讯号完整性，并且可以通过EMC测试。高密度（多

3、层板）的PCB堆栈大约可以为每一对映像平面，提供6dB至8dB的射频抑制，这是由于消除磁通量所产生的效果。有一个简单法则可以用来判断何时应该使用多层板：当频率速率超过5MHz，或上升时间比5ns快，就必须使用多层板。电感的定义走线和铜质平面都具有数目有限的电感，当电压施加到走线或传输线时，这些电感会禁止电流产生，所以会使双导线成为不平衡的共模辐射，磁通量因此无法降低。在电路板结构中，具有三种不同的电感型态：·部份电感：存在于导线或PCB走线的电感。·自身的部份电感：来自于一个导线区段的电感，相对于无限长的区段。·共同的部份电

4、感：一个电感区段在第二个电感区段上所产生的效应。和电容、电阻相比，电感值是最难被测量的。电感代表一个封闭型电流回路的动态特性。电感是通过封闭回路的磁通量和产生磁通量的电流之比值，其数学表述式是：Lij=Ψij/li，Ψ是磁通量，I是回路中的电流。在一个封闭回路中，电感值与回路形状和大小有关。当设计PCB时，工程师经常会忽视走线的电感大小。电感永远和封闭回路有关。封闭回路的电感效应，可以由部份电感和共同的部份电感的效应来描述。部份电感一个导体的内部电感，它是由此导体内部的磁通量产生的。一个封闭回路的部份电感之加总，等于将每个区

5、段的部份电感相加后的和，亦即。而每一个区段的Li就等于Ψi/li，Ψi表示第i个区段耦合至回路的磁通量，I是在第i个区段的电流量，Li就是部份电感。因此，不同回路将会有不同数值的部份电感。我们关注的是部份电感值，而不是走线的总电感值。而且，利用部份电感可以推导出共同的部份电感。共同的部份电感可以让映像平面消除磁通量的主要因素是来自于「共同的部份电感」。磁通量被消除之后，能够让磁力线连结，并为射频电流找到最佳的回传路径。自身的部份电感是指特定的回路区段之电感，和其它回路区段无关。附图一是表示一个自身的部份电感，一条走线回路内的

6、电流是I，Lp是走线区段的自身的部份电感。假设此走线是从有限的一端，一直延伸至无限的另一端。图一：自身的部份电感理论上，虽然自身的部份电感与邻近的导线无关，但实际上，间距很小的相邻导线会互相改变彼此的自身的部份电感值。这是因为一条导线会和其它导线互动，使得在导线的全部长度上的电流分布不再一致化（uniform）。尤其当两导线间隔和半径的比值约小于5:1时，这种情况会更加明显。在两条导线之间，会有共同的部份电感存在。共同的部份电感Mp是以平行走线，或导线区段之间的间距（s）为基础。Mp是「第一条导线内的电流所产生的磁通量（通过

7、第二条导线至很远的地方）」和「第一条导线所产生的电流」之比值。附图二是表示一个共同的部份电感。它的等效电路如附图三所示，此电路的数学表述式如下所示：图二：共同的部份电感现在以共同的部份电感之观念，来考虑在附图三的电路上传送讯号，譬如：频率讯号。V1是在讯号路径上，V2是在射频电流回传路径上。假设此两导线构成一个讯号路径和它的回传路径，因此I1=I且I2=-I。要不是有共同的部份电感存在，此两导线将无法互相耦合，此电路也无法正常工作，也不会形成一个封闭回路。在附图三中的电压降将变成：图三：两导线之间的共同的部份电感由上式中可以

8、知道，若要使电压降变小，必须增加共同的部份电感值（Mp）。而增加共同的部份电感之最简单方法是：将射频回传电流的路径尽量和讯号走线靠近。最佳的设计方法是：在接近讯号走线的附近，使用一个射频回传平面，它们之间的距离在可实现的能力范围之内，应该尽量的小。部份电感永远存在于导线中，它如同默认值一样