emi emc设计讲座(五)映像平面的分割与隔离

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1、EMI/EMC設計講座（五）映像平面的分割與隔離　于岳　設計I/O電路時，有兩個地方很重要，那就是：功能子系統和「安靜區域（quietarea）」。底下將分別說明。功能子系統每一個I/O應該被視為PCB的不同區塊，因為它們各自具有獨特的功能與應用。為了避免在子系統之間產生射頻耦合，所以必須做分割。一個功能子系統包含了一堆元件，以及相關的支援電路。元件與元件相互緊鄰，可以縮短走線繞線的長度，並提高各功能區塊的效能。每一位硬體和PCB工程師通常會試著將元件集合在一起，但是由於各種原因，有時這是行不通的。在

2、佈線（layout）時，I/O子系統的處理方式和其它PCB區塊不一樣，這通常是經由佈線切割達到的。佈線切割加強了訊號的品質和功能的完整性，因為這樣可以防止產生具有高頻寬的發射器，例如：背板互連、視訊裝置、資料介面、乙太控制器、SCSI裝置、CPU、毀損的串列或平行、視訊、音頻、非同步/同步通訊埠、軟碟控制器、前端顯示器、區域和廣域網路控制器…等。每一個I/O子系統必須被當成不同的PCB一樣。安靜區域「安靜區域」是和數位電路、類比電路、供電和接地平面隔離的區域。這種隔離可以避免其它PCB區塊內的雜訊源，

3、破壞了敏感電路。例如：來自數位區塊的供電平面雜訊，滲入至類比裝置（類比區塊）、音頻裝置（音頻區塊）、I/O濾波器、互連電路…..等的供電接腳，如附圖一。圖一：安靜區域　 每一個I/O埠（或區塊）必須有一個切割的（安靜）接地或功率平面。低頻I/O埠可以使用靠近於連接器的高頻電容（通常是470pF至1,000pF）來迴避（bypass）。PCB上的走線繞線必須控制好，以免再次耦合的射頻電流流入纜線的屏蔽（shield）內。一個乾淨的（安靜）接地必須位於全部纜線離開系統的點上。供電和接地平面必須同等對待，因

4、為這兩種平面都是射頻返回電流的可能路徑。從交換裝置到I/O控制電路的射頻返回電流，會將高頻寬的交換式射頻雜訊帶至I/O纜線和互連線路中。為了建立一個安靜的區域，所以必須做分割。這個安靜區域可能是：1.100%與I/O訊號隔離，訊號不管是進入或離開都必須透過一個隔離的變壓器。2.數據線路（dataline）必須過濾。3.透過一個高阻抗共模電感來過濾，或者使用一個鐵粉芯導線（ferritebead-on-lead）來保護。分割的主要目的是要把不乾淨的供電、接地平面和其它功能區域，與乾淨或安靜的區域分開。隔

5、離和分割隔離和分割是指元件、電路、供電平面從其它功能裝置、區域和子系統中分開。若允許射頻電流以輻射或電導方式，被傳送至電路板的其它部位，這不僅會造成EMI問題，也會破壞應有的正常功能。隔離是使電路板上的某區域之所有平面沒有銅線存在，此沒有銅線存在的區域被稱為「壕溝（moat）」。沒有銅線存在的區域寬度通常是0.05英吋。換句話說，一個隔離的區域是電路板上的一個「孤島」，類似一個具有城池的城堡。只有那些需要與它作業或互連的走線，才能與這個隔離區域相連接。對訊號和走線而言，「壕溝」就是一個隔離地帶，這些訊

6、號和走線與隔離區域、或隔離區域的介面無關。有兩種方法可以將走線、供電、接地平面連接至這個「孤島」上。第一種方法是使用隔離的變壓器、光學隔離器、或共模數據線過濾器，來跨越「壕溝」。第二種方法是使用「壕溝」上的一個「橋樑」。隔離也被應用在將高頻寬元件與低頻電路分開的場合；此外，它也被應用於使I/O介面維持在低的EMI頻寬----亦即從I/O互連電路傳播出來的射頻頻譜大小。■方法一：隔離這是使用隔離的變壓器或光學隔離器來達成的。一個I/O區域必須與PCB的其它部位100%隔絕。只有在金屬的I/O連接器上，射

7、頻訊號會和底盤的接地平面結合，而且只有透過一個低阻抗、高品質的保護路徑來接地。此外，必須將底盤的接地平面和這個隔離區域分開。有時由於設計的需要，必須在I/O纜線的屏蔽接地（或編織隔離）至底盤接地之間使用旁路電容，以取代直接連接。屏蔽接地或洩漏線路（drainwire）是指在介面連接器上的一根獨立接腳或線路，和外部I/O纜線的內部洩漏線路與它的聚酯薄膜（mylarfoil）屏蔽相連接，聚酯薄膜屏蔽也位於該纜線內部。在任何情況下，都不能使用尾導線（pigtailwire）將BNC連接器的外層與底盤的接地面

8、或任何接地系統連接在一起。測量結果顯示，同樣在15至200MHz範圍內工作的兩個射頻訊號，一個在尾導線內傳輸，另一個在對BNC連接器外層做360度連接的纜線屏蔽內傳輸，它們之間會有40至50dB的誤差。這除了可以降低射頻輻射以外，同時也可以提高ESD的免疫能力，因為當發生ESD時，它的導線電感值比較小。對大多數應用而言，最好能將纜線屏蔽連接至BNC連接器外層，並且做360度的連接。這個連接器後蓋（backshell）最後和一個隔離壁（bulkhead）面