多层布线的发展及其在电源电路电磁兼容设计中的应用

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1、多层布线的发展及其在电源电路电磁兼容设计中的应用

2、第1随着电子系统和设备数量的逐渐增多和性能的不断提高，电磁干扰将越来载严重。而电源电路作为任何电子设备所不可缺少的部分，其性能的好坏直接关系到了设备性能的优劣。对电源电路系统来讲，电磁干扰可分为辐射型和传导型。辐射型干扰表现为电场或磁场的形式，而传导型干扰总是以电压或电流的形式来表现。电源电路中功率器件的切换或电源电压的波动过程，可以在连线上产生很大的dv/dt和di/dt的信号。它可以耦合到其它连线上造成电磁干扰。因而元件的选择对于控制电磁干扰（EMI）至关重要

3、，而且电路板的布局和连线也具有同等重要的影响。2.1电源电路中电磁干扰的产生2.1.1元件选择不合理在电源电路中，高频开关器件、高频变压器、电感等的使用，为辐射型电磁干扰的产生带来了可能。2.1.2元器件布局不合理元器件布局的合理性直接关系到电源电路EMI水平的好坏。电源电路中功率器件的切换可以在连续上产生很大的干扰信号，它可以耦合到其它连线上造成干扰问题，布局时要进行特殊注意。2.1.3布线不合理电源电路中的走线，应该保护接地层不向电路的敏感部分耦合噪声，高频电流地于敏感电路会产生不可忽视的影响。研究表明，高频

4、开关电源电路中的EMI指标往往可以在不增加任何元器件的改变线路的条件睛通过修改布线设计而得到改善。2.2多层布线对抑制电磁干扰的作用这里从布线的角度，针对多层布线在抑制电磁干扰方面的作用加以分析。2.2.1布线中的一些规则高速信号线要短，信号线和信号回路线所形成的环路面积要最小。为避免信号之间的相互串扰，两条信号线切忌平行，而应采取垂直交*方式；或者拉开两线之间的距离；也可在两条平行的信号线之间增设一条地线。连线和电源线的走向尽量与数据传输方向垂直。地线的设计不应该断开，而应该设计成环路，这样可以避免地线上出现较

5、大的电位差而引起地电位波动，导致信号波形产生振荡、电路误动作。2.2.2多层布线在抑制电磁干扰中的作用上面给出了布线的一些规则。采用单面板、双面板设计电源电路时有些规则并不能得到很好地实现。多层布线的使用弥补了这些不足。高密度的电源电路板上，两个或更多导体靠得比较近时，它们之间存在容性耦合，一个导体上的大幅度电压变化会向其它导体耦合电流。一般可以通过增加它们之间的距离或在导体之间增加一条接地线来消除耦合，但应该保证接地层不向电路的敏感部分耦合噪声，否则会对敏感电路产生不可忽视的影响。采用多层布线方式，电源、地线和

6、信号分别占有独立的层面（如图1所示），这样由整个层面构成的电源线和接地线阻抗相当低。电路板的分布电容由各层之间的距离和介电系数来决定，约为10～1000pF/cm2。图1中的E层上下表面经过绝缘处理，既能预防线路板向外辐射噪声，又能防止线路板接受外来噪声；同时，电源线被密封在板内，几乎不接受任何外来噪声，而且内部几个供电面之间有很大的静电电容，形成阻抗极低的供电线路，极大地提高了抗噪性能。3PROTEL99SE简介及其在电源电路电磁兼容设计中的应用3.1PROTEL99SE简介PROTEL99SE作为一个优秀的板

7、级设计软件，是个功能强大的设计系统。它由以下几部分构成：设计浏览器、原理图捕获、电路仿真、PLD设计、PCB布局、PCB自动布线、信号完整性分析。设计浏览器为设计人员方便地进入设计并使用创建设计的各种工具提供了一个便捷界面。原理图捕获部分类似于传统的画图过程，通过计算机辅助设计自动绘图，便捷地修改图层。然而，PROTEL99SE中的原理图捕获功能块是许多技术设计的入口点，从电路设计到PLC（可编程逻辑器件）编程，再到电路仿真和PCB设计（布局、布线），都以原理图捕获为基础。电路仿真部分与原理图编程器紧密集成，可以

8、直接从原理图（原理图中的元器件采用仿真库模块）对模拟和数字信号设计进行混合仿真。PLD设计提供了基于原理图及CUPLTM硬件描述语言的可编程逻辑器件的设计手段。PCB布局和PCB自动布线完成印制电路板的布局与布线功能，执行设计规则，产生印制板加工文件及输出文件。信号完整性分析以印制电路板设计为基础，设定相应规则来测试网络阻抗和上冲、下冲、上升、下降等时间。同时，通过执行反射与串扰分析，能够确切地分析布线的性能并产生准确的结果波形。综合各部分所完成的功能可以看出。PROTEL99SE是一个功能强大的电路设计系统。3

9、.2PROTEL99SE在电源电路电磁兼容设计中的应用线路板设计阶段如果缺乏有效的手段分析电磁干扰，则产生可能通不过EMC标准而不能进入生产。传统的尝试性方法仍是国内设计人员普遍采用的方法，但各种各样的借助于计算机辅助设计的方法正应运而生。PROTEL99SE设计软件内部的自动布线软件包与SPICE仿真器件相结合实现了具有EMC设计的PCB计算机辅助设计。从上面布线规则可