如何解決EMC設計中的串擾問題

一、概述

串擾是通過近電場（電容耦合）和磁場（電感耦合）在相鄰導體之間耦合的噪聲。盡管任何相鄰導體都表現(xiàn)出串擾，但是當它出現(xiàn)在強干擾信號和敏感信號之間時，對信號完整性將造成很大的影響。

串擾的再定義：

攻擊者=高振幅+高頻+短上升時間

受害者=低振幅+高阻抗 

某些信號由于其性質(zhì)或在電路中的功能而對串擾特別敏感，這些信號是潛在的串擾受害者 ，如：

• 模擬信號：與數(shù)字信號相比，它們對噪聲更敏感，尤其是在振幅較低的情況下。

• 高阻抗控制信號：使能，復位，振蕩器和反饋信號是控制類信號。如果此類信號是由低阻抗源產(chǎn)生的，則它們很容易受到電容串擾的干擾。

另一類信號很容易在受害者身上引起噪聲，并被認為是串擾的潛在攻擊者 。為了識別潛在的攻擊者，請記住串擾是由PCB走線之間的耦合電容和電感引起的。基于這些考慮，電路中的潛在攻擊者是：

• 高振幅信號 （電壓或電流）

• 快速信號 （上升時間短或者高頻）

小化串擾的基本規(guī)則：使攻擊者和受害者盡可能遠離。

具體規(guī)則如下：

二、帶狀線布置

通過為每個層分配單個方向并交替相鄰層的方向，可以大大減少電容耦合和電感耦合。該技術稱為“正交布線”，如圖1所示。

圖1 正交布線

當不能應用正交布線或?qū)τ跊]有被參考平面分隔的具有相同布線方向的層時，也可以通過交錯信號跡線來減少串擾，如圖2所示。

圖2 交錯布線

如果無法在不同層上布置攻擊者和受害者，則應強制按照并行走線要求進行布線。平行走線之間的串擾噪聲量取決于平行走線的長度和它們之間的間隙。間隙越小，對于相同的串擾量，允許并行走線的長度越短。串擾不僅取決于并行度，而且還取決于信號和PCB特性。

關于并行布線的經(jīng)驗法則稱為“ 3W規(guī)則 ”，意思是為了避免在同一層布線的平行走線之間發(fā)生串擾，走線中心之間的小間距應保持3W，圖3說明了3W規(guī)則。

圖3  3W規(guī)則

雖然通過應用3W規(guī)則確實可以減少串擾，但實際的3W值會導致電路板面積增大，可能很昂貴。因此通常在前邊規(guī)則無法滿足要求的情況下才使用3W規(guī)則。

減少在同一層上布線的平行走線之間串擾的另一種措施是使用兩端都接地的走線（稱為保護走線）將它們分開。圖4中必須將保護走線的所有末端都接地，否則它將像天線一樣把干擾帶出去。

圖4 地防護

對防護技術的實驗研究表明，通過簡單地將受害者與攻擊者分開，即使不存在防護走線，也可以實現(xiàn)相同的串擾降低（這等效于4W并行度規(guī)則）。但是，保護走線也會對周圍環(huán)境的電磁干擾產(chǎn)生有益的影響，因此，仍然建議保留地線來減少強干擾信號和敏感信號的串擾。

保護走線會影響信號走線的特征阻抗和傳輸時間，如果將其應用于高速信號線需考慮信號完整性！