簡易4模型,弄懂如何控制容性耦合串擾

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一 前言

在產品的EMC設計中,對PCB和物理結構的EMC評估,是非常重要的一環,往往還具有決定性作用。一個比較優秀的設計,應該可以較大程度地避免干擾電流流過產品內部電路,並將其導向大地。而容性耦合串擾在整個干擾路徑中起著決定性作用,而線間寄生電容在容性串擾中又起著關鍵作用。本文通過4個不同的模型,來看看不同環境下,對線間寄生電容的影響?以此為PCB設計帶來參考意義。

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二 模型介紹

1.相鄰層印製線平行佈線

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這種模型主要是分析兩條印製線形成的平板電容,其實在實際中,一般情況下的印製線寬是沒有PCB的厚度大的,更不太可能兩條走線有很大長度的平行佈局,所以可以看出光從頂層和底層來看,線間電容是很小的。 不過此模型可以做一些延伸:

  1. 將印製線看作平面時面積就較大了,這時模擬地和數字地;電源走線和數字地;電源走線和模擬地;多對數字信號和地,它們之間的寄生電容就會比較大。所以應該避免不希望產生耦合的平面之間的平行佈線。
  2. 多層板時,當PCB厚度一定時,層數越多,相鄰兩層的厚度就會很小,這時一般的印製線寬也會有比較大的電容,所以應避免相鄰層平行佈線。


2.沒有地平面的PCB中相鄰兩條印製線間電容

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此模型在實際中主要是在單面板中,其實可能也存在於多層板的相鄰層間,因為不可能每層都有相鄰的大面積參考層。由數據圖看出,起決定性作用的因素是線間距,與線寬關係不大。至於PCB厚度,由於這個基本是個定量,所以可以不用著重考慮。在PCB佈線時,不希望有串擾的兩個信號,避免靠近和平行走線。
3.帶一層地平面兩條PCB印製線間電容(微帶線)

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此模型在雙面板和多層板比較常見,相比沒有地平面的情況有兩點大不同:

  1. 在相同線距情況下,線寬開始起著很大的作用,線寬越寬,電容越大。
  2. 曲線變化非常陡峭,此時線距有著更大的影響。

其實增加地平面後,不僅僅降低了線間寄生電容,而且C2與C3(C2

<4.雙層地平面時線間寄生電容(帶狀線)

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此模型在實際中存在於多層板和帶屏蔽的多芯線纜,或者帶金屬屏蔽罩的佈線可以參考。由曲線可以看出,帶雙層地平面的情況下,對於線間寄生電容和串擾的控制具有更大的作用。對於一些需要高度隔離的信號線,應該採取此類措施。

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三 結語

以上四個模型在我們設計PCB時有著重要的參考意義,在實際中,無論是單層、雙層、多層板中,這四種模型都會存在,不會獨立存在。要將元器件、走線、線纜、平面都看成是其中的元素。我們無法完全避免耦合,卻可以通過設計減小耦合,以及思考這些模型對於干擾路徑分析的意義。


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