EMI/EMC设计讲座(四)印刷电路板的映像平面
发布时间:2008/6/3 0:00:00 访问次数:380
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 path)就是一种映像平面。映像平面可能是原先的走线的镜像(mirror image),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(free space)。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(多层
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。
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。
图一:自身的部份电感
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
图三:两导线之间的共同的部份电感
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 path)就是一种映像平面。映像平面可能是原先的走线的镜像(mirror image),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(free space)。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(多层
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。
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。
图一:自身的部份电感
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
图三:两导线之间的共同的部份电感
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