PCB中帶狀線、電線、電纜間的串音和電磁耦合

     PCB中帶狀線、電線、電纜間的串音是印刷電路板線路中存在的最難克服的問(wèn)題之一。

     這里所說(shuō)的串音是較廣意義上的串音，不管是有用信號(hào)還是噪聲，串音均用導(dǎo)線的互容和互感來(lái)表示。當(dāng)在EMC預(yù)測(cè)和解決EMI問(wèn)題時(shí)，首先應(yīng)確定發(fā)射源的耦合途徑是傳導(dǎo)的、輻射的還是串音的。例如，當(dāng)PCB上某帶狀線上載入控制和邏輯電平時(shí)，與其靠近的第二條帶線上載有低電平信號(hào)；當(dāng)平行布線長(zhǎng)度超過(guò)１０cm時(shí)，就預(yù)期會(huì)產(chǎn)生串音干擾。當(dāng)一長(zhǎng)電纜載入幾組串行或并行高速數(shù)據(jù)和遙控線時(shí)，串音干擾也成為主要問(wèn)題。靠近的電線和電纜之間的串音是由電場(chǎng)通過(guò)互容、磁場(chǎng)通過(guò)互感引起的。

     當(dāng)考慮在PCB帶狀線、電纜中的導(dǎo)體或靠近的電線和電纜的串音問(wèn)題時(shí)，最主要的是確定電場(chǎng)（互容）磁場(chǎng)（互感）耦合中哪個(gè)是主要的。確定哪種耦合模型主要取決于線路阻抗、頻率和其他因素。對(duì)線路阻抗，一個(gè)粗略的原則是：當(dāng)源和接收器阻抗的乘積小于３００２時(shí)，耦合的主要是磁場(chǎng)；當(dāng)源和接收器阻抗的乘積大于１０００２時(shí)，耦合的主要是電場(chǎng)；當(dāng)源和接收器阻抗的乘積在３００２～１０００２之間時(shí)，則磁場(chǎng)或電場(chǎng)都可能成為主要耦合，這時(shí)取決于線路間的配置和頻率。

     上述標(biāo)準(zhǔn)并不適用于所有的情況。例如，在地（底）板上PCB帶狀線之間的串音，這時(shí)PCB上帶狀線特性阻抗可能較低，而負(fù)載和源阻抗可能較高，但串音仍以電場(chǎng)（互容）耦合為主。一般來(lái)說(shuō)，在高頻時(shí)電容耦合是主要的，但如果源或接收器中之一或兩者采用屏蔽電纜并在屏蔽層兩端接地，則磁場(chǎng)耦合將是主要的。另外，低頻一般有較低的電路阻抗，則電感耦合是主要的。

     串音預(yù)測(cè)計(jì)算程序是計(jì)算機(jī)輔助PCB設(shè)計(jì)軟件中的重要內(nèi)容，通過(guò)串音預(yù)測(cè)，可以保證PCB上數(shù)字和模擬信號(hào)適當(dāng)?shù)拈g距。由 Quantic實(shí)驗(yàn)室編制的程序 Green lelf２TM和 Eesof編制的 U Wave Spick程序可預(yù)測(cè)串音、延時(shí)和振蕩。該程序可確定幾層PCB布置的電壓和脈沖上升時(shí)間表格。

     PCB電磁輻射分兩種基本類型：差模輻射與共模輻射。差模輻射的特點(diǎn)取決于閉合環(huán)路中電流特性；共模輻射由對(duì)地的干擾（噪聲）電壓引起。目前的文獻(xiàn)中對(duì)共模輻射討論得較少但實(shí)際PCB或電路并非都是由單根或回路軌跡組成，而且即使是并行電路軌跡的電流也并非相等，所以在分析輻射問(wèn)題時(shí)，只考慮差模電流的作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，必須考慮軌跡中所有電流作用。同時(shí)因?yàn)椴钅ｋ娏鞯妮椛涫窍鄿p的，而共模電流的輻射則是相加的，所以共模電流即使比差模的電流小很多，也會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)程度的輻射電場(chǎng)。

     電磁輻射主要表現(xiàn)在對(duì)周圍的電子系統(tǒng)構(gòu)成窄帶與寬帶干擾；另一方面造成潛在的信息泄漏問(wèn)題。影響PCB電磁輻射的因素主要是PCB的結(jié)構(gòu)的激勵(lì)因素，PCB的結(jié)構(gòu)不同，其輻射效果也不同，傳輸帶的長(zhǎng)度、回路面積、地線走向、整體布局等都會(huì)影響到輻射效果。除結(jié)構(gòu)原因外，還有激勵(lì)因素，比如幅值、周期、脈沖寬度、上升與下降時(shí)間、頻率等也都是影響輻射效果及頻率特性的重要因素。顯然PCB的布局設(shè)計(jì)將直接關(guān)系到整機(jī)電磁輻射的強(qiáng)弱。在確定的激勵(lì)狀態(tài)下，整機(jī)系統(tǒng)輻射水平的抑制和降低，必須從PCB的輻射分析及布局的優(yōu)化設(shè)計(jì)著手。

     目前有不少文獻(xiàn)對(duì)PCB的輻射問(wèn)題進(jìn)行討論，提出PCB輻射的簡(jiǎn)化計(jì)算方法和測(cè)試手段。然而，由于結(jié)構(gòu)參數(shù)與激勵(lì)參數(shù)的差異，PCB的輻射問(wèn)題不可能像其他電路那樣用一種模型就可以分析解決。比如，電偶極子和磁偶極子的輻射模型只有在電路線路長(zhǎng)度小于波長(zhǎng)和測(cè)試點(diǎn)距離的情況下才能適用。另外，對(duì)一塊PCB來(lái)說(shuō)，眾多的線路和回路是潛在的輻射源。所以PCB的整體輻射效果應(yīng)是各輻射單元輻射效果的疊加，總體輻射作用的大小主主要與頻率、輻射源長(zhǎng)度或面積、激勵(lì)強(qiáng)度、方位等因素有關(guān)。此外，布線結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)對(duì)降低PCB輻射也具有關(guān)鍵的作用。

     消除輻射干擾最有效的方法是采取屏蔽，屏蔽噪聲源或屏蔽敏感電路。除屏蔽方法外，還可以通過(guò)改變電路設(shè)計(jì)來(lái)提高系統(tǒng)的抗干擾能力。

     為了抑制PCB電磁輻射，除了采用相應(yīng)的技術(shù)措施外，C1SPR、 CENELEC、FCC和VDE等國(guó)際組織先后頒布了有關(guān)數(shù)字電子設(shè)備電磁輻射的約束規(guī)范。目前輻射標(biāo)準(zhǔn)覆蓋的頻率為30MHz～1GHz，在不久的將來(lái)會(huì)擴(kuò)展到5～40GHz。