淺談PCB設計產(chǎn)生EMI的問題

眾所周知合理的層疊結構和連續(xù)的參考平面能夠很有效的抑制EMI問題，但有時候設計就涉及到模擬數(shù)字信號隔離的問題。

圖1

圖1是一個電源轉換芯片，一邊為數(shù)字信號，一邊為模擬信號，數(shù)字信號模擬信號隔開有助減小數(shù)字信號和模擬信號之間的相互干擾。但中間分隔區(qū)域導致了參考平面的不連續(xù)，從而產(chǎn)生EMI的問題。

有經(jīng)驗的設計人員遇到這種情況可能在模擬低和數(shù)字地之間加入縫補電容（Stitching Capacitance）或者磁珠，通常這些情況下都使用陶瓷電容。然而加電容會帶來一些不利的因素：

1.電容為分立器件，電容會額外的增加pad和via，pad和via都會增加寄生電感。

2.安裝陶瓷電容由于容值較小，其有效的作用空間較小。電容需要安裝到適當?shù)奈恢谩?/p>

3.安裝電容起作用的頻率范圍一般低于200MHz。

PCB設計盡量讓電源平面和地平面緊耦合，讓鄰近的兩個面之間形成耦合平面電容。我們能不能有一個辦法即讓模擬地和數(shù)字地分開又讓分開平面上噪聲更好的耦合到地平面上去呢？方法如下圖所示：

圖2 圖3

圖2圖3為兩種平面耦合方式

將上下兩個平面在分割區(qū)域形成一個重疊的區(qū)域，重疊區(qū)域會形成一個耦合平板電容，這樣既可以把模擬和數(shù)字區(qū)域分開，又可讓模擬地和數(shù)字地通過耦合平板電容鏈接到一起。

通過上述平面形成電容有以下特點：

1.寄生電感小，另外電容均勻分散在平面重疊區(qū)域。

2.平面耦合電容起作用的頻率范圍更廣。

3.埋容平面與平面是電源平面還是地平面無關。

4.埋容結構最好位于板子的內(nèi)層。表層或者底層會減小平板耦合電容的效果。

圖2和圖3兩種方式各有優(yōu)點和缺點，圖2單位平面形成的電容較大，但如果整版都這樣分割，PCB板子的容易折斷，此方法適用于很小的區(qū)域分割；圖3的單位面積形成的電容較小，但形成的PCB比較牢固。使用于板子空間較大。

圖4 分割區(qū)域形成平面耦合電容

Remark：平面耦合電容的計算，以圖4為例：

圖4可以看做是左右兩個深黃色下的耦合電容串聯(lián)的結果。

C=（c1*c2）/（c1+c2），其中c1 c2 分別為左右兩個耦合電容，假設左右耦合電容相等則有C1=c2=（ε*s）/d，其中ε=ε_0*ε_r，ε_0為真空介電常數(shù)8.854*1e-12F/m， ε_r為相對介電常數(shù)，比如FR4為4.5；S為相互重疊的面積，比如圖4中深黃色區(qū)域，d為相互重疊區(qū)域距離。

Edadoc公司有款設計用到此方案，設計中重疊區(qū)域的長4300mil，寬250mil，帶入公式中：

C=（4.5*（8.854*e-12）*4300*0.0254*（10e-3）*250*0.0254*（10e-3））/（5.12*0.0254*（10*e-3））=212pf