【導讀】我們都知道信號線(xiàn)與回路的環(huán)路面積對電路EMC特性影響很大，理論上環(huán)路面積越大，信號的天線(xiàn)效應越明顯，EMC特性也越差。其實(shí)除了環(huán)路面積，電路設計中另一指標對EMC特性的影響還更大。下面通過(guò)實(shí)驗演示給大家介紹。
試驗示范
圖一 印制電路板配置
實(shí)驗演示包括印刷電路板上的兩種配置：共面帶狀線(xiàn)和微帶線(xiàn)（圖一）。兩條線(xiàn)的長(cháng)度L= 100毫米。共面帶狀線(xiàn)：Ws（信號線(xiàn)寬） = Wg（地線(xiàn)寬） =0.5毫米。兩條走線(xiàn)之間的距離d = 0.5 mm。微帶線(xiàn)：Ws （信號線(xiàn)寬）= 0.5mm。微帶線(xiàn)下方的接地平面寬度為Wg= 26 mm。介質(zhì)高度為h = 1.5mm。銅厚度為35微米，FR4板材料的相對介電常數為εr = 4.7。圖二為演示demo板：
圖二 共面帶狀線(xiàn)和微帶線(xiàn)的測試樣板
圖三為實(shí)際測試布置。測試板上兩線(xiàn)路一端接SMA 50Ω負載。線(xiàn)路另一端的用1m長(cháng)的編織同軸電纜線(xiàn)連接到Rigol DSA815頻譜分析儀的信號輸出口。信號輸出口產(chǎn)生在30-100MHz的頻率范圍內100dbuv（100mv）的信號。兩線(xiàn)路中差模電流Idm=100mV/50Ω=2mA。使用電流探頭檢測同軸線(xiàn)纜上的共模電流Icm。電流探頭連接到頻譜分析儀的輸入端，頻譜分析儀設置最大保持記錄共面帶狀線(xiàn)和微帶線(xiàn)上的共模能量。
圖三 共面帶狀線(xiàn)和微帶線(xiàn)共模電流測試布置
現在讓我們來(lái)看看高頻信號電流的環(huán)路面積。對于共面帶狀線(xiàn)，信號電流環(huán)路面積近似L×d = 100 mm×0.5 mm = 50 mm2。微帶線(xiàn)的信號回路面積是L×h = 100mm×1.5mm =150 mm2。在我們的實(shí)驗演示中，微帶線(xiàn)比共面帶狀線(xiàn)的電流環(huán)路面積大3倍。在高頻（> MHz），信號回流會(huì )走路最低阻抗徑，也是最小電感的路徑，通常這條路徑也是最小環(huán)路面積的路徑。電流會(huì )盡可能靠近輸出電流的路徑返回。在微帶線(xiàn)的情況下，大部分返回電流直接在信號線(xiàn)下方的地平面回流。
測試結果和討論
測量結果如圖四。共面帶狀線(xiàn)比微帶線(xiàn)回流環(huán)路面積小三倍的情況下，在30mhz-300mhz的頻率范圍內，共面帶狀線(xiàn)比微帶線(xiàn)共模能量還要高，最多高20db。
圖四 測試結果
我們知道地線(xiàn)上共模電壓的多少取決于地線(xiàn)的分布電感：Vcm = Idm×2π×f×Lg?？捎萌缦鹿浇频挠嬎愕鼐€(xiàn)的分布電感：
地線(xiàn)分布電感Lg（H）與h（m）成比例，并與Wg（m）成反比。
微帶線(xiàn)配置參數為（h=1.5mm，Wg=26mm），通過(guò)公式計算的： 微帶線(xiàn)的地線(xiàn)分布電感約為：Lg= 36nH / m。共面帶狀線(xiàn)配置（d = 0.5 mm，Wg = 0.5 mm），地線(xiàn)分布電感約為：Lg = 300nH / m，共面帶狀線(xiàn)的地線(xiàn)分布電感將近是微帶線(xiàn)的10倍。
總結
從實(shí)驗中我們了解到，雖然微帶線(xiàn)的差模電流回路面積是共面帶狀線(xiàn)的3倍，但微帶線(xiàn)的共模能量在頻率范圍內卻要低得多（20 dB）。造成這樣結果的主要原因是地線(xiàn)的分布電感。微帶線(xiàn)的接地平面具有比共面帶狀線(xiàn)接地走線(xiàn)低得多的分布電感，這樣導致微帶線(xiàn)地線(xiàn)上的電壓會(huì )更低，因此共模能量也會(huì )更小。
我們可以得出結論， EMC設計中的一個(gè)重點(diǎn)是：
盡量最小化地線(xiàn)（信號回流）的分布電感。
在印刷電路板上如何實(shí)現？
1.縮短接地回路引線(xiàn)長(cháng)度。
2.信號線(xiàn)靠近接地平面。
3.增大接地線(xiàn)的寬度或直接使用接地平面。
參考文獻： Marcel van Doorn《What is the Most Important EMC Design Guideline?》
本文轉載自韜略科技。
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