高频PCB设计中的干扰分析与对策。

随着PCB板设计的发展，以及频率的快速增加，除了低频PCB板的设计之外，许多干扰之间的不一致，频率的增加，PCB板的小型化和成本降低变得更加明显。

这些干扰变得越来越复杂。当前的研究得出结论，干扰主要有四种类型：电压噪声，传输线干扰，耦合和电磁干扰。在本文中，我们分析了高频电路板的各种干扰问题，并结合实践提出了有效的解决方案。

在电源噪声的高频电路中，电源噪声对于高频信号特别重要。因此，首先要求电源具有低噪声。在这里，清洁地面和清洁电力同样重要，为什么？显然，电源具有一定的阻抗，并且阻抗分布在整个电源上，因此噪声也叠加在电源上。

然后，我们应尽可能降低电源的阻抗，因此最好拥有专有的电源层和接地层。在高频电路设计中，电源是分层设计的，在大多数情况下，这比总线形式要好得多，因此环路始终可以以最小的阻抗跟随路径。

此外，电源板必须为PCB上所有生成和接收的信号提供一个信号环路，从而最大程度地减少了信号环路并降低了噪声，而这通常是低频电路设计人员所忽略的。

电源特性

在PCB设计中有几种消除电源噪声的方法。

注意板上的通孔：该通孔必须蚀刻电源层上的开口，以留出空间供通孔通过。如果电源层太大，将影响信号环路，信号将被迫旁路，环路面积将增加，噪声也会增加。同时，如果一些信号线集中在开口附近，共享该环路，则公共阻抗将引起串扰。

电缆需要足够的接地：每个信号都需要其自己专有的信号环路，并且信号和环路的环路面积应尽可能小，即信号与环路平行。

模拟和数字电源应分开放置：高频设备通常对数字噪声非常敏感，因此应将两者分开并在电源入口处连接在一起。如果信号同时经过模拟和数字交叉，则可能在信号交叉处。放置一个环以减小环面积。

将电源线放在信号线的侧面

传输线在PCB中只有两种传输线：带状线和微波线。传输线的最大问题是反射。反射会引起很多问题。例如，负载信号将是原始信号和回声信号的叠加，并且信号分析将增加。困难; 反射会引起回波损耗（回波损耗），其对信号的影响与加性噪声干扰的影响一样严重：

反射回信号源的信号会增加系统噪声，从而使接收机更难以噪声，并且信号被分离；任何反射信号都会从根本上降低信号质量，从而改变输入信号的形状。原则上，解决方案主要是阻抗匹配（例如，互连阻抗应与系统的阻抗匹配），但是有时阻抗的计算很麻烦。

消除传输线干扰的方法：不要使用桩线。因为任何桩线都是噪声源。如果桩线较短，则可以在传输线的末端终止。如果桩线较长，则以主传输线为源，会引起较大的反射，这使问题变得复杂，不建议使用。

耦合：

通用阻抗耦合：这是一个通用耦合通道。也就是说，干扰源和故障设备通常共享特定的导体（环路电压，总线，公共接地等）。场共模耦合在由噪声电路和共参考平面形成的环路中产生共模电压。

如果磁场为主导，则在串联回路中产生的共模电压值为Vcm =-（ΔB/Δt）*面积（其中ΔB=磁感应变化量）。如果是电磁场，则是已知的。它的电场值，它的感应电压：Vcm =（L * h * F * E）/ 48，该公式适用于L（m）= 150MHz或更低，超出此限制，可以计算出最大感应电压简化为：Vcm = 2 * h * E。

差模场耦合：意味着直接辐射被电路板及其电路上的线对或引线接收。如果尽可能靠近两条电线。这种耦合大大减少了，因此两条线可以绞在一起以减少干扰。

线对线耦合允许任何线等于并联电路之间的不希望耦合，这会严重损害系统性能。它的类型可以分为电容性串扰和电感性串扰。

前者是因为线路之间的寄生电容会导致噪声源上的噪声通过注入电流耦合到噪声接收线路。后者可以被认为是不需要的寄生变压器的初级和次级之间的信号耦合。

感应串扰的大小取决于两个环路的接近程度和环路面积的大小，以及受影响负载的阻抗。

电源线耦合：当交流或直流电源线受到电磁干扰时，电源线会将这些干扰传输到其他设备。有几种消除PCB设计中串扰的方法：两种串扰的大小都随负载阻抗的增加而增加，因此对由串扰引起的干扰敏感的信号线应正确传输。

尽可能增加信号线之间的距离可以有效减少电容串扰。执行接地层管理，并在布线之间进行间距（例如，将活动信号线和接地线隔离开，尤其是在状态跳变且接地距离进一步增大的信号线之间），并且将引线电感设为减少。

在相邻信号线之间插入接地线还可以有效地减少电容性串扰，电容性串扰需要每1/4个波长进入接地平面。

对于感应串扰，应将环路面积最小化，并尽可能消除环路面积。避免信号共享回路。专注于信号完整性：设计人员需要在焊接过程中实现端接，以解决信号完整性问题。

使用这种方法的设计人员可以专注于屏蔽铜箔的微带长度，以实现良好的信号完整性。对于在通信结构中使用密集连接器的系统，设计人员可以使用单个PCB端接。

电磁干扰随着速度的提高，EMI将变得越来越严重，并在许多方面表现出来（例如互连处的电磁干扰）。高速设备对此特别敏感，因此它将接收高速错误信号。低速设备会忽略此类错误信号。

有几种消除PCB设计中电磁干扰的方法：

减少环路：每个环路等效于一个天线，因此我们需要最小化环路的数量，环路的面积以及环路的天线效应。确保信号在任意两点只有一条环路，避免人为环路，并尽可能使用电源平面。

滤波：可以在电源线和信号线上使用滤波以降低EMI。有三种方法：去耦电容器，EMI滤波器和磁性元件。EMI滤波器如图所示。

由于问题的长度以及有关屏蔽问题的许多文章，我们将不具体描述尽可能减少高频设备的速度。增加PCB板的介电常数可以防止靠近板的传输线的高频部分向外辐射。

增加PCB板的厚度并最小化微带线的厚度可以防止电磁线的溢出并还可以防止辐射。

在讨论中，我们可以总结出，在高频PCB设计中，我们应遵循以下原则：电源和地的统一，稳定。仔细的布线和适当的端接可消除反射。仔细考虑布线和适当的端接可减少电容性和电感性串扰。为了满足EMC要求，需要抑制噪声。