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PCB 中铺“地”要避免耦合【EMC学习】

PCB 中铺“地”要避免耦合【EMC学习】

【现象描述】

某产品采用框体背板结构,其他PCB 板插在背板上通过背板进行互连,正视面的底板安装背板PCB, 其他PCB板与背板垂直连接,产品结构安装示意图如图1所示。框体采用-48 V 直流供电。-48 V 电源信号通过背板传送到插在框体并与背板相连的各个PCB板中。其中, 主控制板是框体系统的总控制系统。

PCB 中铺“地”要避免耦合【EMC学习】 博主推荐 第1张

进行辐射发射测试时,发现在频点32. 76 MHz 处辐射较高,准峰值为 53.8 dBµV/m,超过 CLASSA 限值近 4 dB。

在定位过程中发现,主控制板不插在槽位的时候就消失,只要主控制板一插上,无论其他 PCB 板如何配置,该点的辐射均存在。定位过程中还发现,如在电源线上串磁环,则该点的辐射也将消失,这说明该点是通过电源线进行辐射的,而该频点源头来自于主控板,耦合途径可能在主控制板上,也有可能在背板上。

原因分析

为了确定辐射源的耦合途径,首先对框体的背板和主控制板的 PCB 进行详细的检查。

通过对背板及主控制板的 PCB 布线检查,发现干扰信号耦合到电源线的途径和原因有以下几种可能:

(1) 背板上主控制板槽位的时钟走线离框体供电电源- 48 V 地较近,同时与背板 DGND 的隔离距离为 50 mil,可能会耦合到电源线。

(2) 时钟线走线是采用两端匹配的方式,通过上拉电阻匹配到VTT电源层。

如果 VTT 滤波电容选择的不合理,则可能会将干扰传入VTT层,而VTT层与-48 V 电源层在主控制板上有较大面积的重合,-48 V 电源层很有可能被耦合到干扰。

经试验证明,32.768 MHz时钟的辐射是主控制板内通过 VTT 耦合到-48 V 电源层后, 再对主控制板进行审查,发现 VTT 电源层与-48 V、- 48 – GND 的电源平面有大面积的重合, 这样 VTT 中的时钟噪声通过容性耦合的方式耦合到-48 V、- 48 – GND 的线上,而与-48 V、- 48 – GND 直接相连的框体供电电源线成为了很好的发射天线。时钟噪声耦合到电源的原理图如图2所示。

PCB 中铺“地”要避免耦合【EMC学习】 博主推荐 第2张

处理措施

(1 ) 改变主控制板的电源层 VTT 的电源平面分布,避开-48 V电源平面,使得- 48V 电源平面所在的区域除-48 V电源及其地平面外无其他任何平面。

(2 ) 优化VTT电源去耦电容为 0.1µF 和0.022 µF。

【思考与启示】

(1) PCB 板的入口供电电源及其相关电路应与 PCB 板中其他的电路做好良好的隔离与去耦,使电源信号相对独立,以免PCB中的信号耦合到电源信号中。

(2 ) 对于隔离电源,既要做好电平线的隔离,也要做好“0 V” 线的隔离。

注:以上用例来自《EMC电磁兼容设计与测试案例分析》

 

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