在本文中，我將提供有關EMI分區(qū)的更多詳細信息。雖然分區(qū)的概念很簡單，但真正的電路板通常需要更多的思考。

當涉及混合信號設計時，分區(qū)尤其重要，例如模擬和數(shù)字或無線和數(shù)字的組合。我的許多客戶將無線(蜂窩、Wi-Fi、藍牙和 GPS)與數(shù)字處理和模擬(例如音頻放大器或視頻)結合在一起。對于小型移動或物聯(lián)網(wǎng)設備，充分劃分電路功能的重要性變得強制性，以消除數(shù)字開關電流對敏感接收器的干擾。

對于使用 700 MHz 至 900 MHz 范圍內的美國 LTE 頻段以及一直到 GPS 的蜂窩無線產品來說，這是一個大問題。來自數(shù)字處理器、存儲器和開關模式電源 (SMPS) 電路的 EMI 會產生超出商業(yè) GPS 頻率 (1,575.42 MHz) 的諧波能量。今天的 SMPS IC 尤其令人討厭，因為它們的邊沿速度非常快，不到 1 ns 和高開關頻率(通常為 1 MHz 至 3 MHz)。

高級分區(qū)

我提供了分區(qū)概念，通過將所有電路功能分開，我們可以避免噪聲信號污染安靜信號。概念簡單，但對于真正的電路板通常很難實現(xiàn)!

這個概念圖的問題在于，對于真正的電路板設計，我們需要考慮許多其他問題。例如，時鐘的布線。我們可能不想在整個板上運行以太網(wǎng)和 USB 時鐘。因此，一個重要方面是將這些功能定位在最靠近其關聯(lián)連接器的位置。

此外，將 SMPS 電路放置在更靠近其供電設備的位置可能更有意義。但是，確保所有 SMPS 電路在同一層上運行并且必須有一個相鄰的返回平面是至關重要的。我仍然會避免將 SMPS 電路放置在離無線模塊或電路太近的地方——尤其是天線。

功率分布均由藍線表示。實際上，實際電路板上的配電可能是電源平面(典型值為 3.3 V)和電源多邊形的組合，或者為其他所需的電源軌布線更寬的走線。這種配電還應該有一個相鄰的返回平面，它可以捕獲由于“接地反彈”開關電流引起的瞬態(tài)場。

使用趨膚深度

另一種劃分方法是使用同一返回平面的相對側將數(shù)字電路與射頻或模擬電路分開。我們可以這樣做，因為在這些高頻下的集膚效應會導致數(shù)字電流和射頻電流僅沿著返回平面的表面?zhèn)鞑ィ⑶以搶幼銐虮?，以至于返回電流不會混合。這就像在這些高頻下有兩個單獨的平面靠近但不接觸。

例如，在 10 MHz 時，銅的趨膚深度為 0.8 mil，在 100 MHz 時為 0.26 mil(注 1)。大多數(shù)信號電流將處于該第一趨膚深度。一盎司銅平面為 1.4 密耳，因此您可以看到在平面每一側流動的返回信號電流不太可能在中間合并在一起;從而創(chuàng)建了一個理論上的“雙層”銅導電平面。

這是一個使用此概念的堆疊想法，我已經(jīng)看到移動設備制造商成功地使用了它。如果我們在電路板的頂部填充所有射頻/無線組件，在底部填充數(shù)字、電源轉換和控制(同時小心為所有從頂部到底部轉換的信號添加返回路徑)，理論上，場來自一個平面頂部的能量不會污染另一個平面的電流。

請注意，我們將主電源分配(通常為 3.3 V)保持在堆疊的中心。非常復雜的電路可能需要額外的層，具體取決于電路功能的數(shù)量。最近的一個例子是具有蜂窩、Wi-Fi、藍牙、數(shù)字視頻和音頻的移動視頻平臺，它使用 10 層堆疊來分離功能塊。當然，有很多方法可以實現(xiàn)這一目標。以圖 4 為例。

分割平面

我經(jīng)常被問到我對分割模擬和數(shù)字平面的看法，以將數(shù)字噪聲電流與敏感的模擬信號隔離開來。許多 A/D 和 D/A 制造商在其應用筆記中建議使用這種技術，甚至提供 PC 板布局方向。

這仍然是一個持續(xù)的辯論，我的觀點是，有一些條件可以保證這種技術。對于大多數(shù)設計，如果正確使用分區(qū)，它將固有地在嘈雜和敏感的電路功能之間提供隔離，即使對于 A/D 和 D/A 應用也是如此。對于后一種情況，讓模擬跡線遠離數(shù)字跡線很重要。顯然，我們不想在間隙中運行任何類型的痕跡。

分離平面時的真正問題是兩者之間總會存在一些高頻電壓差，如果連接 I/O 電纜的平面接近半波長的很大一部分，則可以將其建模為偶極天線，并且導致輻射發(fā)射和各種抗擾度問題。

少數(shù)例外之一(還有其他一些例外，例如遠程傳感器)是需要對線路操作的醫(yī)療設備進行患者隔離。顯示了一個典型的接地圖，其中模擬探頭處理以模擬回路為參考，數(shù)字處理電路以數(shù)字回路為參考，電源以大地為參考。理想情況下，數(shù)字和電源返回將在電源連接器處連接在一起。該隔離設備可以是專用的隔離耦合器 IC、光耦合器或其他幾個類似設備。

在實踐中，為復雜電路設計真正的 PC 板并不適合膽小的人。在電路的劃分、堆疊決策以及電源和高頻信號的路由之間總是需要權衡取舍。但是，如果遵循基本設計規(guī)則;那是：

· 為信號和配電層保留相鄰的返回平面

· 確保在通過層轉換時存在返回路徑

· 盡可能劃分不同的電路功能

然后，您將有更大的機會使噪聲信號遠離安靜信號，并且大大降低了輻射發(fā)射、輻射抗擾度、ESD 和 EFT 合規(guī)性的風險。

最重要的是，高頻數(shù)字信號在電介質空間內傳播，而不是通過銅。一旦您意識到這一點，您就可以避免嘈雜的數(shù)字信號與低電平模擬或射頻信號共享相同的介電空間的問題，并且“第一次做對”的機會就會大得多!