試驗示范

 

圖一  印制電路板配置

 

實驗演示包括印刷電路板上的兩種配置：共面帶狀線和微帶線（圖一）。兩條線的長度L= 100毫米。共面帶狀線：Ws（信號線寬） = Wg（地線寬） =0.5毫米。兩條走線之間的距離d = 0.5 mm。微帶線：Ws （信號線寬）= 0.5mm。微帶線下方的接地平面寬度為Wg= 26 mm。介質高度為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  共面帶狀線和微帶線的測試樣板

 

圖三為實際測試布置。測試板上兩線路一端接SMA 50Ω負載。線路另一端的用1m長的編織同軸電纜線連接到Rigol DSA815頻譜分析儀的信號輸出口。信號輸出口產生在30-100MHz的頻率范圍內100dbuv（100mv）的信號。兩線路中差模電流Idm=100mV/50Ω=2mA。使用電流探頭檢測同軸線纜上的共模電流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和微帶線上的共模能量。

 

圖三  共面帶狀線和微帶線共模電流測試布置  

 

現在讓我們來看看高頻信號電流的環路面積。對于共面帶狀線，信號電流環路面積近似L×d = 100 mm×0.5 mm = 50 mm2。微帶線的信號回路面積是L×h = 100mm×1.5mm =150 mm2。在我們的實驗演示中，微帶線比共面帶狀線的電流環路面積大3倍。在高頻（> MHz），信號回流會走路最低阻抗徑，也是最小電感的路徑，通常這條路徑也是最小環路面積的路徑。電流會盡可能靠近輸出電流的路徑返回。在微帶線的情況下，大部分返回電流直接在信號線下方的地平面回流。

 

測試結果和討論

 

測量結果如圖四。共面帶狀線比微帶線回流環路面積小三倍的情況下，在30mhz-300mhz的頻率范圍內，共面帶狀線比微帶線共模能量還要高，最多高20db。

 

圖四  測試結果

 

我們知道地線上共模電壓的多少取決于地線的分布電感：Vcm = Idm×2π×f×Lg?？捎萌缦鹿浇频挠嬎愕鼐€的分布電感：

 

 

地線分布電感Lg（H）與h（m）成比例，并與Wg（m）成反比。

 

微帶線配置參數為（h=1.5mm，Wg=26mm），通過公式計算的： 微帶線的地線分布電感約為：Lg= 36nH / m。共面帶狀線配置（d = 0.5 mm，Wg = 0.5 mm），地線分布電感約為：Lg = 300nH / m，共面帶狀線的地線分布電感將近是微帶線的10倍。

 

總結

 

從實驗中我們了解到，雖然微帶線的差模電流回路面積是共面帶狀線的3倍，但微帶線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的分布電感。微帶線的接地平面具有比共面帶狀線接地走線低得多的分布電感，這樣導致微帶線地線上的電壓會更低，因此共模能量也會更小。

 

我們可以得出結論， EMC設計中的一個重點是：

 

盡量最小化地線（信號回流）的分布電感。

 

在印刷電路板上如何實現？

 

1.縮短接地回路引線長度。

2.信號線靠近接地平面。

3.增大接地線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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