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指纹模块软板厂的这些PCB设计知道了，EMC控制也就知道了

文章来源：作者：何琴查看手机网址

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人气：1600发布日期：2021-06-28 06:20【大中小】

时钟速度的提升加上高频率总线以及更高的接口数据速率使得PC电路板设计的挑战性显著提高。工程师必须超越板上实际逻辑的设计，还要考虑其它可能影响电路的因素，包括指纹模块软板厂的电路板的尺寸、环境噪声、功耗和电磁兼容性（EMC）等。

硬件工程师应在PC电路板设计阶段解决EMC问题，确保系统不会受到EMC故障的影响。

良好的接地设计

低电感接地系统是最大限度减少EMC问题的最重要因素。最大限度地增加PC电路板上的接地面积可降低系统接地电感，进而减少电磁辐射和串扰。

串扰可存在于电路板上的任何两条布线之间，取决于互电感和互电容，与布线之间的距离、边缘速率和布线阻抗成正比。

在数字系统中，互电感产生的串扰通常大于互电容产生的串扰。通过增加布线之间的间距或减少到接地层的距离可降低互电感。

信号连接到地的方法各种各样。组件随机连接到接地点的指纹模块软板厂的电路板设计会生成高接地电感，并引发不可避免的EMC问题。我们建议采用全铺地层，这能在电流返回源极时最大限度地减小阻抗，不过接地层还需要专用的PC电路板层，这对于双层电路板而言或许是不现实的。

因此，我们建议设计人员采用接地栅格，如图1a所示。在此情况下，接地的电感取决于栅格之间的间距。

此外，信号返回系统接地的方式也很重要。信号路径如果较长，就会产生接地回路，进而形成天线并辐射能量。因此，所有将电流带回源极的布线都应选择最短路径，而且应直接到接地层。

连接所有不同接地并将它们连接到接地层的做法并不可取，这不但会增加电流回路的大小，而且会增加接地反弹的可能性。图1b提出了将组件连接到接地层的推荐方法。

减少EMC相关的问题还有一个好方法，就是让接地与电路板的完整边缘拼接在一起，形成法拉第笼，从而不会把任何信号路由到界限之外（图1c）。这种方法能把指纹模块软板厂的电路板的辐射限制在界限以内区域，避免外部辐射干扰电路板上的信号。

从EMC的角度来看，各层的适当安排也很重要。如果使用的层数超过两层，那么要用一个完整的层作为接地层。如果采用四层电路板，那么接地层下面的一层应作为电源层。

必须注意接地层的位置应在高频信号布线和电源层之间。如果使用双层电路板，完整的接地层不可能实现，那么可采用接地栅格。如果不使用单独的电源层，那么接地布线应与电源布线平行，以确保电源清洁。

布局指南

为了让设计免受EMC的影响，电路板上的组件必须根据功能进行分类（模拟、数字、电源部分、低速电路、高速电路等）。每类的布线应在指定区域内，在子系统的边界处应使用滤波器。

应对数字电路问题时，必须特别注意时钟和其它高速信号。连接这种信号的布线应尽可能短，而且应与接地层相邻，从而保持辐射和串扰可以得到控制。

对于这种信号而言，工程师必须避免在电路板边缘或附近连接器处使用过孔或布线。此外，信号还必须远离电源层，因为这会引起电源层噪声。传输差分信号的布线应尽量靠近彼此，从而可最有效地发挥磁场消除功能。

从源极向器件传输时钟信号的布线应有匹配终端，只要阻抗不匹配，就会出现信号反射问题。如果不注意处理反射信号问题，大量能量就会辐射出去。不同形式的有效终端包括源点、端点和AC终端等。

对于面向振荡器的布线而言，除接地外的其它布线不应与振荡器或其布线平行或在其下方运行。此外，晶体也应靠近所需的芯片。

由于返回电流总沿着最低电抗的路径走，因此传输电流的接地布线应靠近传输相关信号的布线，从而保持电流回路尽可能的短。

传输模拟信号的布线应与高速或开关信号分开，而且必须用接地信号进行保护。必须始终采用低通滤波器来去除周边模拟布线耦合的高频噪声。

此外，模拟和数字子系统的接地层不能共享。

屏蔽

电源上的任何噪声都可能影响工作中的器件功能。通常来说，耦合在电源上的噪声频率高，因此需要旁路电容或去耦电容进行滤波。

去耦电容为电源层到接地的高频电流提供低阻抗路径。电流流经路径至接地，这个路径形成了接地回路。该路径应保持尽可能低的电平，为此可让去耦电容尽可能地靠近IC。

大型接地回路增加了辐射，可能是EMC故障的潜在来源。频率越高，理想电容的电抗越趋近于零，市场上也不存在所谓真正理想的电容。

铅和IC封装也会增加电感。具有低等效串行电感的多个电容可用来提高去耦效果。

许多EMC相关的问题都是由传输数字信号的电缆造成的，这些电缆实际发挥着高效天线的作用。理想情况下，进入电缆的电流会在另一端流出，但实际上寄生电容和电感会造成辐射问题。

采用双绞线电缆有助于最大限度地减小耦合问题，可消除任何感应磁场。如果使用带状电缆，就必须提供多个接地返回路径。对于高频信号而言，必须使用屏蔽电缆，而且接地屏蔽要连接在电缆的头尾处。

屏蔽就是一种封闭导电容器的形式，通过减弱辐射波的E场和H场来降低EMI。可连接于接地，能通过吸收和反射部分辐射有效减小回路天线的尺寸。这样，屏蔽也能作为两区之间的分割，减弱一区向另一区的能量辐射。

最后，屏蔽不是电气解决方案，而是一种降低EMC的机械方法。金属封装（导电和/或磁性材料）可用来避免系统发出EMI。我们可用屏蔽覆盖整个系统或部分系统，具体取决于相关要求。

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