高频PCB设计中出现的干扰分析

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PCB板的设计中 ,随着频率的迅速提高 ,将出现与低频 PCB板设计所不同的诸多干扰 ,并且 ,随着频率的提高和 PCB板的小型化和低成本化之间的矛盾日益突出 ,这些干扰越来越多也越来越复杂。在实际的研究中 ,我们归纳起来 ,主要有四方面的干扰存在,主要有电源噪声、传输线干扰、耦合、电磁干扰（EMI）四个方面。通过分析高频PCB的各种干扰问题，结合工作中实践，提出了有效的解决方案。

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1、电源噪声

高频电路中，电源所带有的噪声对高频信号影响尤为明显。因此，首先要求电源是低噪声的。在这里，干净的地和干净的电源同样重要，为什么呢？电源特性如图1所示。很明显，电源是具有一定阻抗的，并且阻抗是分布在整个电源上的，因此，噪声也会叠加在电源上。那么我们就应该尽可能地减小电源的阻抗，所以最好要有专有的电源层和接地层。在高频电路设计中，电源以层的形式设计，在大多数情况下都比以总线的形式设计要好得多，这样回路总可以沿着阻抗最小的路径走。此外电源板还得为PCB上所有产生和接受的信号提供一个信号回路，这样可以最小化信号回路，从而减小噪声，这点常常为低频电路设计人员所忽视。


PCB设计中消除电源噪声的方法有如下几种。

(1)注意板上通孔:通孔使得电源层上需要刻蚀开口以留出空间给通孔通过。而如果电源层开口过大，势必影响信号回路，信号被迫绕开，回路面积增大，噪声加大。同时如果一些信号线都集中在开口附近，共用这一段回路，公共阻抗将引发串扰。如图2所示。

(2)连接线需要足够多的地线:每一信号需要有自己的专有的信号回路,而且信号和回路的环路面积尽可能小,也就是说信号与回路要并行。

(3)模拟与数字电源的电源要分开:高频器件一般对数字噪音非常敏感，所以两者要分开，在电源的入口处接在一起，若信号要跨越模拟和数字两部分的话，可以在信号跨越处放置一条回路以减小环路面积。

(4)避免分开的电源在不同层间重叠:否则电路噪声很容易通过寄生电容耦合过去。

(5)隔离敏感元件:如PLL。

(6)放置电源线:为减小信号回路,通过放置电源线在信号线边上来实现减小噪声,如图4所示。

2、传输线

在PCB中只可能出现两种传输线：带状线和微波线，传输线最大的问题就是反射，反射会引发出很多问题，例如负载信号将是原信号与回波信号的叠加，增加信号分析的难度；反射会引起回波损耗（回损），其对信号产生的影响与加性噪声干扰产生的影响同样严重：

(1)信号反射回信号源会增加系统噪声,使接收机更加难以将噪声和信号区分开来；

(2)任何反射信号基本上都会使信号质量降低,都会使输入信号形状上发生变化。大原则上来说，解决的办法主要是阻抗匹配(例如互连阻抗应与系统的阻抗非常匹配)但有时候阻抗的计算比较麻烦，可以参考一些传输线阻抗的计算软件。

PCB设计中消除传输线干扰的方法如下：

(a)避免传输线的阻抗不连续性。阻抗不连续的点就是传输线突变的点，如直拐角、过孔等，应尽量避免。方法有：避免走线的直拐角，尽可能走45°角或者弧线，大弯角也可以；尽可能少用过孔，因为每个过孔都是阻抗不连续点，如图5所示；外层信号避免通过内层，反之亦然。

(b)不要用桩线。因为任何桩线都是噪声源。如果桩线短，可在传输线的末端端接就可以了；如果桩线长，会以主传输线为源，产生很大的反射，使问题复杂化，建议不要使用。

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