PCB背板的EMC设计范本.docx

PCB背板的EMC设计

1背板槽位的排列

1.1单板信号的互连要求

当硬件的总体方案确定后，单板的种类、数量已定，所有送到背板上的信号也就确定下来了，在PCB设计过程中，我们要从单板槽位的位置、信号的出线方式等多方面考虑，既实现母板性能指标、又满足EMC的要求。

从信号的速率看，有高速信号与低速信号之分，高速信号通过解复用成低速；背板的板位分配要考虑到高速部分对低速部分的影响。从EMC设计角度考虑，高速部分会通过传导或辐射的方式影响到低速部分，甚至使设计功能难以实现。要尽可能避免高速信号的镜像电流流入到低速电路的区域里，关键信号，特别是高频、高速信号走线、大电流、强信号走线要尽可能短。由此，对于背板槽位排列，高速板位与低速板位部分要分开，高速部分走线要短，高速板可适当考虑屏蔽。

例如：某产品主要分为高速收发单板XXX、XXX,管理单元处理板XXX，交叉板XXX，以及时钟板XXX，主控与支路板。分别完成复用（解复用）、帧扰码（解码），开销处理、时钟选收与交叉连接功能。

根据各单板间的互连要求，系统的高速部分与低速的支路信号处理部分分开为上、下两部分，高速的收发板布于系统高速部分的边缘板位，减小收发的高速信号对系统内部的干扰，同时注意收发板的高速部分加屏蔽。

1.2单板板位结构

1.2.1板位结构影响；

当脉冲信号从源端发出后，沿线端的信号幅度由源内阻与传输线的阻抗之间的分压确定。

当入射波到达负载端时，一些能量变会被反射回源端。反射回去的能量由反射系数来决定。

而反射系数则由传输线的阻抗和负载阻抗来决定。

反射系数值在-1到+1之间。

开路电路的反射系数为+1。当入射波到达一个开路负载端，它将以相同的相位反射回源端。在负载端，电压的幅度将会是入射波形幅度两倍。

短路电路的反射系数为-1。当入射波到达一个短路负载端时，它将反向并以与入射波相反的相位反射回源端。接收负载端的电压叠加后为零伏。

传输线上的阻抗连续的端接称为“匹配”。反射系数为零即没有反射发生。负载端的信号幅度与入射信号的幅度相等。

在信号的传输过程中，还会碰到其他的一些非连续点。例如，直角拐点，过孔，接插件以及IC的封装等可能在其他良好环境下产生波形的扰变。这些阻抗不连续的影响是由系统的速度决定的。在低速下，这些作用可能引入很小的反应。在高速下，结果会变得非常显著。

大多数情况下，驱动器是主要的噪声源，而此噪声可以通过适当的拓扑结构和终端匹配来解决。

拓扑结构可以有以下几类：点到点、树形结构、T型、星型、菊花链型。

树形结构---------较长的分支容易造成过载和铃流

菊花链----------对于总线驱动方式和具有终端并联匹配的走线很好,注意尽量不走“T”型走线。

星型----------需要有高驱动能力的缓冲器（低输出阻抗），使用串接匹配

采用恰当的拓扑结构，可以减小反射，提高信号质量，减少EMI。

对于背板，由于主备板、保护板的存在，不可避免会出现多负载情况，如何合理的安排槽位，使得走线的拓扑结构合理，反射减小，是背板设计相当重要的话题。对于时钟线应尽量实现点对点的驱动，避免总线方式。对于点对多点的驱动，要考虑加终端匹配。出于加工工艺及维护的考虑，阻抗匹配原则上首先考虑在相应的单板上处理，不得已情况下考虑在背板上实现匹配，但要注意背板上的元器件应尽可能少。

案例：某业务接口保护子系统设计：原设计采用1：8发，8：1收方式，仿真分析由于背板上单板板位分配结构，拓扑结构将不平衡，使近端负载信号质量不能保证。与硬件开发人员讨论时钟采用1：4发，4：1收并改变拓扑结构后使之变为四个较平衡负载，而且负载端接插件到接口器件的走线长要严格控制在2000mil以内。经过大量仿真分析比较确定其匹配方式。驱动时，驱动端电阻、电容滤波匹配，终端串接电阻减小振铃，波形稍缓但可消除上升、下降沿畸变；接收时，驱动侧串联电阻匹配，终端串接一大阻值电阻，阻值可取为走线的特性阻抗与分支路数的乘积。

波形效果良好，只下冲较大，可以调节匹配电阻值来控制。

1.2.2板间互连电平、驱动器件的选择

背板信号与驱动器件在总体方案设计时就应确定。选择驱动电平要满足背板传输速率的要求，对于传输速率小于100M，含有多负载结构的，背板可选取GTL+电平，器件在满足要求下选用驱动电流小的器件，易于EMI的控制。例如，TI公司的GTL1655、GTL16923之间驱动电流相差近一倍。对于几百兆的信号速率，LVDS电平是很好的选择，其对共模干扰的抑制、匹配方式都易于满足要求，而且电流模式抗干扰能力强，差分电平摆幅小，功耗与EMI大大降低。而对于超过1GHZ的信号，一般用ECL或CML电平信号，可以在普通板材的背板上传送超过2.5G的信号速率。

当然，高速背板设计时对于阻抗控制、走线约