一种提高PCB抗近电场干扰能力的方法技术

本发明专利技术公开了一种提高PCB抗近电场干扰能力的方法，分别计算第一方案和第二方案的感应干扰电压，不同方案中电源层与地层的正重叠面积不同；计算感应干扰电压的方法包括：直接测量电源层和地层之间的阻抗，选取电源层与临近铜板之间的寄生电容阻抗或选取地层与临近铜板之间的寄生电容阻抗作为基准寄生电容阻抗，基于等效电路计算其他各寄生电容阻抗与基准寄生电容阻抗的比值；基于等效电路和寄生电容阻抗比值计算感应干扰电压；计算第一方案和第二方案感应电压幅值比H，判定是否成立，如是，则采用第二方案，而否，则采用第一方案。本发明专利技术提出调节PCB电源/地层布局方案改善PCB抗干扰能力，并通过上述比较方法快速地判定最佳方案。案。案。

【技术实现步骤摘要】
一种提高PCB抗近电场干扰能力的方法


[0001]本专利技术属于PCB设计
，更具体地，涉及一种提高PCB抗近电场干扰能力的方法。

技术介绍

[0002]电力电子系统正常工作时，其内部的功率开关管会频繁地导通和关断，产生极为陡峭的电压上升或下降沿，形成频率成分丰富的共模干扰源。共模干扰源产生的共模电流会在空间中以位移电流的形式流经寄生电容，形成近电场干扰，若系统内的PCB处在位移电流的主要传输路径上，则会在大面积的电源/地层之间感应出较大的干扰电压，影响PCB上各种器件的正常功能，严重的甚至会导致器件永久性失效。因此，提高PCB自身对近电场的抗干扰能力，有助于提升电力电子系统的可靠性，减少安全事故的发生概率，具有重要的研究意义和实用价值。
[0003]考虑到电磁干扰的发生需要具备三个基本要素：干扰源、干扰路径和敏感设备，目前大多数的研究主要集中在干扰源和干扰路径的建模与抑制上，缺乏对敏感设备的深入研究。其中，临近干扰源的PCB及其核心芯片是主电路换流的电磁干扰的主要被干扰对象，也是最易失效的敏感者之一。目前解决电磁干扰的手段一般是考虑到系统中的干扰源或干扰路径的特性，并未考虑从敏感设备本身受到的干扰大小，从敏感设备受扰的角度出发，有提高PCB的电磁抗扰能力尚处于一个较新的领域，待进行深入的研究。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种提高PCB抗近电场干扰能力的方法，其目的在于从敏感设备本身受扰的角度出发，提高PCB的电磁抗扰能力。
[0005]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种提高PCB抗近电场干扰能力的方法，所述PCB放置于铜板A和铜板B之间且包括临近铜板A的电源层P和临近铜板B的地层G，所述方法包括：
[0006]在特定的负载阻抗和干扰源U
S
情况下，分别计算第一方案的感应干扰电压U
PG
和第二方案的感应干扰电压U
PG
’
，第一方案和第二方案中电源层P与地层G的正重叠面积不同；
[0007]计算感应干扰电压的方法包括：
[0008]构建PCB受扰等效电路；
[0009]直接测量电源层P和地层G之间的阻抗，选取电源层P与铜板A之间的寄生电容阻抗或选取地层G与铜板B之间的寄生电容阻抗作为基准寄生电容阻抗，基于等效电路计算其他各寄生电容阻抗与基准寄生电容阻抗的比值，得到寄生电容阻抗之间的关系系数；
[0010]基于等效电路和寄生电容阻抗之间的关系系数计算感应干扰电压；
[0011]计算幅值比在频域范围[f
L
,f
H
]内判定]内判定是否成立，如是，则采用第二方案，而否，则采用第一方案。
[0012]在其中一个实施例中，获取寄生电容阻抗之间的关系系数的过程包括：
[0013]定义铜板A和地层G构成端口1，铜板B和电源层P构成端口2，测量端口1的反射系数S
11
、端口2到端口1的反向传输系数S
12
、端口1到端口2的正向传输系数S
21
和端口2的反射系数S
22
；
[0014]基于等效电路和系数S
11
、S
12
、S
21
、S
22
分别计算端口2短路时端口1的入端导纳Y
11
、端口1短路时端口1对端口2的转移导纳Y
12
、端口2短路时端口2对端口1的转移导纳Y
21
和端口1短路端口2的入端导纳Y
22
；
[0015]基于等效电路和导纳Y
11
、Y
12
、Y
21
和Y
22
构建寄生电容导纳；
[0016]基于寄生电容导纳构建寄生电容阻抗之间的关系系数。
[0017]在其中一个实施例中，在PCB受扰等效电路中，包括：
[0018]铜板A和铜板B之间的干扰源U
S
；
[0019]电源层P与地层G之间并联的寄生电容C0和负载阻抗Z
L
；
[0020]电源层P与铜板A之间的寄生电容C1；
[0021]电源层P与铜板B之间的寄生电容C2；
[0022]地层G与铜板A之间的寄生电容C3；
[0023]地层G与铜板B之间的寄生电容C4。
[0024]在其中一个实施例中，基于等效电路和系数S
11
、S
12
、S
21
、S
22
计算导纳Y
11
、Y
12
、Y
21
和Y
22
的公式为：
[0025][0026]其中，Z0为寄生电容C0的阻抗；
[0027]基于等效电路和导纳Y
11
、Y
12
、Y
21
和Y
22
计算寄生电容阻抗之间的关系系数，包括，
[0028]先计算寄生电容C1～C4的导纳Y1、Y2、Y3和Y4，计算公式为：
[0029][0030]其中，Y
L
是阻抗Z0//Z
L
的倒数；
[0031]根据导纳与阻抗的对应关系为Y
i
＝1/Z
i
，基于导纳Y1、Y2、Y3和Y4构建寄生电容阻抗之间的关系系数，其中，Z1、Z2、Z3和Z4分别为寄生电容C1、C2、C3和C4的阻抗。
[0032]在其中一个实施例中，系数S
11
、S
12
、S
21
、S
22
为利用矢量网络分析仪测量所得。
[0033]在其中一个实施例中，
[0034]基于感应干扰电压构建每种方案的幅值表达式，其中，幅值|U
PG
|＝|m|
·
|n|
·
|U
S
|，幅值|U
PG
’
|＝|m
’
|
·
|n
’
|
·
|U
S
|，m和m
’
分别与第一方案和第二方案中所测得的电源层P和地层G之间的阻抗线性相关，n和n
’
分别为第一方案和第二方案中基于关系系数构建的基准寄生电容阻抗的反比例函数；
[0035]判定是否成立，具体为判定具体为判定是否成立。
[0036]在其中一个实施例中，f
L
＝150kHz，f
H
＝30MHz。
[0037]在其中一个实施例中，铜板的长度大于或等于三倍的PCB长度，铜板的宽度大于或等于三倍的PCB宽度。
[0038]在其中一个实施例中，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高PCB抗近电场干扰能力的方法，所述PCB放置于铜板A和铜板B之间且包括临近铜板A的电源层P和临近铜板B的地层G，其特征在于，所述方法包括：在特定的负载阻抗和干扰源U
S
情况下，分别计算第一方案的感应干扰电压U
PG
和第二方案的感应干扰电压U
PG
’
，第一方案和第二方案中电源层P与地层G的正重叠面积不同；计算感应干扰电压的方法包括：构建PCB受扰等效电路；直接测量电源层P和地层G之间的阻抗，选取电源层P与铜板A之间的寄生电容阻抗或选取地层G与铜板B之间的寄生电容阻抗作为基准寄生电容阻抗，基于等效电路计算其他各寄生电容阻抗与基准寄生电容阻抗的比值，得到寄生电容阻抗之间的关系系数；基于等效电路和寄生电容阻抗之间的关系系数计算感应干扰电压；计算幅值比在频域范围[f
L
,f
H
]内判定]内判定是否成立，如是，则采用第二方案，而否，则采用第一方案。2.如权利要求1所述的提高PCB抗近电场干扰能力的方法，其特征在于，获取寄生电容阻抗之间的关系系数的过程包括：定义铜板A和地层G构成端口1，铜板B和电源层P构成端口2，测量端口1的反射系数S
11
、端口2到端口1的反向传输系数S
12
、端口1到端口2的正向传输系数S
21
和端口2的反射系数S
22
；基于等效电路和系数S
11
、S
12
、S
21
、S
22
分别计算端口2短路时端口1的入端导纳Y
11
、端口1短路时端口1对端口2的转移导纳Y
12
、端口2短路时端口2对端口1的转移导纳Y
21
和端口1短路端口2的入端导纳Y
22
；基于等效电路和导纳Y
11
、Y
12
、Y
21
和Y
22
构建寄生电容导纳；基于寄生电容导纳构建寄生电容阻抗之间的关系系数。3.如权利要求2所述的提高PCB抗近电场干扰能力的方法，其特征在于，在PCB受扰等效电路中，包括：铜板A和铜板B之间的干扰源U
S
；电源层P与地层G之间并联的寄生电容C0和负载阻抗Z
L
；电源层P与铜板A之间的寄生电容C1；电源层P与铜板B之间的寄生电容C2；地层G与铜板A之间的寄生电容C3；地层G与铜板B之间的寄生电容C4。4.如权利要求3所述的提高PCB抗近电场干扰能力的方法，其特征在于，基于等效电路和系数S
11
、S
12
、S
21
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张俊钊，孙伟，蒋栋，王若栋，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：