PCB传输线信号完整性及电磁兼容特性研究

【摘要】：伴随着电子设备数字化时代的到来,信号的上升时间越来越短,频率越来越高,频带越来越宽,PCB的结构更加复杂,元器件的集成度和分布密度越来越大,这就使电子设备的电磁兼容问题变得十分突出,如何保证各种电子设备在复杂、恶劣的电磁环境中正常地工作成为当前研究的热点。印刷电路板(Printed Circuit Board, PCB)作为电子设备不可缺少的组成部分,其电磁兼容性能的好坏将直接影响电子设备的性能及稳定性,因此,对印刷电路板的电磁兼容特性进行研究变得十分迫切。本文针对印刷电路板传输线的信号完整性(Signal Integrity,SI)和电磁兼容(Electromagnetic Compatibility,EMC)的具体实际问题,建立了相应的理论模型,并采用时域有限差分法方法(Finite Difference Time Domain, FDTD)开展了深入和全面的研究。 本文的主要工作和创新如下： 1.研究微带线的参数对激励微带线源端和负载端信号完整性及相邻静态线近端耦合噪声和远端耦合噪声的影响,并对具有50Ω特性阻抗的微带线进行了研究,给出了两种情况下微带线的优化设计原则。 2.研究直角弯曲微带线的参数对激励微带线源端和负载端信号完整性及相邻静态线近端耦合噪声和远端耦合噪声的影响,直角弯曲处的45°斜切对上述影响的改善,提出了直角弯曲微带线的优化设计原则。 3.研究微带线返回路径具有非连续性时,微带线参数及非连续性参数对激励微带线源端和负载端信号完整性及相邻静态线近端耦合噪声和远端耦合噪声的影响,提出了返回路径具有非连续性时微带线的优化设计原则。 4.对于多层PCB结构中位于两地层中间的带状线,提出了用FDTD方法分析带状线时信号源的激励方式,研究其参数对激励带状线源端和负载端信号完整性及相邻静态线近端耦合噪声和远端耦合噪声的影响,给出了优化设计的原则。进而提出在带状线两侧对称地加屏蔽体构成矩形同轴传输线以抑制耦合噪声的方法,并研究带状线参数和屏蔽体厚度对抑制效果的影响。 5.在激励微带线与静态线之间设置一排由导体填充的、顶端由微带连接的接地孔(简称保护带),并在假设保护带宽度、厚度、接地孔直径不变,激励信号线与静态线参数相同且二者之间的距离不变,微带线特性阻抗为50Ω的条件下,在时域内研究：(1)保护带对不同参数的激励微带线激励端和负载端信号完整性的影响规律；(2)微带线参数变化时,保护带对近端耦合噪声和远端耦合噪声抑制效果的变化规律；(3)保护带接地孔间距的变化对信号完整性和串扰的影响规律。 6.对50Ω微带线的辐射特性进行研究,以得到辐射场的分布特征,并研究微带线的参数对其辐射特性的影响。 7.研究PCB上差分信号传输线的结构参数对半径为3米的球面上辐射场最大值的影响,差分传输线的非对称性对负载端信号完整性的影响以及对相邻静态线近端耦合噪声和远端耦合噪声的影响。