EMC学习笔记（十二）跨分割区及开槽的处理
跨分割区及开槽的处理
1.开槽的产生
开槽是PCB设计中的一种常见的结构 。我们常说的“跨分割区问题”事实上也是一种开槽问题。开槽的产生可以归纳为以下两种情况。
1.1 对电源/地平面分割造成的开槽
当PCB板上存在多种不同的 电源或地的时候，一般不可能为每一种电源网络和地网络分配个完整的平面，常用的做法是在一个或多个平面上进行电源分割 或地分割。同一平面上的不同分割之间就形成了开槽。
1.2 通孔过于密集形成开槽
通孔包括焊盘和过孔。通孔穿过地层或电源 层而与之没有电气连接时 ，需要在通孔周围留一些空间(即隔离环 ) 以便进行电气隔离 : 但当通孔之间的距离靠得太 近时，隔离环就会重叠起来，形成开槽。这也被称为热焊盘问题。下图是一个通孔密集形成开槽的例子。
图1给出了一个通孔密集形成开槽的示意图。目前我司单板广泛地使用2mm连接器 (或其它高密度连接器)，当连接器穿过电源或地层时 ，为了完成有效的电气隔离或安全隔离 ，连接器的针与电源或地平面必须有 隔离环进行隔离:当隔离环的半径大于1mm(插针间的间距的一半 )时就会形成开槽。
2.开槽对PCB板EMC性能的影响
开槽对PCB板的EMC性能会造成一定的影响。这种影响可能是消极的，也可能是积极的。
2.1 高速信号与低速信号的面电流分布
在低速的情况下，电流沿电阻最低的路径流动 。图2所示的是低速电流从A流向B时，其回流信号从地平面返回源端的情形。 此时，面电流分布较宽。
在高速的情况下，信号回流路径上的电感的作用将超过电阻的作用 。高速回流信号将沿阻抗最低的路径流动。图3给出了一个典型的高速信号的回流路径。
此时，面电流的分布很窄，回流信号成束状集中在信号线的下方。
2.2 分地的概念
当PCB板上存在不相容电路时 ，需要进行“分地”的处理，即根据不同的电源电压 、数字和模拟信号、高速和低速信号、大电流和小电流信号来分别设置地线。
从前面给出的高速信号与低速信号回流的分布可以很容易地理解分地的作用 : 分地，可以防止不相容电路的回流信号的叠加，防止共地线阻抗耦合。
需要注意两点:
其一，分地的概念与下面将要讨论的 “信号跨越电源平面或地平面上的开槽的问题 ”是不同的，分地只是根据不同种类的信号分别设置地线(或平面) ;
其二，分地并不是将各种地完全隔离 ，没有任何电气连接，分地后的各种地还会在适当的位置连接起来，保证整个地层的电连续性。
2.3 信号跨越电源平面或地平面上的开槽的问题
不论高速信号还是低速信号，都不应该跨分割走线。跨分割走线会带来很多严重的问题，包括：
增大电流环路面积，加大了环路电感，使输出的波形容易振荡:
增加向空间的辐射干扰，同时易受空间磁场的影响;
加大与板上其它电路产生磁场耦合的可能性;
环路电感上的高频压降构成共模辐射源，并通过外接电缆产生共模辐射。
下图4给出了一个地槽引起高频信号产生串扰的示意图。
对于需要严格的阻抗控制、按带状线模型走线的高速信号线而言，还会因为上平面或下平面或上下平面的开槽破坏带状线模型，造成阻抗的不连续，引起严重的信号完整性问题。
3.对开槽的处理
对开槽的处理应该遵循以下原则。
3.1 需要严格的阻抗控制的高速信号线，其轨线严禁跨分割走线
跨分割走线会造成阻抗不连续，引起严重的信号完整性问题。
3.2 当PCB板上存在不相容电路时，应该进行分地的处理
分地不应该造成高速信号线的跨分割走线，也尽量不要造成低速信号线的跨分割走线。
3.3 当跨开槽走线不可避免时，应该进行桥接
当信号线不能避免 跨开槽走线的情形时，应该进行有效的桥接，在沿信号路径的方向将地平面连接起来。下图5给出了桥接的示意图。
3.4 接插件（对外）不应该放置在地层隔缝上
图6(a) 中如果地层上的A点和B点间存在较大的电位差，就有可能通过外接电缆产生共模辐射。所以应该改成图6(b) 中安装方法，这样A、B两点就不会存在电位差了。
3.5 高密度接插件的处理
高密度接插件(如目前广泛使用的 2mm连接器)在穿过电源和地平面时，如果隔离环的半径过大，如图1所示，就会形成开槽。在进行PCB设计时，除非有特别的要求(如个别信号有严格的安全距离的要求)，一般应该保证地网络环绕每一个 引脚，也可以在进行引脚排布时均匀地安排地网络，保证地平面的连续性，防止开槽的产生。示意图如图7所示。
3.6 跨静地分割的处理
对于通过电缆出 到子架或机柜外 的IO信号，在进行屏蔽和滤波时 ，要求具有一块 “干净的、没有被内部噪声污染的地 。没有这一块“静地”，对高频信号的滤波几乎没有作用 。“静地”可以是金属机架或保护地。“静地”并不连接到单板内部的逻辑地上。图8给出“静地”的一个简单的示意图。
由图8可以看出，PCB板上设置“静地”后，I/O信号线不可避免地 要跨“静地”分割走线需要做一定的处理。
对于差分信号线，跨“静地”走线可以有效地抑制共模噪声，不需要做任何处理:
对于普通信号线 ，必须提供信号的回流路径 ，在PCB布线时 ，应该将由接口器件引出的GND网络当作普通信号线来处理。图9给出了一个RS-232串口的布线的简单例子。
