RK3588產品ESD/EMI防護設計建議

2023-09-18     凡億教育

原標題:RK3588產品ESD/EMI防護設計建議

ESD:Electro-Static discharge的簡稱,意思是「靜電釋放」。靜電是一種自然現象,通常通過接觸、摩擦、電器間感應等方式產生,其特點是長時間積聚、高電壓(可以產生幾千伏甚至上萬伏的靜電)、低電量、小電流和作用時間短的特點,常常造成電子電器產品運行不穩定,甚至損壞。

EMI:Electromagnetic Interference的簡稱,直譯是電磁干擾;在高速PCB及系統設計中,高頻信號線、集成電路的引腳、各類接插件等都可能成為具有天線特性的輻射干擾源,能發射電磁波並影響其他系統或本系統內其他子系統的正常工作。

ESD防護設計

1)模具上做隔離:接插件能內縮的儘量內縮於殼體內,讓靜電釋放到內部電路上的距離變長,能量變弱,測試標準由接觸放電條件變為空氣放電等;

2)在PCB布局時做好敏感器件的保護、隔離,一些敏感模塊如射頻、音頻、存儲器可以添加屏蔽罩;

3)布局時儘量將RK3588晶片及核心部件放在PCB中間,不能放在PCB中間的,需要保證屏蔽罩離板邊至少2MM以上的距離,且要保證屏蔽罩能夠可靠接地;

4)應該按功能模塊及信號流向來布局PCB, 各個敏感部分相互獨立,對容易產生干擾的部分最好能

隔離,比如DCDC開關電源模塊等。

5)要求合理擺放應對ESD器件,一般要求擺在源頭,即ESD器件擺放在接口處或靜電釋放處,走線時先經過靜電器件之後再打孔引出,如圖1 所示。

圖1 ESD布線示意

6)元件布局遠離板邊且距插接件有一定距離,一般建議布局板邊至少20mil,接插件40mil以上;

7)PCB表面一定要有良好的GND迴路,各接插件在表層都要有較好的GND連接迴路。有加屏蔽罩的應儘量跟表層地相連,並在屏蔽罩焊接處多打地孔接地。要做到這一點,就要求各個連接座部分在表層不要走線,也不要出現大範圍切斷表層銅皮的走線;

8)表層板邊不走線且多打地孔,必要時要做好信號跟地之間的隔離,如圖2 所示;

圖2 板邊GND 孔的添加

10)如果有經連接器實現板對板連接時,建議全部信號串接一定阻值的電阻(2.2ohm-10ohm之間,具

體以能滿足SI測試為準),以及預留TVS器件,可提升抗靜電浪涌能力;

11)RK3588 nPOR管腳的100nF電容必須靠近管腳放一個8/16mil的地過孔,空間允許建議打兩個以上,更良好的接地;

12)關鍵信號比如Reset、時鐘、中斷等敏感信號與板邊距離不得小於5mm,走線下方需要有參考平面,避免出現邊緣效應,如圖3 所示。

圖3 關鍵信號距離板邊的間距

9)在PCB板空白多露銅,以便加強靜電釋放效果,或者便於增加加泡棉等補救措施,如圖4 所示。

13)其它外圍晶片如果有帶Reset管腳,建議增加100nF電容必須靠近管腳,電容的地焊盤必須有一

個8/16mil地過孔,空間允許建議打兩個以上,更良好的接地,如圖5 所示。

圖4 PCB空白處露銅處理

圖5 電容管腳GND孔的放置

14)從PCB上進行隔離,讓靜電只能釋放在部分區域,比如座子地管腳單獨過孔和內層的地層連接,

對表層的PCB進行Keepout,表層的地銅皮和管腳儘量遠離,即讓敏感信號遠離靜電易放電區域(表層地銅皮)等等,如圖6 所示,在表層隔離HDMI信號與GND的距離。

圖6 HDMI信號與GND的隔離

EMI防護設計

1)電磁干擾三要素:干擾源、耦合通道及敏感設備,如圖7 所示,我們不能處理敏感設備,所以處理EMI就只能從干擾源跟耦合通道入手。解決EMI問題,最好的方式就是消除干擾源,消除不了的就想辦法切斷耦合通道或者避免天線效應;

圖7 EMC三要素

2)PCB上干擾源一般很難完全消除,可以通過濾波、接地、平衡、阻抗控制,改善信號質量(如端

接)等方法來應對。各種方法一般會綜合運用,但良好的接地是最基本的要求;

3)常用應對EMI材料有屏蔽罩、專用濾波器、電阻、電容、電感、磁珠、共模電感/磁環、吸波材

料、展頻器件等;

4)濾波器選擇原則:若負載(接收器)為高阻抗(一般的單端信號接口都是高阻抗,比如SDIO、RBG、CIF等),則選擇容性濾波器件併入線路;若負載(接收器)為低阻抗(比如電源輸出接口),則選擇感性濾波器件串入線路。使用濾波器件後不能使信號質量超出其SI許可範圍。差分接口一般使用共模電感來抑制EMI;

5)PCB上屏蔽措施需良好接地,不然可能會引起輻射泄露或者屏蔽措施形成了天線效應,連接器的

屏蔽需符合相關技術標準;

6)RK3588展頻的能分模塊使用。展頻的程度需根據相關部分對信號的要求而定。具體措施見RK3588展頻說明;

7)所有時鐘串接的匹配電阻,建議保留,提供匹配阻抗,提高信號質量的改善措施;

8)DC電源輸入處,有條件可預留電源共模電感或EMI濾波器;

9)USB、HDMI、VGA、屏連接座等接口處增加預留共模電感或濾波電路;

10)有加散熱器時,要注意散熱器也有可能耦合EMI能量,產生輻射,在選用散熱器時除了滿足熱設計要求,還應滿足EMI測試要求。散熱器要預留接地條件,當有需要接地時,將散熱器接地,此處不好明確接地點個數及怎麼選擇接地點,需要第一個版本硬體在實驗室實際測試時依據實際情況整改;

12)EMI跟ESD對LAYOUT的要求有高度一致性,前述ESD的LAYOUT要求,大部分適用於EMI防護。另外增加下面的要求:

A、儘量保證信號完整性;

B、差分線要做好等長及緊密耦合,保證差分信號的對稱性,以儘量減少差分信號的錯位,避免轉化成引起EMI問題的共模信號,如圖8 所示。

圖8 差分信號的對稱性

C、有插件器件等帶金屬殼器件的元件,應避免耦合干擾信號從而輻射。也要避免器件的干擾信

號從殼體耦合到其他信號線;

D、所有時鐘串接的匹配電阻靠近CPU端(源端),CPU管腳和電阻之間走線必須控制在400mil以內;

E、如果PCB超過4層板,建議讓所有時鐘信號儘量走內層;

F、防止電源輻射,電源層覆銅必須內縮,以一個H(電源和地之間的介質厚度)為單位,建議

內縮20H,我們要求地平面大於電源或信號層,這樣有利於防止對外輻射干擾和屏蔽外界對自身的干擾,(一般情況下在PCB設計的時候把電源層比地層內縮1mm即可,不然嚴格去滿足20H的話會導致PCB走線不方便,如圖9 所示。)

圖9 20H原則

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文章來源: https://twgreatdaily.com/72c5a6ef4013b09f1f82b77e59783cc5.html