電磁相容地之設計

在眾多EMC Design Guide 中有許多的規則是與接地與最高波長息息相 關，由表 2.1 可知當速度不同的系統所使用的接地方式亦不相同。在高速 訊號或系統上，我們常會將高速訊號線加上護衛地線或是因為高速訊號所 產生的熱能而被要求需要更多舖銅來幫忙帶走熱能，而這些舖銅接地設計 不好會很容易產生迴返路徑變長或是共平面的地之EMI coupling，因此在設 計上有下面幾個設計要點。

<1>在系統設計上螺絲固定點之距離不得超過最高速率波長之二十分之 一，如圖 2.25 所示。

例如64MHz 振盪器之λ/20 為23cm，如果任兩個接地螺絲銅柱間之距離大 於23cm，則就有RF 環路存在。此環路會是RF 能量傳播之來源，使得EMI 發 生問題。

<2>護衛線設計(guard trace design)

圖 2.26 與圖 2.27 為護衛線之俯視圖與側面圖，我們最會在Clock 時脈 訊號之上下左右加上由銅箔所組成的地線或地平面(ground trace or ground

λ/20  λ/20 

λ/20 

λ/20  λ/20  λ/20 

λ/20 

λ/20  λ/20 

圖 2.25 系統螺絲固定點距離示意圖

plane)，以防止訊號的串音(Cross-talk)，此上下左右之地線即稱為護衛線 (Guard Trace)，亦有人稱上下之護衛線為 Shunt Trace。護衛線是 EMC 設計 中常使用之設計規則之一，當然所謂的Guard Trace 不單單指 Ground trace 以線的型式也可以面(Plane)將訊號上下左右包覆起來都可稱為護衛線。

護衛線是用來提供一額外路徑給RF 電流做迴返並減少迴返路徑，降低 電磁波耦合。若信號線離兩旁Guard Trace 距離比上下 Shunt Trace 距離近時 (如單層板或雙層板)，則護衛線效果取決於Guard Trace 設計；若上下之 Shunt Trace 距離比 Guard Trace 近時(如多層板)，則護衛線效果由 Shunt Trace 決定。

然而不管是Guard Trace 或是 Shunt Trace，若設計上僅僅在護衛線之頭 尾兩端接地，當訊號線與 Guard Trace 距離比疊構距離小時，則電場容易 耦合至Guard Trace 兩旁並向外輻射，如圖 2.28；若信號線至疊構距離小於 兩旁Guard Trace 距離時，則電場容易耦合至內層疊構，並造成板內以繞射 形式往板邊輻射，如圖 2.29。

圖 2.26 Guard Trace 俯視圖

Guard Trace Shunt Trace

Shunt Trace

圖 2.27 Guard Trace 側面圖 信號線

事實上，在頻率高的系統中，若僅在頭尾兩端接地，那僅接地的兩端 為零電位，而沒接地的部分對高頻來說並非零電位，而產生電位差及電場，

所以，在設計上我們會在Guard Trace 或兩旁上下金屬層打上貫穿孔(via)，

來維持高頻電位相等，避免表面波輻射問題。

在一般業界EMC設計或Design Guide中，通常會在訊號線兩旁的Guard trace的地平面上打上密集的貫穿孔，而貫穿孔之間的距離為二十分之一波 長間距。然而這密集的貫穿孔破洞，會造成基板內層的平面不完整，而容 易使內層訊號線沒有良好的參考平面，因而產生cross over plane (cross over cut plane)的問題，並且相對的基板內層因密集的貫穿孔而使得內層電源區 塊破碎及走線空間變小，這些現象都會愈容易衍生出其他電磁波干擾問 題。本論文是探討表面波輻射問題及貫穿孔間距與輻射關係。

圖 2.28 Co-plane EMI issue 1 圖 2.29 Co-plane EMI issue 2