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PCB板抗干扰经验

  
    在电子系统设计中,印制电路板的抗干扰设计与具体电路有着密切的关系,为了少走弯路和节省时间,应充分考虑并满足抗干扰性的要求,避免在设计完成后再去进行抗干扰的补救措施。这里仅就PCB抗干扰设计的几项常用措施做一些说明。

形成干扰的基本要素有干扰源、传播路径、敏感器件。抗干扰设计的基本原则是:抑制干扰源,切断干扰传播路径,提高敏感器件的抗干扰性能。抑制干扰源就是尽可能的减小干扰源的du/dt,di/dt.这是抗干扰设计中最优 先考虑和最重要的原则,常常会起到事半功倍的效果。 减小干扰源的du/dt主要是通过在干扰源两端并联电容来实现。减小干扰源的 di/dt则是在干扰源回路串联电感或电阻以及增加续流二极管来实现。高频干扰噪声和 有用信号的频带不同,可以通过在导线上增加滤波器的方法切断高频干扰 噪声的传播,有时也可加隔离光耦来解决。电源噪声的危害最大,要特别 注意处理。所谓辐射干扰是指通过空间辐射传播到敏感器件的干扰。一般 的解决方法是增加干扰源与敏感器件的距离,用地线把它们隔离和在敏感 器件上加 蔽罩。提高敏感器件的抗干扰性能是指从敏感器件这边考虑尽量减少对干扰噪声 的拾取,以及从不正常状态尽快恢复的方法。

印制电路板的抗干扰设计与具体电路也有着密切的关系,这里仅就PCB抗干扰设计的几项常用措施做一些说明。

一、布局

首先,要考虑PCB尺寸大小。PCB尺寸过大时,印制线条长,阻抗增加,抗噪声能力下降,成本也增加;过小,则散热不好,且邻近线条易受干扰。在确定PCB尺寸后.再确定特殊元件的位置。最后,根据电路的功能单元,对电路的全部元器件进行布局。

在确定特殊元件的位置时要遵守以下原则:

(1)尽可能缩短高频元器件之间的连线,设法减少它们的分布参数和相互间的电磁干扰。易受干扰的元器件不能相互挨得太近,输入和输出元件应尽量远离。

(2)某些元器件或导线之间可能有较高的电位差,应加大它们之间的距离,以免放电引出意外短路。带高电压的元器件应尽量布置在调试时手不易触及的地方。

(3)重量超过15g的元器件、应当用支架加以固定,然后焊接。那些又大又重、发热量多的元器件,不宜装在印制板上,而应装在整机的机箱底板上,且应考虑散热问题。热敏元件应远离发热元件。

(4)对于电位器、可调电感线圈、可变电容器、微动开关等可调元件的布局应考虑整机的结构要求。若是机内调节,应放在印制板上方便于调节的地方;若是机外调节,其位置要与调节旋钮在机箱面板上的位置相适应。

(5)应留出印制扳定位孔及固定支架所占用的位置。

根据电路的功能单元.对电路的全部元器件进行布局时,要符合以下原则:

(1)按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置,使布局便于信号流通,并使信号尽可能保持一致的方向。

(2)以每个功能电路的核心元件为中心,围绕它来进行布局。元器件应均匀、整齐、紧凑地排列在PCB上.尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接。

(3)在高频下工作的电路,要考虑元器件之间的分布参数。一般电路应尽可能使元器件平行排列。这样,不但美观.而且装焊容易.易于批量生产。

(4)位于电路板边缘的元器件,离电路板边缘一般不小于2mm。电路板的最佳形状为矩形。长宽比为3:2成4:3。电路板面尺寸大于200x150mm时.应考虑电路板所受的机械强度。

二、布线

布线的原则如下:
(1)输入输出端用的导线应尽量避免相邻平行。最好加线间地线,以免发生反馈藕合。

(2)印制摄导线的最小宽度主要由导线与绝缘基扳间的粘附强度和流过它们的电流值决定。当铜箔厚度为0.05mm、宽度为1~15mm时.通过2a的电流,温度不会高于3℃,因此.导线宽度为1.5mm可满足要求。对于集成电路,尤其是数字电路,通常选0.02~0.3mm导线宽度。当然,只要允许,还是尽可能用宽线.尤其是电源线和地线。导线的最小间距主要由最坏情况下的线间绝缘电阻和击穿电压决定。对于集成电路,尤其是数字电路,只要工艺允许,可使间距小至5~8mm。

(3)印制导线拐弯处一般取圆弧形,而直角或夹角在高频电路中会影响电气性能。此外,尽量避免使用大面积铜箔,否则.长时间受热时,易发生铜箔膨胀和脱落现象。必须用大面积铜箔时,最好用栅格状.这样有利于排除铜箔与基板间粘合剂受热产生的挥发性气体。

3.焊盘

焊盘中心孔要比器件引线直径稍大一些。焊盘太大易形成虚焊。焊盘外径d一般不小于(d+1.2)mm,其中d为引线孔径。对高密度的数字电路,焊盘最小直径可取(d+1.0)mm。

PCB及电路抗干扰措施

印制电路板的抗干扰设计与具体电路有着密切的关系,这里仅就PCB抗干扰设计的几项常用措施做一些说明。

1.电源线设计

(1)根据电流大小,尽量调宽导线布线。

(2)电源线、地线的走向应与资料的传递方向一致。

(3)在印制板的电源输入端应接上10~100μF的去耦电容。

2.地线设计

地线设计的原则是:

(1)数字地与模拟地分开。

(2)接地线应尽量加粗,致少能通过3倍于印制板上的允许电流,一般 2~3mm。

(3)接地线应尽量构成死循环回路,这样可以减少地线电位差。

3.去藕电容配置

PCB设计的常规做法之一是在印制板的各个关键部位配置适当的退藕电容。

(1)电源输入端跨接10~100uf的电解电容器。如有可能,接100uf以上的更好。

(2)每个集成电路芯片都应布置一个0.01pf的瓷片电容,如遇印制板空隙不够,可每4~8个芯片布置一个1~10pf的但电容。

(3)对抗噪能力弱,关断电流变化大的器件,以及ROM、RAM,应在Vcc和GND间接去耦电容。

(4)电容引线不能太长,尤其是高频旁路电容不能有引线。

(5)在单片机复位端“RESET”上配以0.01μF的去耦电容。

4.器件配置:

(1)时钟发生器、晶振和CPU的时钟输入端应尽量靠近且远离其它低频器件。

(2) 小电流电路和大电流电路尽量远离逻辑电路。

(3) 印制板在机箱中的位置和方向,应保证发热量大的器件处在上方。

此外,还应注意以下两点:

5. 功率线、交流线和信号线分开走线

功率线、交流线尽量布置在和信号线不同的板上,否则应和信号线分开走线。

6. 其它原则:

(1)总线加10K左右的上拉电阻,有利于抗干扰。

(2)布线时各条地址线尽量一样长短,且尽量短。

(3)PCB板两面的线尽量垂直布置,防相互干扰。

(4)去耦电容的大小一般 C=1/F,F为数据传送频率。
(5)不用的管脚通过上拉电阻(10K左右)接Vcc,或与使用的管脚并接。

(6)发热的元器件(如大功率电阻等)应避开易受温度影响的器件(如电解电容等)。

(7)采用全译码比线译码具有较强的抗干扰性。

三、降低噪声和电磁干扰的经验。

印刷电路板的抗干扰设计原则

1. 可用串个电阻的办法,降低控制电路上下沿跳变速率

2. 尽量让时钟信号电路周围的电势趋近 0,用地线将时钟区圈起来,时钟线要尽量短。

3. I/O驱动电路尽量靠近印制板边。

4. 闲置不用的门电路输出端不要悬空,闲置不用的运放正输入端要接地,负输入端接输出端

5. 尽量 45°折线而不用90°折线,  布线以减小高频信号对外的发射与耦合。

6. 时钟线垂直 I/O线比平行于I/O线干扰小。

7. 元件的引脚要尽量短

8. 石英晶振下面和对噪声特别敏感的元件下面不要走线

9. 弱信号电路、低频电路周围地线不要形成电流环路

10. 需要时,线路中加铁氧体高频扼流圈,分离信号、噪声、电源、地。

印制板上的一个过孔大约引起0.6pF的电容;一个集成电路本 2pF~10pF的分布电容;一个线路板上的接插件,有 520μH 的分布电感;一个双列直插的 24 引脚集成电路插座,引入 4μH~18μH 的分布电感。


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