基于PCB板電磁兼容性設計方法的研究

唐幸兒　梁季彝

摘要：從電子系統電磁兼容性的角度出發，詳細地敘述了印刷電路板上的元器件的布局、供電線路和信號線路的布線原則；并對印刷電路板的自動布線進行討論。電磁干擾對電子系統的危害和影響，PCB電磁兼容性設計的原因、原則，PCB抗干擾的一般措施。結合在PCB設計方面的實際經驗，闡述電子系統電磁兼容性設計的方法和技巧，確保電子系統實現最優性能。

關鍵詞：電磁干擾 PCB 電磁兼容性

中圖分類號：TN41 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）06-0000-00

Abstract：From the electronic system electromagnetic compatibility point of view， a detailed account of the printed circuit board component layout， power lines and signal lines wiring principles； and automatic routing of printed circuit boards for discussion. Electromagnetic interference on the hazards and effects of electronic systems，PCB design of electromagnetic compatibility reasons， in principle， PCB general anti-jamming measures. Combines practical experience of PCB design，elaborate electronic system electromagnetic compatibility design methods and techniques to ensure that electronic system to achieve optimal performance.

Key words： Electromagnetic interference； PCB； electromagnetic compatibility

compatibility

隨著電子通信技術的發展，無線射頻及控制電路技術運用越來越廣，如：無線多通道遙控車、無線手機、紅外線遙控等，其中的射頻電路的性能指標直接影響整個產品的質量。這些掌上產品的一個最大特點就是小型化，而小型化意味著元器件的密度很大，這使得元器件（包括SMD、SMC、裸片等）的相互干擾十分突出。本文討論采用Protel se軟件進行PCB設計時（以五、八通道為例），如何最大限度地實現電路的性能指標，以達到電磁兼容要求。

1 電路板設計的一般原則

電路板設計的一般原則包括：電路板的選用、電路板尺寸、元件布局、電路布線、焊盤、填充、跨接線、包地等。其中元件布局和電路布線是影響電路板性能最重要的部分，下面對元件布局和電路布線結合五通道坦克車的接收控制作詳細闡述。

1.1元件布局

首先應考慮PCB尺寸大小。PCB尺寸過大，印制線條長，阻抗增加，抗噪聲能力下降，成本也增加；過小，則散熱不好，且鄰近線條易受干擾。在確定PCB尺寸后，再確定元件的位置，一般來說，應把模擬信號、高速數字電路、噪聲源（如繼電器、大電流開關等）這三部分合理分開，使相互間的信號耦合為最小。最后，根據電路的功能單元，對電路的全部元器件進行布局。

1.2 電路布線

1.2.1電路布線的原則

（1）輸入、輸出端用的導線應盡量避免相鄰平行，最好加線間地線，以免發生反饋耦合。

（2）導線的最小寬度主要由導線與絕緣基板間的粘附強度和流過它們的電流值決定，當銅箔厚度為0.05毫米、寬度為1～15毫米時，通過2安的電流，溫度不會高于3攝氏度。因此，導線寬度為1.5毫米便可滿足要求。對于集成電路尤其是數字電路，通常選寬度為0.02～0.3毫米的導線，當然，只要允許，還是盡可能用寬線，尤其是電源線和地線。導線的最小間距主要由最壞情況下的線間絕緣電阻和擊穿電壓決定。

1.2.2射頻電路PCB設計對布線的要求

在射頻電路PCB設計中，電源線和地線的正確布線顯得尤其重要，合理的設計是克服電磁干擾的最重要的手段。PCB上相當多的干擾源是通過電源和地線產生的，其中地線引起的噪聲干擾最大。地線容易形成電磁干擾的主要原因于地線存在阻抗。當有電流流過地線時，就會在地線上產生電壓，從而產生地線環路電流，形成地線的環路干擾。當多個電路共用一段地線時，就會形成公共阻抗耦合，從而產生所謂的地線噪聲。因此，在對射頻電路PCB的地線進行布線時應該注意以下問題：五通道坦克車高頻部分如進行完全包地處理，會影響接收機的穩定性并受電磁干擾，應留有缺口不應完全封閉，如圖1所示。

2 電路板及電路抗干擾措施

印制電路板的抗干擾設計與具體電路有著密切的關系，以下從三個方面討論PCB抗干擾設計的措施。

2.1電源線設計

根據印制線路板電流的大小，盡量加粗電源線寬度，減少環路電阻。同時使電源線、地線的走向和數據傳遞的方向一致，這樣有助于增強抗噪聲能力。

2.2地線設計

（1）印刷電路板上，電源線和地線最重要。克服電磁干擾，最主要的手段就是接地。對于雙面板，地線布置特別講究，通過采用單點接地法，電源和地是從電源的兩端接到印刷線路板上來的，電源一個接點，地一個接點。印刷線路板上，要有多個返回地線，并都會聚到回電源的那個接點上，就是所謂單點接地。與印刷線路板以外的信號相連時，通常采用屏蔽電纜。對于高頻和數字信號，屏蔽電纜兩端都接地。低頻模擬信號用的屏蔽電纜，一端接地為好。如能將接地和屏蔽正確結合起來使用，可解決大部分干擾問題。電子設備中地線結構大致有系統地、機殼地（屏蔽地）、數字地（邏輯地）和模擬地等。

（2）地線設計的原則是：數字地與模擬地分開。若線路板上既有邏輯電路又有線性電路，應使它們盡量分開，分別與電源端地線相連，并盡可能加大線性電路的接地面積。

（3）低頻電路的地應盡量采用單點并聯接地，實際布線有困難時可部分串聯后再并聯接地。高頻電路宜采用多點串聯接地，地線應短而粗，高頻元件周圍盡量用柵格狀大面積地箔。

（4）當工作頻率在1～10MHz時，如果采用一點接地，其地線長度不應超過波長的1/20，否則應采用多點接地法。將接地線構成閉環路。設計只由數字電路組成的印制電路板的地線系統時，將接地線做成閉環路可以明顯的提高抗噪聲能力。其原因在于：印制電路板上的很多集成電路元件，尤其遇到耗電多的元件時，因受接地線粗細的限制，會在地結上產生較大的電位差，引起抗噪聲能力下降，若將接地構成環路，則會縮小電位差值，提高電子設備的抗噪聲能力。RX2八通道遙控接收板，如圖2所示。

2.3合理設置退耦電容

性能好的高頻去耦電容可以去除高到1GHZ的高頻成份。瓷片電容或多層陶瓷電容的高頻特性較好。去耦電容有兩個作用：一方面旁路除掉該器件的高頻噪聲。數字電路中典型的去耦電容為0.1uf的去耦電容有5nH分布電感，它的并行共振頻率大約在7MHz左右，也就是說對于10MHz以下的噪聲有較好的去耦作用，對40MHz以上的噪聲幾乎不起作用。1uf，10uf電容，并行共振頻率在20MHz以上，去除高頻率噪聲的效果要好一些。在電源進入印刷板的地方和一個1uf或10uf的去高頻電容往往是有利的，即使是用電池供電的系統也需要這種電容。另一方面是本集成電路的蓄能電容，提供和吸收該集成電路開門關門瞬間的充放電能；每10片左右的集成電路要加一片充放電電容，或稱為蓄放電容，電容大小可選10uf。最好不用電解電容，電解電容是兩層溥膜卷起來的，這種卷起來的結構在高頻時表現為電感，最好使用膽電容或聚碳酸醞電容。去耦電容值的選取并不嚴格，可按C=1/f計算， 即10MHz取0.1uF。對微控制器構成的系統，取0.1～0.01uF之間都可以。退耦電容的一般配置原則是：

（1）電源輸入端跨接10～100uF的電解電容器。如有可能，接100uF以上的更好。

（2）原則上每個集成電路芯片都應布置一個0.01uF的瓷片電容，如遇印制板空隙不夠，可每4～8個芯片都應布置一個1～10uF的鉭電容。

（3）對于抗噪聲能力弱、關斷時電源變化大的器件，如RAM、ROM存儲器件，應在芯片的電源線和地線之間直接接入退耦電容。

（4）電容引線不能太長，尤其是高頻旁路電容不能有引線。

3 結語

電磁干擾信號如果處理不當，可能造成整個電路系統的無法正常工作，因此，如何防止和抑制電磁干擾，提高電磁兼容性，就成為設計無線多通道遙控PCB板時的一個非常重要的課題。同一電路，不同的PCB設計結構，其性能指標會相差很大。

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