PCB設(shè)計(jì)中的電路板抗干擾措施探析

陳奎

摘 要：改革開放以來，我國(guó)各行各業(yè)的發(fā)展都極為迅速，電子制造業(yè)也不例外。其中PCB是電子制造業(yè)中的重要板塊，其重要性也日益突出，如何進(jìn)一步強(qiáng)化印制電路板的抗干擾設(shè)計(jì)，有著十分顯著地現(xiàn)實(shí)意義。基于此，本文針對(duì)PCB設(shè)計(jì)中容易產(chǎn)生干擾的原因從抑制干擾源，直接消除干擾、切斷干擾傳遞途徑、提高敏感器件的抗干擾性能三個(gè)方面對(duì)PCB設(shè)計(jì)中的電路板抗干擾措施進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：印制電路板；抗干擾設(shè)計(jì)；措施

近年，越來越多的人開始認(rèn)識(shí)到印制板電路設(shè)計(jì)的重要性，即使電路原理圖和試驗(yàn)板試驗(yàn)正確，而印制板電路設(shè)計(jì)不當(dāng)，也會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品的性能產(chǎn)生不利影響。因此，在設(shè)計(jì)印制板電路時(shí)，不僅要考慮到印制電路板的合理布局、布線和焊盤，更要考慮到設(shè)計(jì)中的抗干擾和可靠性措施。

一、抑制干擾源，直接消除干擾

（一）慎重選用器件。選用器件時(shí)需注意元器件的老化問題，并挑選熱溫度系數(shù)小的器件。對(duì)高頻電路，應(yīng)選用適宜的芯片，以減少電路輻射。在選擇邏輯器件時(shí)，要充分考慮其噪聲容限指標(biāo)，最好用HTL型兼顧功耗，且VDD≧15V的CMOS為宜。

（二）合理安排元器件位置。首先，把整機(jī)電路按照功能分成若干個(gè)電路單元，按照電路的流程安排各個(gè)電路單元的位置，使信號(hào)流通更加順暢，并使信號(hào)盡可能保持方向一致：信號(hào)從左邊輸入、從右邊輸出，或從上邊輸入、從下邊輸出；其次，以每個(gè)功能電路的核心元件為中心，圍繞它來進(jìn)行布局。與輸入、輸出端直接相連的元件應(yīng)當(dāng)放在靠近輸入、輸出接插件或連接器的地方，元器件應(yīng)均勻、整齊、緊湊地排列在PCB上，盡量減少和縮短各元器件之間的引線和連接。強(qiáng)電部分和弱電部分、輸入級(jí)和輸出級(jí)、數(shù)字部分和模擬部分應(yīng)該分開布局；再次，在高頻下工作的電路，要考慮元器件之間的分布參數(shù)和相互間的電磁干擾，對(duì)相互可能產(chǎn)生影響或干擾的元件應(yīng)當(dāng)盡量分開或采取屏蔽措施，一般電路應(yīng)盡可能使元器件平行排列；最后，位于電路板邊緣的元器件，離電路板邊緣一般不小于2mm。

（三）使用多層印制電路板。使用多層印制電路板，可以從結(jié)構(gòu)上獲得理想的屏蔽效果。以中間層作為電源線或地線，且電源線被密封在板內(nèi)，兩面經(jīng)絕緣處理，流經(jīng)上下面的開關(guān)電流彼此不影響，并將板內(nèi)層做成大面積的導(dǎo)電區(qū)，各導(dǎo)線面之間有很大的靜電電容，形成阻抗極低的供電線路，可以有效預(yù)防輻射和接收噪聲。

二、切斷干擾傳遞途徑

（一）電源、地線處理。電源、地線之間加上去耦電容，根據(jù)印制線路板電流的大小，盡量加寬電源、地線寬度，最好是地線比電源線寬，它們的關(guān)系是地線>電源線>信號(hào)線，通常信號(hào)線寬為0.2-0.3mm，電源線為1.2-2.5mm，接地線應(yīng)在2-3mm以上。目的是減少環(huán)路電阻，同時(shí)使電源線、地線的走向和數(shù)據(jù)傳遞的方向一致，這樣有助于增強(qiáng)抗噪聲能力。用大面積銅層作地線用，在印制板上把沒被用上的地方都與地相連接，作為地線使用，或是做成多層板電源地線各占用一層。

（二）屏蔽干擾。所謂屏蔽干擾是用導(dǎo)電或?qū)Т朋w的封閉面將其內(nèi)外兩側(cè)空間進(jìn)行的電磁性隔離。因此，從其一側(cè)空間向另一側(cè)空間傳輸?shù)碾姶拍芰浚捎诮?jīng)過了屏蔽而被抑制到極微量。這種抑制效果稱為屏蔽效能或屏蔽插入衰減，用分貝表示。令空間某點(diǎn)在沒有屏蔽時(shí)的場(chǎng)強(qiáng)為EO，設(shè)屏蔽后該點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)為Ei，于是屏蔽效能S為 。屏蔽效能是頻率和材料電磁參數(shù)的函數(shù)。另外，材料的厚度和屏蔽體的連接對(duì)屏蔽效能也有顯著影響。

三、提高敏感器件的抗干擾性能

（一）使用抗干擾器件。用二極管和壓敏電阻等吸收浪涌電壓；用隔離變壓器等隔離電源噪聲；用線路濾波器等濾除一定頻段的干擾信號(hào)；用電阻器、電容器、電感器等元件的組合把干擾電壓或電流旁路、吸收、隔離、濾除、去藕等。抗干擾器件運(yùn)用如果不當(dāng)，不但不能有效減少干擾，甚至?xí)蔀樾碌母蓴_源。

（二）正確選用、安裝電容器。鉭電解電容器對(duì)低頻效果好，應(yīng)裝在電源入口處；陶瓷電容器對(duì)高頻有效，應(yīng)裝在各集成電路的近處。安裝電容器時(shí)，盡量縮短引線，但不可只求引線短而忽視安裝位置，應(yīng)將其裝在需要旁路的集成電路的VCC和GND引腳近處，否則，電容器就毫無旁路意義。板上信號(hào)導(dǎo)線阻抗不匹配會(huì)發(fā)生多次反射噪聲，在線路終端和始端接入阻抗匹配電阻，可消除干擾。當(dāng)印制導(dǎo)線較長(zhǎng)時(shí)，線路電感導(dǎo)致減幅振蕩，串入阻尼電阻，可抑制振蕩、增強(qiáng)抗干擾能力和改善波形。

（三）熱設(shè)計(jì)。首先，從有利于散熱的角度出發(fā)，印制版最好是直立安裝，板與板之間的距離一般不應(yīng)小于2cm；然后對(duì)器件在印制電路板上進(jìn)行排列時(shí)，應(yīng)考慮按其發(fā)熱量大小及耐熱程度分區(qū)排列，發(fā)熱量小或耐熱性差的器件放在冷卻氣流的入口處最上端，發(fā)熱量大或耐熱性好的器件放在冷卻氣流最下端；對(duì)于采用強(qiáng)制空氣冷卻的設(shè)備，最好是將集成電路按橫長(zhǎng)方式排列；對(duì)晶振電路設(shè)計(jì)考慮恒溫箱和單獨(dú)設(shè)計(jì)；在水平方向上，大功率器件盡量靠近印制板邊沿布置，以便縮短傳熱路徑；在垂直方向上，大功率器件盡量靠近印制板上方布置，以便減少這些器件工作時(shí)對(duì)其它器件溫度的影響。

四、結(jié)語

綜上所述，硬件的可靠性是設(shè)備的復(fù)雜性函數(shù)，為了消除一些特殊的、小概率的干擾，就要采用特殊的、更復(fù)雜的硬件抗干擾電路。過多地采用硬件抗干擾措施會(huì)明顯提高產(chǎn)品的常規(guī)成本，且硬件數(shù)量的增加還會(huì)產(chǎn)生新的干擾，導(dǎo)致系統(tǒng)的可靠性下降。所以，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)條件和目標(biāo)要求，合理采用一些硬件抗干擾措施，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。

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