PCB設(shè)計中的抗干擾技術(shù)研究

陳桄耀 王彬 葛眠俊

摘要：隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，對各種電子產(chǎn)品的需要量不斷增加。PCB設(shè)計是電路設(shè)計的重要組成部分，在其設(shè)計過程中，經(jīng)常會發(fā)生干擾較大的現(xiàn)象，對板中各種電子元器件的正常工作，會造成非常大的影響，需要認(rèn)真做好抗干擾設(shè)計工作。為此，我將要在本文中對PCB設(shè)計中抗干擾技術(shù)進(jìn)行研究，希望對促進(jìn)我國電子設(shè)計技術(shù)的發(fā)展，可以起到有利的作用。

【關(guān)鍵詞】：PCB設(shè)計;抗干擾設(shè)計;研究

1前言

在對PCB進(jìn)行設(shè)計的過程中，印制的導(dǎo)線是通過電路元件和器件來實(shí)現(xiàn)電氣連接的。PCB當(dāng)中的導(dǎo)線經(jīng)常是銅線，其往往自身就帶有一定的阻抗，還有一部分感性的成分，對信號的正常傳輸會造成比較大的影響，需要在PCB設(shè)計的過程中，及時消除印制導(dǎo)線阻抗所帶來的影響。

2印制導(dǎo)線所帶來的干擾

在PCB上的導(dǎo)線通過直流或者交流電之后，其就會呈現(xiàn)一定量的電阻或者感性，平行導(dǎo)線之間也會存在一定的電感效應(yīng)，一根導(dǎo)線上電流發(fā)生變化，就會對平行導(dǎo)線的電流造成一定的影響，這就造成了干擾現(xiàn)象的產(chǎn)生^【1】。此外，PCB板對外連線和電氣元件都有可能成為發(fā)射干擾的天線，其電阻值和阻抗值都可以通過公式計算出來。由于線路上電位差的存在，就會對其它線路或者電子元器件的工作造成干擾，一旦干擾超過一定的值，就會直接對電路的正常工作，造成非常直接的影響。

3PCB電流和導(dǎo)線寬度之間的關(guān)系

PCB上導(dǎo)線的寬度和其電流承載能力有著非常直接的關(guān)系，一般導(dǎo)線越寬，其承受電流的能力也就越強(qiáng)。在PCB制作的過程中，導(dǎo)線的寬度設(shè)計應(yīng)該能夠滿足電氣設(shè)計的要求，且還應(yīng)該便于生產(chǎn)，其允許的最小值應(yīng)該根據(jù)承受電流大小來定。

4PCB設(shè)計當(dāng)中的布線原則

在開展PCB布線的過程中，布線關(guān)系會直接決定設(shè)計成功的關(guān)鍵，PCB上銅箔導(dǎo)線的位置、密度、寬窄、間距和走線形式都會直接決定PCB的抗干擾能力，為了保證其具有較好的抗干擾能力，就需要合理進(jìn)行布線。

布線過程中板型的選擇和布線密度的選擇。在滿足布線的要求之下，應(yīng)該合理對PCB板型優(yōu)先進(jìn)行選擇，然后才能考慮雙面板和多層板。在布線密度的設(shè)計過程中，應(yīng)該盡量保證電路結(jié)構(gòu)的合理性，布線結(jié)構(gòu)也應(yīng)該盡量簡單和均勻。

合理對布線的線寬和間距進(jìn)行選擇。在PCB進(jìn)行布線的過程中，其最小寬度應(yīng)該由導(dǎo)線流過電流大小和絕緣板基板間的粘附強(qiáng)度所決定。導(dǎo)線的寬度正常情況下不應(yīng)該低于8米爾，如果需要，可以適當(dāng)增加導(dǎo)線的寬度。如果銅箔的厚度在2米爾，導(dǎo)線的寬度一般可以設(shè)定在60米爾即可。如果沒有特別的要求，布線的寬度可以選擇在8-12米爾左右。在普通數(shù)字電路的設(shè)計過程中，導(dǎo)線的寬度可以選擇在2-2.8米爾，電源和地線的寬度應(yīng)該盡量寬，地線的寬度應(yīng)該大于電源線，如果電源線的寬度大于信號線的寬度，可以采用敷銅接地處理。在PCB的布線設(shè)計過程中，應(yīng)該盡量避免輸入端和輸出端的導(dǎo)線出現(xiàn)交叉的現(xiàn)象，可以通過在線路間增加電容的方式，來避免發(fā)生反饋耦合的情況^【2】。導(dǎo)線之間的間距應(yīng)該盡量大于線寬，其最小值的設(shè)置應(yīng)該由線間的絕緣電阻和擊穿電壓所決定，其間距設(shè)計在5-8米爾相對比較合理。

對走線形式的選擇。在對導(dǎo)線進(jìn)行印制的過程中，應(yīng)該盡量對導(dǎo)線進(jìn)行短布。如果是高頻電路設(shè)計，其導(dǎo)線應(yīng)該設(shè)計成拐彎狀。如果將導(dǎo)線設(shè)計成直角狀態(tài)，就會直接影響其電氣特性，一般選擇45度或者圓弧形設(shè)計形式，但不應(yīng)該采用90度的折彎設(shè)計形式。如果對PCB采用的是雙面布線的形式，兩面的布線應(yīng)該盡量采用正交垂直的形式，避免板間出現(xiàn)寄生耦合的現(xiàn)象。

做好對電源線和地線的處理。在對PCB進(jìn)行布線的過程中，應(yīng)該及時采取措施，盡量降低電源線和地線的阻抗，避免公共阻抗、串?dāng)_和反射造成的波形畸變和振蕩現(xiàn)象。在對電源線寬度的設(shè)計過程中，導(dǎo)線的寬度應(yīng)該盡量選擇在48-100米爾之間，如果條件允許，可以適當(dāng)提高電源線的寬度，同時必滿環(huán)路的電阻過大，盡量保持電源線、地線走向和信號流的方向一致，進(jìn)一步提升PCB的抗噪聲能力。

電源設(shè)計當(dāng)中應(yīng)該把握的原則。隨著電路規(guī)模的不斷增加，電路當(dāng)中各種電源的種類和數(shù)量也在不斷增加，如果電源的分布比較簡單，可以將所有的電源匯總為一路。對于復(fù)雜的電路，可以將電路直接分為若干模塊，并盡量保持電源數(shù)量的不變。如果設(shè)計電源的電壓等級不同，就應(yīng)該根據(jù)其電氣特性，按照就近的原則進(jìn)行誰，讓多點(diǎn)電源盡量分布在各自的電路模塊之中。在具體進(jìn)行布線的過程中，如果各模塊電源和地線擁有公共的布線電阻，一旦其中任何一個模塊發(fā)生了變化，就會直接對基板的工作造成影響。因此，基板電源地線的分布應(yīng)該各自引出，即使由于電流變化造成了電壓降，也僅僅是停留在了該模塊之上，并不會對其它模塊的正常工作造成影響^【3】。

地線的設(shè)計原則。為了有效消除電磁干擾，一個比較好的手段就是進(jìn)行接地處理，在實(shí)際進(jìn)行接地設(shè)計過程中，應(yīng)該把握以下的原則：一、如果線路流經(jīng)的信號1兆赫茲，布線和元器件之間的電感影響就會相對較小，但接地電路所形成的干擾卻往往比較大，對于工作頻率高于1兆赫茲的信號，如果采用單點(diǎn)接地的形式，其接線的長度不應(yīng)該超過波長的二十分之一。如果線路的信號頻率高于10兆赫茲，其接地電阻就會變得非常大，就需要想辦法來降低接地電阻，這時就可以采用多點(diǎn)接地的形式。對于模擬地和數(shù)字地的地應(yīng)該盡量分開來布，低頻電路可以采用單點(diǎn)并聯(lián)的形式，如果布線有困難，可以采用串聯(lián)之后再并聯(lián)的接地方法。對于高頻和數(shù)字信號，需要屏蔽電纜兩端都進(jìn)行接地，讓交流中線和直流地嚴(yán)格分開，避免它們之間產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾，進(jìn)一步保證系統(tǒng)的穩(wěn)定工作。

接地線應(yīng)該盡量采用加粗處理的方式。如果接地線路過細(xì)，將其接地電位就會隨著電位的增加而增加，其上面的噪音也會相對較高。因此，對接地線路應(yīng)該盡量采用加粗處理，其應(yīng)該流過電路板允許流過電流值的三倍以上，接地線的寬度應(yīng)該盡量設(shè)計在80-120米爾左右。

盡量使用大面積的銅箔。可以使用大面積的銅層對未布線區(qū)域進(jìn)行填充，但應(yīng)該避免使用大面積的實(shí)心銅箔，其在常時間的發(fā)熱之后，很容易發(fā)生銅箔起皮脫落的情況，可以采用柵格的設(shè)計方式，這更加有利于排除銅箔和基板之間的粘合劑由于受熱而發(fā)出揮發(fā)性的氣體。在高頻元件的周圍，應(yīng)該盡量采用柵格大面積銅箔，對貫穿的引腳也應(yīng)該采用熱焊盤的處理方式。

盡量保持布線的美觀。在開展PCB布線設(shè)計的過程中，應(yīng)該保證器件整齊排列，盡量保證走線的美觀程度。在保證布線滿足國際標(biāo)準(zhǔn)要求之下，應(yīng)該盡量保證布線的美觀性，對于暴露在用戶面前的電路部分，如果布線不合理，就會直接影響到產(chǎn)品的形象。

接地線構(gòu)成閉環(huán)的形式。在進(jìn)行數(shù)字電路的設(shè)計過程中，通過將線路設(shè)計成閉路的形式，可以進(jìn)一步提升其抗噪聲的能力。這主要是由于，在印刷電路板上有非常多的集成電路元件，受到接地線粗細(xì)的影響，如果在其上存在過大的電位差，就會直接導(dǎo)致其抗噪聲的能力下降。為了有效避免這個問題，可以將地線做出環(huán)路的形式，進(jìn)一步縮小電位差，有效提升電子設(shè)備的抗噪聲能力。

焊盤的中心的引線也應(yīng)該比其它引線直徑稍大一些為好，可以有效避免焊盤過大導(dǎo)致虛焊的產(chǎn)生。焊盤的外徑在通常的情況下，應(yīng)該不小于1.2毫米。

結(jié)語

隨著時代的不斷發(fā)展，對PCB的設(shè)計需求不斷增加。針對當(dāng)前PCB設(shè)計中抗干擾能力不足的現(xiàn)狀，應(yīng)該引起足夠的重視，認(rèn)真分析干擾的來源，并及時采用一些有效的抗干擾措施，避免其干擾過大情況的出現(xiàn)。

結(jié)語

[1]關(guān)于電子電路設(shè)計中的抗干擾措施[J]. 梁偉.??課程教育研究.?2017（08）：22-23.

[2]電子電路設(shè)計常用調(diào)試方法與步驟[J]. 張泓.??電子技術(shù)與軟件工程.?2016（24）：37-38.

[3]電子電路設(shè)計中接地技術(shù)的分析[J]. 范文奇，趙安英.??電子世界.?2017（01）：55-56.