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技術(shù)論壇

每一個(gè)PCB工程師都應該掌握的抗干擾設計

來(lái)源: 時(shí)間:2022-04-20 16:19:01 瀏覽次數:

抗干擾問(wèn)題是現代電路設計中一個(gè)很重要的環(huán)節,它直接反映了整個(gè)系統的性能和工作的可靠性。對PCB工程師來(lái)說(shuō),抗干擾設計是大家必須要掌握的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

PCB板中干擾的存在

 

在實(shí)際研究中發(fā)現,PCB板的設計主要有四方面的干擾存在:電源噪聲、傳輸線(xiàn)干擾、耦合和電磁干擾(EMI)。

1、電源噪聲

高頻電路中,電源所帶有的噪聲對高頻信號影響尤為明顯。因此,首先要求電源是低噪聲的。在這里,干凈的地和干凈的電源同樣重要。


電源特性

2、傳輸線(xiàn)

在PCB中只可能出現兩種傳輸線(xiàn):帶狀線(xiàn)和微波線(xiàn)。傳輸線(xiàn)最大的問(wèn)題就是反射,反射會(huì )引發(fā)出很多問(wèn)題,例如負載信號將是原信號與回波信號的疊加,增加信號分析的難度;反射會(huì )引起回波損耗(回損),其對信號產(chǎn)生的影響與加性噪聲干擾產(chǎn)生的影響同樣嚴重。

3、耦合

干擾源產(chǎn)生的干擾信號是通過(guò)一定的耦合通道對電控系統發(fā)生電磁干擾作用的。干擾的耦合方式無(wú)非是通過(guò)導線(xiàn)、空間、公共線(xiàn)等作用在電控系統上。分析下來(lái)主要有以下幾種:直接耦合、公共阻抗耦合、電容耦合、電磁感應耦合、輻射耦合等。


公共阻抗耦合

4、電磁干擾(EMI)

電磁干擾EMI有傳導干擾和輻射干擾兩種。傳導干擾是指通過(guò)導電介質(zhì)把一個(gè)電網(wǎng)絡(luò )上的信號耦合(干擾)到另一個(gè)電網(wǎng)絡(luò )。輻射干擾是指干擾源通過(guò)空間把其信號耦合(干擾)到另一個(gè)電網(wǎng)絡(luò )。在高速PCB及系統設計中,高頻信號線(xiàn)、集成電路的引腳、各類(lèi)接插件等都可能成為具有天線(xiàn)特性的輻射干擾源,能發(fā)射電磁波并影響其他系統或本系統內其他子系統的正常工作。


PCB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(zhù)密切的關(guān)系,接下來(lái),我們僅就PCB抗干擾設計的幾項常用措施做一些說(shuō)明。

1、電源線(xiàn)設計

根據印制線(xiàn)路板電流的大小,盡量加租電源線(xiàn)寬度,減少環(huán)路電阻。同時(shí)、使電源線(xiàn)、地線(xiàn)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、地線(xiàn)設計

地線(xiàn)設計的原則是:

(1)數字地與模擬地分開(kāi)。若線(xiàn)路板上既有邏輯電路又有線(xiàn)性電路,應使它們盡量分開(kāi)。低頻電路的地應盡量采用單點(diǎn)并聯(lián)接地,實(shí)際布線(xiàn)有困難時(shí)可部分串聯(lián)后再并聯(lián)接地。高頻電路宜采用多點(diǎn)串聯(lián)接地,地線(xiàn)應短而租,高頻元件周?chē)M量用柵格狀大面積地箔。

 

(2)接地線(xiàn)應盡量加粗。若接地線(xiàn)用很細的線(xiàn)條,則接地電位隨電流的變化而變化,使抗噪性能降低。因此應將接地線(xiàn)加粗,使它能通過(guò)三倍于印制板上的允許電流。如有可能,接地線(xiàn)應在2~3mm以上。

(3)接地線(xiàn)構成閉環(huán)路。只由數字電路組成的印制板,其接地電路布成團環(huán)路大多能提高抗噪聲能力。

3、退耦電容配置

PCB設計的常規做法之一是在印制板的各個(gè)關(guān)鍵部位配置適當的退耦電容。

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(gè)集成電路芯片都應布置一個(gè)0.01pF的瓷片電容,如遇印制板空隙不夠,可每4~8個(gè)芯片布置一個(gè)1 ~ 10pF的電容。

(3)對于抗噪能力弱、關(guān)斷時(shí)電源變化大的器件,如 RAM、ROM存儲器件,應在芯片的電源線(xiàn)和地線(xiàn)之間直接接入退耦電容。

(4)電容引線(xiàn)不能太長(cháng),尤其是高頻旁路電容不能有引線(xiàn)。

4、PCB設計中消除電磁干擾的方法

(1)減小環(huán)路:每個(gè)環(huán)路都相當于一個(gè)天線(xiàn),因此我們需要盡量減小環(huán)路的數量,環(huán)路的面積以及環(huán)路的天線(xiàn)效應。確保信號在任意的兩點(diǎn)上只有唯一的一條回路路徑,避免人為環(huán)路,盡量使用電源層。

(2)濾波:在電源線(xiàn)上和在信號線(xiàn)上都可以采取濾波來(lái)減小EMI,方法有三種:去耦電容、EMI濾波器、磁性元件。


濾波器的類(lèi)型

(3)屏蔽。

(4)盡量降低高頻器件的速度。

(5)增加PCB板的介電常數,可防止靠近板的傳輸線(xiàn)等高頻部分向外輻射;增加PCB板的厚度,盡量減小微帶線(xiàn)的厚度,可以防止電磁線(xiàn)的外溢,同樣可以防止輻射。


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