一種主板抗干擾設計方法

林俊峰

摘要：伴隨著各種電子類產(chǎn)品的功能日益增加，電路板卻越來越小，芯片工藝改進，集成度不斷提高，防護性能卻沒有相應提升，仍舊沿用早期設計，而且隨著I/O速率提高，大部分I/O口均采用MOS管方式驅動，導致防護能力較弱，在主板工作時如果走線受到外來干擾（如空氣接觸或探針探測等），極易導致主板工作異常、數(shù)據(jù)被探測到或者受外來干擾影響而導致主板不能正常工作。目前主板的抗干擾設計采用的方法已不能滿足要求或者成本浪費較大，文章提出一種低成本的可控抗干擾思路并進行論證。

關鍵詞：I/O口； MOS管；抗干擾

伴隨著各種電子類產(chǎn)品的功能越來越強大，而電路板卻越來越小，芯片工藝改進，集成度不斷提高，防護性能卻沒有相應提升，仍舊沿用早期設計，防護能力較弱，在主板工作時段，如果走線受到外來干擾（如空氣接觸或探針探測等），極易導致主板工作異常、數(shù)據(jù)被探測到或者受外來干擾影響而導致主板不能正常工作，而產(chǎn)品出廠過認證必須過相應的設計，抗干擾設計一直都是各設計機構和團隊研究的課題。

1 當前存在問題

目前主板的抗干擾設計，主要是在印制電路板（Printed Circuit Board，PCB）布線設計時采用表面大面積鋪地、是走線不走表層或者增加昂貴的抗干擾器件的形式來實現(xiàn)。這種方式會增加成本，而且造成空間上較大的浪費，而且需要將所有的地相連接，一旦主板上某個地方產(chǎn)生干擾信號，根據(jù)干擾回路走向電阻電小原一般原則，可以知道干擾信號的走向不規(guī)則，無法預測，會影響主板的正常工作，主板上的干擾也很難消除，如設計不當可能進一步減弱整體抗干擾能力，適得其反[1]。

2 解決思路

本文提出一種新的解決思路，通過一種新的干擾引導線設計，通過引入一種新的接地方式，并且單向二極管來隔離干擾信號方向，引導干擾信號路徑，以達到抗干擾目標，同時可以減少材料成本投入。

3 解決方法

3.1 最小電路單元設計

本文設計的主板抗干擾電路，基本結構如圖1所示，在主板上設有保護電路模塊、干擾引導線及導流二極管組成最小保護單元，標識4號線為需要保護的信號線，標識1和5為PCB板上無走線區(qū)域，工藝上用阻焊油覆蓋，標識2為干擾引導線前端，標識6為干擾信號引導線末端，標識8為干擾阻焊開窗，該窗口上面不覆蓋阻焊油，標識3為導流二極管，干擾引導線的前端連接至干擾引導線的末端形成閉合的包圍空間，需保護電路模塊和易受干擾信號線位于該包圍空間內(nèi)，干擾引導線通過連接線與導流二極管的正極連接，導流二極管的負極通過連接線連接到主板電源地，在設計上，主板可以是PCBA（Printed Circuit Board +Assembly）電路主板或柔性電路主板（Flexible Printed Circuit，F(xiàn)PC），干擾引入窗口的橫截面為方形、圓形或橢圓形或者其他形狀。

3.2 保護電路工作過程

擴展到整個主板的保護上面，如圖2所示，主板在原理設計上加入n（n≥1）個保護電路模塊1，具體到設計上對每個保護電路模塊1分解，通過增加干擾引導線2，并以二極管3單向連接電源地（接地）來實現(xiàn)控制干擾信號釋放路徑，干擾引導線2環(huán)繞于易受干擾信號線，同時干擾引導線2上部分放置阻焊開窗7，定向引導外來干擾信號，干擾引導線2通過至少一個二極管3單向連接電源地，達到單向引導干擾信號方向作用，同時又防止電源地上的干擾串到干擾引導線2上面。通過干擾引導線2實現(xiàn)對干擾信號的引導、吸收，多重保護達到引導干擾信號泄放，從而實現(xiàn)電路良好抗干擾性能[2]。

3.3 電路應用

本文以一個帶有音頻和視頻信號的4芯耳機電路為例子，描述在實際電路中的應用場景，如圖3所示，選取的耳機型號為通用的PJ-392耳機插座，在電路圖中位號為JP1，JP1的第一端口接圣板地，第二端口接右聲道輸出信號線ROUT，第四端口接左聲道輸出信號線LOUT，第六端口接復合視頻廣播信號線CVBS_OUT，右聲道輸出信號線ROUT、左聲道輸出信號線LOUT和復合視頻廣播信號線CVBS_OUT為易受干擾信號線，即需保護的信號線，D1和D2為導流二極管，同時板上放置若干個阻焊開窗，在主板帶電調(diào)試過程中，LOUT， ROUT和CVBS_OUT信號如果受到外界的干擾，則干擾會通過這3根信號線傳導到后端的主芯片引腳上，從而導致主芯相關模塊損壞。常見的干擾是人體靜電接觸干擾，有一種情況就是人體手指空氣放電干擾，在本文的設計中，如果帶靜電的手指靠近LOUT/ROUT/CVBS_OUT之一時，由于這3根信號線由阻焊油覆蓋，阻焊開窗口示覆蓋阻焊油，干擾能量會優(yōu)先從阻值小的路徑泄放，即干擾能量會從阻焊開窗進入，而不會從LOUT/ROUT/CVBS_OUT之一進入，然后干擾能量會通過外圍的閉環(huán)路徑最終通過導流管D1和D2泄放到主板地，從而起到保護作用[3]。

在整主板的保護電路中，整個主板包括模塊較多，以某機頂盒為例，共有音頻輸出接口，外接存儲接口，調(diào)試接口，外置USB模塊，高清晰度多媒體接口（High Definition Multimedia Interface，HDMI）輸出口，以太網(wǎng)模塊等6個需保護模塊，根據(jù)本文提出的保護方法，對主板加以改造，均達到良好的抗干擾目的，在實際生產(chǎn)中良品率較原設計有明顯提升。

4 結語

本文分析了當前主板抗干擾設計上存在的一些不足，在實踐的基礎上，提出了一種新的抗干擾電路，通過引入干擾引導線、阻焊開窗、導流二級管等設計，再由這些關鍵設計組合形成一個完整的抗干擾設計單元，并把設計單元擴展到整個主板上，從原理和實踐結果分析了方案的可行性，并且得出結論。目前該方案已經(jīng)在產(chǎn)品設計上推廣使用，效果明顯，同時在材料清單上只加入二極管單元，成本也得到良好控制，達到預期設計目的，對后續(xù)類似電路設計具有極大參考意義。

[參考文獻]

[1]胡漢才.單片機原理及系統(tǒng)設計[M].北京：清華大學出版社，2002.

[2]高輝.智能食品的抗干擾技術[J].工業(yè)儀表與自動化裝置，2000（4）：63-66.

[3]國家質量技術監(jiān)督局.GB 17626.2—1998電磁兼容性試驗和測量技術靜電放電抗擾度試驗[M].北京：中國標準出版社，1998.