PCB設(shè)計(jì)中抗干擾技術(shù)的相關(guān)研究

吳干琴

摘要：本文針對PCB電路板抗干擾設(shè)計(jì)進(jìn)行深入分析與研究，明確元器件布局規(guī)則以及電路系統(tǒng)產(chǎn)生噪聲干擾的因素，確保整個(gè)電路元器件設(shè)計(jì)符合要求。根據(jù)不同干擾問題構(gòu)建不同電路模型，分別找出發(fā)生干擾問題的主要原因，并按照干擾的特點(diǎn)和不同的特性采取有效的解決方案，更好解決PCB設(shè)計(jì)中抗干擾的問題。

關(guān)鍵詞：PCB;設(shè)計(jì);抗干擾;技術(shù)

一、PCB信號完整性

信號完整性就是要保證在實(shí)際信號傳輸中確保符合額定計(jì)算機(jī)時(shí)間順序，電壓和電平數(shù)值良好的信號需要確保整個(gè)數(shù)字信號傳輸符合額定電壓的要求。在信號傳輸中要根據(jù)額定數(shù)據(jù)達(dá)成電路，如果信號傳輸中無法響應(yīng)，那么就會使整個(gè)信號的完整性受到干擾，在振蕩電路中能量逐漸消失，這也會造成提前觸發(fā)保護(hù)電路等異常問題。在PCB板設(shè)計(jì)中相關(guān)的信號完整性具有串?dāng)_地盤信號延遲等各種異常情況，其中反射是非常普遍的干擾性。當(dāng)源和源之間有不匹配的阻抗時(shí)，信號線上會有大量的反射現(xiàn)象，部分電壓的反射回源端也會受到影響，屬于欠阻尼狀態(tài)的振鈴會影響系統(tǒng)的響應(yīng)振動效果。重點(diǎn)對整個(gè)PCB板設(shè)計(jì)的反射進(jìn)行嚴(yán)格控制。串?dāng)_問題是受到磁場之間的干擾而產(chǎn)生互相耦合引起的干擾問題，在兩條平均線之間的串?dāng)_會隨著變化的長度而變大，兩者之間具有正相關(guān)的聯(lián)系，而且串?dāng)_也會隨著兩線之間的距離增加而顯著減小。為了避免串?dāng)_現(xiàn)象的發(fā)生，可以在布線條件允許的情況下，適當(dāng)拉開兩線之間的距離，減少平行信號的長度。

二、PCB電磁兼容

PCB作為電子產(chǎn)品中最重要的組成部分，如果受到干擾問題很容易使整個(gè)電子設(shè)備無法運(yùn)行，所以要高度重視對電磁兼容，有效解決信號抗干擾的問題。在PCB實(shí)際設(shè)計(jì)中要想解決電磁兼容問題，就必須消除電磁干擾，而電磁干擾會導(dǎo)致元件或PCB走線中的信號顯著降低，PCB完整電子、噪音、電子干擾共有三個(gè)基本要素，在電路系統(tǒng)中發(fā)生電磁干擾時(shí)，需要產(chǎn)生電磁干擾源，其次要有容易受到干擾的敏感設(shè)備，或者存在傳輸電磁干擾源的有害電磁能量。PCB設(shè)計(jì)電磁干擾則需要從這三個(gè)因素中快速分析與判斷并有效解決電磁干擾的情況，電磁干擾源也被稱之為噪聲源。干擾耦合分為傳導(dǎo)耦合和輻射耦合，不同干擾源又分為自然干擾源和人工干擾源，按照不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，電磁干擾源也可分為不同的類別，自然干擾源指地球內(nèi)外產(chǎn)生的無控制電磁干擾，包括大氣電磁波、地磁電磁波、摩擦力等人造干擾源的因素非常廣泛，包括工業(yè)、醫(yī)療、通訊、家庭等多個(gè)場景，這些電信干擾源還包括雷達(dá)、無線電、廣播等。

三、PCB干擾源的設(shè)計(jì)原則

在PCB設(shè)計(jì)中要想提高抗干擾能力，就必須要高度重視對整個(gè)電路原理圖轉(zhuǎn)化為具體產(chǎn)品，明確合理的布局，效果良好的布局也能夠提高電路板系統(tǒng)的整體性能，如果布局不正確，組件的完整性將異常。在PCB組件的正確設(shè)計(jì)中，如果配置不當(dāng)，還會發(fā)生組件之間的相互干擾，從而導(dǎo)致電路板故障。為了達(dá)成預(yù)期的工作需求。對整個(gè)模擬電路以及加大電流開關(guān)等對產(chǎn)生的噪聲電路布局合理分開。通過減少耦合來起到消除干擾源的作用。對于模擬轉(zhuǎn)換元件可以在模數(shù)電路交接處進(jìn)行控制，對于易受干擾的高頻元件，要盡量拉開一定的距離，并且與相鄰的信號線預(yù)防干擾，如果元器件容易發(fā)熱，則需要遠(yuǎn)離熱敏元件，避免出現(xiàn)誤觸，或者在E發(fā)熱元器件下方設(shè)置開孔有效散熱，在實(shí)際設(shè)計(jì)中需要對元件變壓器，在不影響其他元件擺放的情況下放置在版面中心，如若出現(xiàn)引腳問題無法確保元件穩(wěn)固效果，可以預(yù)留兩個(gè)小孔之后，用扎帶進(jìn)行捆扎，保證元件的穩(wěn)固性，還可以對進(jìn)行有效調(diào)節(jié)，盡量保證容易操作，在原始布局中，必須盡量避免電路板的邊緣。在實(shí)際電路基板制造中，雖然不是獨(dú)立制造的，但有很多由多個(gè)基板連接的基板表面。在實(shí)際生產(chǎn)中PCB板可以實(shí)現(xiàn)8連版，這樣就能夠提高生產(chǎn)效率。分開后可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，如果焊孔或者傳輸距離過大也會造成干擾問題，在不影響電路板具體功能的條件下，要根據(jù)元件布置特點(diǎn)進(jìn)行分析，充分提高元件控制的美觀性、整齊性，而嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牟季?，效果可以起到良好的抗干擾作用，也能夠有效降低生產(chǎn)成本。

四、合理布線

在地磁中兩條導(dǎo)線之間會產(chǎn)生明顯的電子感應(yīng)，所以印刷電路板在布局時(shí)要充分考慮元件的布局以及信號布局，通過在印刷電路板中的銅模線采用45度折線的方式，來盡量縮減高頻信號，對周邊元器件造成的干擾，而為了減小全線上信號出現(xiàn)交叉干擾的問題，需要增加線之間的間距，由于電子產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，版面集成度也越來越高。所以對于輸變電流可以采用短且寬的走線方式，保證高速電路的地線短且直。而電路板上同時(shí)有數(shù)字電路和模擬電路時(shí)，接線時(shí)請盡量分離，不要接近混合線。電路基板上只有數(shù)字電路時(shí)，需要采用閉合線圈方式，有效減少電阻。

五、PCB電路板抗干擾的設(shè)計(jì)

（一）PCB熱干擾中抑制

在元器件工作時(shí)都會產(chǎn)生大量的熱，如果有大電流功率器件產(chǎn)生熱會影響周邊元器件的溫度，從而影響元器件的運(yùn)行。如果沒有及時(shí)有效消除熱量，會給整個(gè)電路的電學(xué)性質(zhì)造成影響。對于發(fā)熱器件以及溫度敏感器件的放置應(yīng)該單獨(dú)設(shè)置成獨(dú)立功能模塊在系統(tǒng)邊緣處要保證良好的散熱效果，對于大功率器件的設(shè)計(jì)也要靠近系統(tǒng)的邊緣，并且在分布設(shè)置中要將發(fā)熱器件放置在整板上方，確保整個(gè)電路板的影響降至最低，對于溫度敏感器件則應(yīng)該放置在最低區(qū)域內(nèi)，遠(yuǎn)離最大功率器件，保證整個(gè)工作環(huán)境得到有效控制，對于器件的排序連接需要以空氣散熱為主，通常而言，設(shè)備內(nèi)部要保證對氣流的快速散熱減少功率，對整個(gè)系統(tǒng)的溫度干擾。為了抑制微控制器數(shù)字元件電路上的高輸出設(shè)備的干擾和模擬電路上的數(shù)字電路的干擾，數(shù)字接地和模擬接地連接時(shí)需要使用高頻扼流圈。在公共接地點(diǎn)。是圓筒形的鐵氧體磁性體，軸向有多個(gè)孔，粗銅線纏繞12圈。這種設(shè)備可以被視為低頻信號的阻抗為零，對高頻信號的干擾可以看作電感器。

（二）PCB設(shè)計(jì)中共阻抗干擾及抑制

共阻干擾是整個(gè)PCB干擾最常見的問題。通常是指兩個(gè)回路以上共用一段地線而不同回路電流在共用地線上會產(chǎn)生一定的壓降，當(dāng)信號頻率小于一赫茲時(shí)，布線和器件之間的敏感性會降低，這也會導(dǎo)致接地電路形成強(qiáng)大的干擾，對于同級電路中的接地點(diǎn)，要盡量保證集中，為了避免電磁干擾的情況，可以在t線周邊設(shè)置電路板，如果高頻電路中PCB電板上有不同面積的分布，要盡量減少d線的干擾問題，從而有效削弱地線，高頻信號對整個(gè)電磁干擾得到有效屏蔽電線過氣也會使整個(gè)電位隨電流的變化而不斷變化，確保整個(gè)電子設(shè)備信號的穩(wěn)定性降低抗造性能，此外，在模擬地和數(shù)字地隔離中要提高數(shù)字信號的穩(wěn)定性，對于地線電平的波動，可能導(dǎo)致整個(gè)數(shù)字信號發(fā)生錯(cuò)亂而產(chǎn)生各種各樣的噪音，所以對數(shù)字地和模擬地需要分別對電源接地連接，通過磁珠或0歐姆電阻實(shí)現(xiàn)供地設(shè)置。連接印刷電路板以外的信號線時(shí)，通常使用屏蔽電纜。高頻信號和數(shù)字信號時(shí)，屏蔽電纜的兩端必須接地。低頻模擬信號的屏蔽電纜時(shí)，需要將一端接地。對干擾和干擾非常敏感的電路，特別是有高頻干擾的電路，必須用金屬罩進(jìn)行屏蔽。鐵磁屏蔽對500KHz高頻干擾的效果不明顯，薄銅的屏蔽效果更好。使用螺釘固定屏蔽時(shí)，請注意不同材料的接觸引起的電位差引起的腐蝕。集成電路的電源和接地之間的去耦電容器有兩個(gè)功能。一個(gè)是集成電路的能量存儲電容器，另一個(gè)是繞過設(shè)備的高頻噪聲。

（三）電磁干擾及抑制

電磁干擾是受到電磁效應(yīng)引起的，因?yàn)閜cb電路板上的元器件越來越緊密，如果沒有進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，必然會造成電磁干擾等問題，對于電源布線信號布線的電磁干擾需要采取不同的抑制措施，當(dāng)電源布線中引起電磁干擾現(xiàn)象，整個(gè)系統(tǒng)的電流都會連接到電源線和地線中。電源和地線的布局盡量保證減少電流帶來的壓降還要確保整個(gè)電源輸入端并聯(lián)入較大的濾波電容起到良好的旁路濾波效果使整個(gè)電源保持平穩(wěn)地線要靠近供電電源母線和信號線因?yàn)槁╇姇a(chǎn)生回路電感，地線靠近也會造成回路的面積減少，電感量縮減，影響了電磁干擾的耦合效果。為了避免出現(xiàn)信號干擾等問題，對于不同的單元電路需要分開設(shè)置，例如數(shù)字電路和模擬電路，高頻電路和低頻電路需要進(jìn)行合理布線，而且布線圖形需要保證信號流通的拐角，不小于90度的折線，可以利用屏蔽技術(shù)，注重對強(qiáng)電和弱電之間的有效隔離，避免出現(xiàn)串?dāng)_的問題，在器件的運(yùn)用中也要保持合理不能使用過大的電器件而器件抑制安排，需要盡量產(chǎn)生電磁干擾的元器件，保持距離和間隔，對輸入器件與輸出器件，真正做到遠(yuǎn)距離提高安全接地的設(shè)計(jì)效果。

結(jié)束語：

硬件可靠性是設(shè)備復(fù)雜性的函數(shù)，因此為了排除特殊的、低概率的干擾，需要采用特殊的、更復(fù)雜的硬件抗干擾電路。但是，如果過度使用硬件抗干擾措施，則會大幅增加產(chǎn)品的傳統(tǒng)成本，而硬件數(shù)量增加會產(chǎn)生新的干擾，從而降低系統(tǒng)的可靠性。為了提高系統(tǒng)的抗干擾功能，必須根據(jù)設(shè)計(jì)條件和目標(biāo)要求合理采用硬件抗干擾措施。

參考文獻(xiàn)

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