PCB板的抗干擾設(shè)計
PCB板抗干擾設(shè)計的基本任務(wù)是系統(tǒng)或裝置既不因外界電磁干擾影響而誤動作或喪失功能,也不向外界發(fā)送過大的噪聲干擾,以免影響其他系統(tǒng)或裝置正常工作。因此提高系統(tǒng)的抗干擾能力也是該系統(tǒng)設(shè)計的一個重要環(huán)節(jié)。
電路抗干擾設(shè)計原則匯總:
1
電源線的設(shè)計
選擇合適的電源;
盡量加寬電源線;
保證電源線、底線走向和數(shù)據(jù)傳輸方向一致;
使用抗干擾元器件;
電源入口添加去耦電容(10~100µF)。
2
地線的設(shè)計
模擬地和數(shù)字地分開;
盡量采用單點接地;
盡量加寬地線;
將敏感電路連接到穩(wěn)定的接地參考源;
對PCB板進(jìn)行分區(qū)設(shè)計,把高帶寬的噪聲電路與低頻電路分開;
盡量減少接地環(huán)路(所有器件接地后回電源地形成的通路叫“地線環(huán)路”)的面積。
3
元器件的配置
不要有過長的平行信號線;
保證PCB的時鐘發(fā)生器、晶振和CPU的時鐘輸入端盡量靠近,同時遠(yuǎn)離其他低頻器件;
元器件應(yīng)圍繞核心器件進(jìn)行配置,盡量減少引線長度;
對PCB板進(jìn)行分區(qū)布局;
考慮PCB板在機箱中的位置和方向;
縮短高頻元器件之間的引線。
4
去耦電容的配置
每10個集成電路要增加一片充放電電容(10uF);
引線式電容用于低頻,貼片式電容用于高頻;
每個集成芯片要布置一個0.1µF的陶瓷電容;
對抗噪聲能力弱,關(guān)斷時電源變化大的器件要加高頻去耦電容;
電容之間不要共用過孔;
去耦電容引線不能太長。
5
降低噪聲和電磁干擾原則
盡量采用45°折線而不是90°折線(盡量減少高頻信號對外的發(fā)射與耦合);
用串聯(lián)電阻的方法來降低電路信號邊沿的跳變速率;
石英晶振外殼要接地;
閑置不用的們電路不要懸空;
時鐘垂直于IO線時干擾小;
盡量讓時鐘周圍電動勢趨于零;
IO驅(qū)動電路盡量靠近PCB的邊緣;
任何信號不要形成回路;
對高頻板,電容的分布電感不能忽略,電感的分布電容也不能忽略;
通常功率線、交流線盡量在和信號線不同的板子上。
6
其他設(shè)計原則
CMOS的未使用引腳要通過電阻接地或接電源(通常直接接地);
用RC電路來吸收繼電器等原件的放電電流;
總線上加10kΩ左右上拉電阻有助于抗干擾;
采用全譯碼有更好的抗干擾性;
元器件不用引腳通過10k電阻接電源;
總線盡量短,盡量保持一樣長度;
兩層之間的布線盡量垂直;
發(fā)熱元器件避開敏感元件;
正面橫向走線,反面縱向走線,只要空間允許,走線越粗越好(僅限地線和電源線);
要有良好的地層線,應(yīng)當(dāng)盡量從正面走線,反面用作地層線;
保持足夠的距離,如濾波器的輸入輸出、光耦的輸入輸出、交流電源線和弱信號線等;
長線加低通濾波器。走線盡量短截,不得已走的長線應(yīng)當(dāng)在合理的位置插入C、RC、或LC低通濾波器;
除了地線,能用細(xì)線的不要用粗線。
7
布線寬度和電流
一般寬度不宜小于0.2.mm(8mil);
在高密度高精度的PCB上,間距和線寬一般0.3mm(12mil);
當(dāng)銅箔的厚度在50um左右時,導(dǎo)線寬度1~1.5mm(60mil) = 2A;
公共地一般80mil,對于有微處理器的應(yīng)用更要注意。
8
電源線
電源線盡量短,走直線,最好走樹形,不要走環(huán)形。
9
布局
首先,要考慮PCB尺寸大小。PCB尺寸過大時,印制線條長,阻抗增加,抗噪聲能力下降,成本也增加;過小,則散熱不好,且鄰近線條易受干擾。
在確定PCB尺寸后.再確定特殊元件的位置。最后,根據(jù)電路的功能單元,對電路的全部元器件進(jìn)行布局。
在確定特殊元件的位置時要遵守以下原則:
盡可能縮短高頻元器件之間的連線,設(shè)法減少它們的分布參數(shù)和相互間的電磁干擾。易受干擾的元器件不能相互挨得太近,輸入和輸出元件應(yīng)盡量遠(yuǎn)離。
某些元器件或?qū)Ь€之間可能有較高的電位差,應(yīng)加大它們之間的距離,以免放電引出意外短路。帶高電壓的元器件應(yīng)盡量布置在調(diào)試時手不易觸及的地方。
重量超過15g的元器件、應(yīng)當(dāng)用支架加以固定,然后焊接。那些又大又重、發(fā)熱量多的元器件,不宜裝在印制板上,而應(yīng)裝在整機的機箱底板上,且應(yīng)考慮散熱問題。熱敏元件應(yīng)遠(yuǎn)離發(fā)熱元件。
對于電位器、可調(diào)電感線圈、可變電容器、微動開關(guān)等可調(diào)元件的布局應(yīng)考慮整機的結(jié)構(gòu)要求。若是機內(nèi)調(diào)節(jié),應(yīng)放在印制板上方便于調(diào)節(jié)的地方;若是機外調(diào)節(jié),其位置要與調(diào)節(jié)旋鈕在機箱面板上的位置相適應(yīng)。
應(yīng)留出印制板定位孔及固定支架所占用的位置。根據(jù)電路的功能單元對電路的全部元器件進(jìn)行布局時,要符合以下原則:
按照電路的流程安排各個功能電路單元的位置,使布局便于信號流通,并使信號盡可能保持一致的方向。
以每個功能電路的核心元件為中心,圍繞它來進(jìn)行布局。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。
在高頻下工作的電路,要考慮元器件之間的分布參數(shù)。一般電路應(yīng)盡可能使元器件平行排列。這樣,不但美觀.而且裝焊容易.易于批量生產(chǎn)。
位于電路板邊緣的元器件,離電路板邊緣一般不小于2mm。電路板的最佳形狀為矩形。長寬比為3:2成4:3。電路板面尺寸大于200x150mm時.應(yīng)考慮電路板所受的機械強度。
10
布線
布線的原則如下:
輸入(控制端)和輸出端用的導(dǎo)線應(yīng)盡量避免近鄰平行。最好加屏蔽接地線,以免發(fā)生反饋藕合。對于PCBA板之外的輸入(控制端)和輸出的導(dǎo)線,應(yīng)采取屏蔽(使用屏蔽線)措施、或輸入(控制端和輸出線束應(yīng)分開綁扎,防止信號藕合干擾。
印制板導(dǎo)線的最小寬度主要由導(dǎo)線與絕緣基扳間的粘附強度和流過它們的電流值決定。當(dāng)銅箔厚度為0.05mm、寬度為 1~15mm 時.通過 2A的電流,溫度不會高于3℃,因此.導(dǎo)線寬度為1.5mm可滿足要求。
對于集成電路,尤其是數(shù)字電路,通常選0.02~0.3mm導(dǎo)線寬度。當(dāng)然,只要允許,還是盡可能用寬線.尤其是電源線和地線。導(dǎo)線的最小間距主要由最壞情況下的線間絕緣電阻和擊穿電壓決定。對于集成電路,尤其是數(shù)字電路,只要工藝允許,可使間距小至5~8mm。
印制導(dǎo)線拐彎處一般取圓弧形,而直角或夾角在高頻電路中會影響電氣性能。此外,盡量避免使用大面積銅箔,否則.長時間受熱時,易發(fā)生銅箔膨脹和脫落現(xiàn)象。必須用大面積銅箔時,最好用柵格狀.這樣有利于排除銅箔與基板間粘合劑受熱產(chǎn)生的揮發(fā)性氣體。
11
焊盤
焊盤中心孔要比器件引線直徑稍大一些。焊盤太大易形成虛焊。焊盤外徑D一般不小于(d+1.2)mm,其中d為引線孔徑。對高密度的數(shù)字電路,焊盤最小直徑可取(d+1.0)mm。
12
PCB及電路抗干擾措施
印制電路板的抗干擾設(shè)計與具體電路有著密切的關(guān)系,這里僅就PCB抗干擾設(shè)計的幾項常用措施做一些說明。
13
電源線設(shè)計
根據(jù)印制線路板電流的大小,盡量加租電源線寬度,減少環(huán)路電阻。同時、使電源線、地線的走向和數(shù)據(jù)傳遞的方向一致,這樣有助于增強抗噪聲能力。
14
地線設(shè)計
地線設(shè)計的原則是:
數(shù)字地與模擬地分開。若線路板上既有邏輯電路又有線性電路,應(yīng)使它們盡量分開。低頻電路的地應(yīng)盡量采用單點并聯(lián)接地,實際布線有困難時可部分串聯(lián)后再并聯(lián)接地。高頻電路宜采用多點串聯(lián)接地,地線應(yīng)短而租,高頻元件周圍盡量用柵格狀的大面積地箔。
接地線應(yīng)盡量加粗。若接地線用很細(xì)的線條,則接地電位隨電流的變化而變化,使抗噪性能降低。因此應(yīng)將接地線加粗,使它能通過三倍于印制板上的允許電流。如有可能,接地線應(yīng)在2~3mm以上。
接地線構(gòu)成閉環(huán)路。只由數(shù)字電路組成的印制板,其接地電路布成團(tuán)環(huán)路大多能提高抗噪聲能力。
15
退藕電容配置
PCB設(shè)計的常規(guī)做法之一是在印制板的各個關(guān)鍵部位配置適當(dāng)?shù)耐伺弘娙荨?/span>
退藕電容的一般配置原則是:
電源輸入端跨接10~100µF的電解電容器。如有可能,接100µF以上的更好。
原則上每個集成電路芯片都應(yīng)布置一個0.01pF的瓷片電容,如遇印制板空隙不夠,可每4~8個芯片布置一個1~10µF的鉭電容器。
對于抗噪能力弱、關(guān)斷時電源變化大的器件,如 RAM、ROM存儲器件,應(yīng)在芯片的電源線和地線之間直接接入退藕電容。
電容引線不能太長,尤其是高頻旁路電容不能有引線。
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