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PCB印制电路板的抗干扰设计的基本介绍02           ★★★ 【字体:

PCB印制电路板的抗干扰设计的基本介绍02

PCB印制电路板的抗干扰设计的基本介绍02
作者:佚名    文章来源:网络    点击数:    更新时间:2008-7-20    


 
 

抑制电源线和地线阻抗引起的振荡
    设计装配密度很高的电路板应注意降低电源线和地线阻抗,对公共阻抗、串扰和反射等引起的波形畸变和振荡现象需采取必要措施。当电路板上有较多集成电路器件同时工作时,板上电源电压和地电位易产生波动,导致信号振荡,引起电路误动作。尤其当浪涌电流流过印制导线时,会出现瞬时电压降,形成电源尖峰噪声,其中以导线电感引起的干扰为主。在实际设计中,应尽量避免该电感对电路的影响:在各集成电路的电源和地线间分别接入旁路电容,以缩短开关电流的流通途径;将电源线和地线设计成如图2(b)所示的格子形状,而不用图2(a)所示的梳子形状,这是因为格子状能显著缩短线路环路,降低线路阻抗,减少干扰。

    当印制电路板上装有多个集成电路,且部分元件功耗较大,地线出现较大电位差,形成公共阻抗干扰时,宜将地线设计成如如图2(d)所示的封闭环路,这种环路无电位差,比图2(c)所示的方式有更高的噪声容限;应尽量缩短引线,将各集成电路的GND以最短距离连到电路板入口地线,降低印制导线产生的尖峰脉冲;让地线、电源线走向与数据传输方向一致,以提高电路板的噪声容限。

    使用大量高速逻辑电路时常采用多层印制电路板,降低接地电位差,减少电源线阻抗和信号线间串扰。当没有多层板而不得不使用双面板时,必须尽量加宽地线线条,通常地线应加粗到可通过三倍于导线实际流过的电流量为宜;或采用小型母线方式,将公共电源线和地线尽量分别布于印制板两面边缘。当印制板插头有多个插头接触片时,应多备几个引线插头作地线使用,如图2(b)所示,并按总负载电流大小,在插头处接入1~10mF的钽电容器对电源母线去耦,并在去耦电容旁并联一个0.01~0.1mF的高频陶瓷电容器。

正确运用抗扰器件
    进行印制板的电磁兼容性设计,应根据噪声的不同特点,正确选用抗扰器件:用二极管和压敏电阻等吸收浪涌电压,用隔离变压器等隔离电源噪声,用线路滤波器等滤除一定频段的干扰信号,用电阻器、电容器、电感器等元件的组合对干扰电压或电流进行旁路、吸收、隔离、滤除、去耦等处理。如果抗扰器件运用不当,那么不但不能有效减少干扰,甚至还会成为新的干扰源。

    对电容器的选用和安装来说,钽电解电容器在低频段应用效果好,应装在电源入口处;陶瓷电容器在高频段应用效果好,应装在各集成电路的附近。安装电容器时,要尽量缩短引线,但不能为求引线短而忽视安装位置,应将其装在需要旁路的集成电路的Vcc和GND管脚近处,否则,电容器就毫无旁路意义。当板上信号导线阻抗不匹配时,会发生多次反射噪声,在线路终端和始端接入阻抗匹配电阻,可消除干扰。当印制导线较长时,线路电感会导致减幅振荡,串入阻尼电阻,可抑制振荡,增强抗干扰能力,改善波形。

合理布置器件
    板上器件布局不当是引发干扰的重要因素,所以应全面考虑电路结构,合理布置印制板上的器件。首先应根据需要确定印制板的大小和形状,尺寸过大会使印制导线加长,阻抗增大,噪声容限降低;尺寸过小又不利于散热,邻近导线、器件易发生感应。

    在印制板上布置元器件,原则上应将输入输出部分分别布置在板的两端;电路中相互关联的器件应尽量靠近,以缩短器件间连接导线的距离;工作频率接近或工作电平相差大的器件应相距远些,以免相互干扰。如常用的以单片机为核心的小型开发系统电路,在设绘印制板图时,宜将时钟发生器、振荡器等易产生噪声的器件相互靠近布置,让有关的逻辑电路部分尽量远离这类噪声器件。同时,考虑到电路板在机柜内的安装方式,最好将ROM、RAM、功率输出器件及电源等易发热器件布置在板的边缘或偏上方部位,以利于散热。

    在印制电路板上布置逻辑电路,原则上应在输出端子附近放置高速电路,如光电隔离器等,在稍远处放置低速电路和存储器等,以便处理公共阻抗的耦合、辐射和串扰等问题。在输入输出端放置缓冲器,用于板间信号传送,可有效防止噪声干扰。

    电路板上装有高压、大功率器件时,与低压、小功率器件应保持一定间距,尽量分开布线。在大功率、大电流元器件周围不宜布设热敏器件或运算放大器等,以免产生感应或温漂。

合理布置板间配线
    板间配线会直接影响印制板的噪声敏感度,因此,在印制板联装后,应认真检查、调整,对板间配线作合理安排,彻底清除超过额定值的部位,解决设计中遗留的不妥之处。板间配线应注意以下几点:

    (1)板间信号线越短越好,且不宜靠近电力线,或可采取两者相互垂直配线的方式,以减少静电感应、漏电流的影响,必要时应采取适宜的屏蔽措施;板间接地线需采用“一点接地”方式,切忌使用串联型接地,以避免出现电位差。地线电位差会降低设备抗扰度,是时常出现误动作的原因之一。

   (2)远距离传送的输入输出信号应有良好的屏蔽保护,屏蔽线与地应遵循一端接地原则,且仅将易受干扰端屏蔽层接地。应保证柜体电位与传输电缆地电位一致。

    (3)当用扁平电缆传输多种电平信号时,应用闲置导线将各种电平信号线分开,并将该闲置导线接地。扁平电缆力求贴近接地底板,若串扰严重,可采用双绞线结构的信号电缆。

    (4)交流中线(交流地)与直流地严格分开,以免相互干扰,影响系统正常工作。

结语
    一般而言,使用以上的基本抗干扰措施,可消除印制板90%左右的常见干扰。由于硬件的可靠性是设备的复杂性函数,要消除一些特殊的、小概率的干扰,就要采用特殊的、更复杂的硬件抗干扰电路。但过多地采用硬件抗干扰措施,会明显提高产品的常规成本,且硬件数量的增加,还会产生新的干扰,导致系统的可靠性下降。所以应根据设计条件和目标要求,合理采用一些硬件抗干扰措施,提高系统的抗干扰能力。


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