如何減小PCB設(shè)計的電磁干擾 - 全文

電磁兼容性設(shè)計與具體電路有著密切的關(guān)系，為了進(jìn)行電磁兼容性設(shè)計，設(shè)計者需要將輻射（從產(chǎn)品中泄漏的射頻能量）減到最小，并增強(qiáng)其對輻射（進(jìn)入產(chǎn)品中的能量）的易感性和抗干擾能力。而對于低頻時常見的傳導(dǎo)耦合，高頻時常見的輻射耦合，切斷其耦合途徑是在設(shè)計時務(wù)必應(yīng)該給予充分重視的。

PCB的設(shè)計原則

由于電路板集成度和信號頻率隨著電子技術(shù)的發(fā)展越來越高，不可避免的要帶來電磁干擾，所以在設(shè)計PCB時應(yīng)遵循以下原則，使電路板的電磁干擾控制在一定的范圍內(nèi)，達(dá)到設(shè)計要求和標(biāo)準(zhǔn)，提高電路的整體性能。

1.電路板的選取

PCB設(shè)計的首要任務(wù)是要適當(dāng)?shù)剡x取電路板的大小，尺寸過大會因元器件之間的連線過長，導(dǎo)致線路的阻抗值增大，抗干擾能力下降;而尺寸過小會導(dǎo)致元器件布置密集，不利于散熱，而且連線過細(xì)過密，容易引起串?dāng)_。所以應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)所需元件情況，選擇合適尺寸的電路板。

電路板分為有單面板、雙面板和多層板。電路板層數(shù)的選取取決于電路要實(shí)現(xiàn)的功能、噪聲指標(biāo)、信號和網(wǎng)線數(shù)量等。合理的層數(shù)設(shè)置可以減小電路自身的電磁兼容問題。通常的選取原則是：①對于信號頻率為中低頻，元器件較少，布線密度屬于較低或中等時，選用單面板或雙面板;②對于布線密度高、集成度高且元器件較多時采用多層板;③對于信號頻率高、高速集成電路、元器件密集的選4層或?qū)訑?shù)更多的電路板。多層板在設(shè)計時可單獨(dú)某一層作為電源層、信號層和接地層。信號回路面積減小，降低差模輻射，為此多層板可以減小電路板的輻射和提高抗干擾能力。

2. 電路板元器件的布局

在確定PCB尺寸后，應(yīng)先確定特殊元件的位置，最后根據(jù)電路的功能單元，分塊的對電路的全部元件進(jìn)行布局。數(shù)字電路單元、模擬電路單元和電源電路單元應(yīng)分開，高頻電路單元和低頻電路單元也應(yīng)分開。常用電路板的布局原則如下。

1.確定特殊元件位置的原則：

①發(fā)熱元件應(yīng)放置在利于散熱的位置，例如PCB的邊緣，并遠(yuǎn)離微處理器芯片;②特殊的高頻元件應(yīng)緊挨著放置，以縮短他們之間的連線;③敏感元件應(yīng)遠(yuǎn)離時鐘發(fā)生器、振蕩器等噪聲源;④電位器、可調(diào)電感器、可變電容器、按鍵開關(guān)等可調(diào)元件的布局應(yīng)符合整機(jī)的結(jié)構(gòu)需求，方便調(diào)節(jié);⑤質(zhì)量較重的元件應(yīng)采用支架固定;⑥EMI濾波器應(yīng)靠近EMI源放置。

2.根據(jù)電路功能單元對電路的傘部元器件進(jìn)行布局的原則：

①各功能電路應(yīng)按照之間的信號流向確定相應(yīng)的位置，方便布線；

②每個功能電路應(yīng)先確定核心元件的位置，并圍繞核心元件放置其他元件，盡量縮短元件之間的連線；

③對高頻電路，應(yīng)考慮元件之間的分布參數(shù)；

④放置于電路板邊上的元件，應(yīng)離電路板邊緣不小于2mm；

⑤DC/DC變換器、開關(guān)管和整流器應(yīng)盡量靠近變壓器放置，以減小對外的輻射；

⑥調(diào)壓元件和濾波電容器應(yīng)靠近整流二極管放置。

3. 電源與地的布線原則

PCB的電源與地的布線是否合理是整個電路板減小電磁干擾的關(guān)鍵所在。電源線和地線的設(shè)計是PCB中不可忽視的問題，往往也是難度最大的一項設(shè)計，設(shè)計時應(yīng)遵循以下原則。

1.電源與地的布線技巧

PCB上的布線是有阻抗、容抗和感抗等分布參數(shù)的特性。為了減小PCB布線的分布參數(shù)對高速電子系統(tǒng)的影響，對電源與地的布線原則為：

①增大走線的間距以減少電容耦合的串?dāng)_；

②電源線和地線應(yīng)平行走線，以使分布電容達(dá)到最佳；

③根據(jù)承載電流的大小，盡量加粗電源線和地線的寬度，減小環(huán)路電阻，同時使電源線和地線在各功能電路中的走向和信號的傳輸方向一致，這樣有助于提高抗干擾能力；

④電源和地應(yīng)直接走線在各自的上方，從而減小感抗和使回路面積最小，盡量使地線走在電源線下面；

⑤地線越粗越好，一般地線的寬度不小于3mm；

⑥將地線構(gòu)成閉環(huán)路以縮小地線上的電位差值，提高抗干擾能力；

⑦在多層板布線設(shè)計時，可將其中一層作為“全地平面”，這樣可以減少接地阻抗，同時又起到屏蔽作用。

2.各功能電路的接地技巧

PCB各功能電路的接地方式分為單點(diǎn)接地和多點(diǎn)接地。單點(diǎn)接地根據(jù)連接形式分為單點(diǎn)串聯(lián)接地和單點(diǎn)并聯(lián)接地兩種方式，如圖3和圖4所示。單點(diǎn)串聯(lián)接地由于各接地導(dǎo)線長度不同，各電路接地阻抗不同，電磁兼容性能降低，常用于保護(hù)接地。單點(diǎn)并聯(lián)接地各電路有獨(dú)自的接地線，因此相互之間的干擾小，但可能延長接地線，增大接地阻抗，常用于信號接地、模擬接地、電源接地。多點(diǎn)接地是指各電路都有一個接地點(diǎn)，如圖5所示。多點(diǎn)接地常用于高頻電路，具有接地線短，接地阻抗值較小，減少高頻信號的干擾。

為了減少接地帶來的干擾，接地也要滿足一定的要求：

①接地線盡可能要短，接地面要大；

②避免產(chǎn)生不必要的接地回路，減小公共接地的干擾電壓；

③接地原則是對于不同信號采取不同接地方式，不能把所有接地采取同一接地點(diǎn)；

④在設(shè)計多層PCB時，要把電源層和接地層盡可能放置在相鄰的層中，以便電路中形成層問的電容，減小電磁干擾；

⑤盡量避免強(qiáng)電和弱電信號，數(shù)字和模擬信號共地。