如何減低PCB板中的電磁干擾問題

電磁兼容性設(shè)計與具體電路有著密切的關(guān)系，為了進行電磁兼容性設(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，并增強其對輻射（進入產(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。本文主要講解PCB設(shè)計時要注意的地方，從而減低PCB板中的電磁干擾問題。

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)，達到設(shè)計要求和標準，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?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，而且連線過細過密，容易引起串擾。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現(xiàn)的功能、噪聲指標、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擾；

②電源線和地線應(yīng)平行走線，以使分布電容達到最佳；

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接地和多點接地。單點接地根據(jù)連接形式分為單點串聯(lián)接地和單點并聯(lián)接地兩種方式，如圖3和圖4所示。單點串聯(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，常用于保護接地。單點并聯(lián)接地各電路有獨自的接地線，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。多點接地是指各電路都有一個接地點，如圖5所示。多點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；

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盡量避免強電和弱電信號，數(shù)字和模擬信號共地。

降低噪聲與電磁干擾的24個竅門

（1） 能用低速芯片就不用高速的，高速芯片用在關(guān)鍵地方。

（2） 可用串一個電阻的辦法，降低控制電路上下沿跳變速率。

（3） 盡量為繼電器等提供某種形式的阻尼。

（4） 使用滿足系統(tǒng)要求的最低頻率時鐘。

（5） 時鐘產(chǎn)生器盡量近到用該時鐘的器件。石英晶體振蕩器外殼要接地。

（6） 用地線將時鐘區(qū)圈起來，時鐘線盡量短。

（7） I/O 驅(qū)動電路盡量近印刷板邊，讓其盡快離開印刷板。對進入印制板的信號要加濾波，從高噪聲區(qū)來的信號也要加濾波，同時用串終端電阻的辦法，減小信號反射。

（8） MCD 無用端要接高，或接地，或定義成輸出端，集成電路上該接電源地的端都要接，不要懸空。

（9） 閑置不用的門電路輸入端不要懸空，閑置不用的運放正輸入端接地，負輸入端接輸出端。

（10） 印制板盡量，使用45 折線而不用90 折線布線以減小高頻信號對外的發(fā)射與耦合。

（11） 印制板按頻率和電流開關(guān)特性分區(qū)，噪聲元件與非噪聲元件要距離再遠一些。

（12） 單面板和雙面板用單點接電源和單點接地、電源線、地線盡量粗，經(jīng)濟是能承受的話用多層板以減小電源，地的容生電感。

（13） 時鐘、總線、片選信號要遠離I/O 線和接插件。

（14） 模擬電壓輸入線、參考電壓端要盡量遠離數(shù)字電路信號線，特別是時鐘。

（15） 對A/D 類器件，數(shù)字部分與模擬部分寧可統(tǒng)一下也不要交叉。

（16） 時鐘線垂直于I/O 線比平行I/O 線干擾小，時鐘元件引腳遠離I/O 電纜。

（17） 元件引腳盡量短，去耦電容引腳盡量短。

（18） 關(guān)鍵的線要盡量粗，并在兩邊加上保護地。高速線要短要直。

（19） 對噪聲敏感的線不要與大電流，高速開關(guān)線平行。

（20） 石英晶體下面以及對噪聲敏感的器件下面不要走線。

（21） 弱信號電路，低頻電路周圍不要形成電流環(huán)路。

（22） 信號都不要形成環(huán)路，如不可避免，讓環(huán)路區(qū)盡量小。

（23） 每個集成電路一個去耦電容。每個電解電容邊上都要加一個小的高頻旁路電容。

（24） 用大容量的鉭電容或聚酷電容而不用電解電容作電路充放電儲能電容。使用管狀電容時，外殼要接地。
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