PCB的電磁兼容設計
發布時間:2012-11-26 責任編輯:simonyang
【導讀】隨著PCB板的電子元器件和線路的密集度不斷增加,為了提高係統的可靠性和穩定性,必須采取相應的措施,使PCB板的設計滿足電磁兼容要求,提高係統的抗幹擾性能。
1 PCB板的選取
在PCB板設計中,相近傳輸線上的信號之間由於電磁場的相互耦合而發生串擾,因此在進行PCB的電磁兼容設計時,首先考慮PCB的尺寸,PCB尺寸過大,印製線過長,阻抗必然增加,抗噪聲能力下降,成本也會增加;PCB尺寸過小,鄰近傳輸線之間容易發生串擾,而且散熱性能不好。
根據電源、地的種類、信號線的密集程度、信號頻率、特殊布線要求的信號數量、周邊要素、成本價格等方麵的綜合因素來確定PCB板的層數。要滿足EMC的嚴格指標並且考慮製造成本,適當增加地平麵是PCB的EMC設(she)計(ji)最(zui)好(hao)的(de)方(fang)法(fa)之(zhi)一(yi)。對(dui)電(dian)源(yuan)層(ceng)而(er)言(yan),一(yi)般(ban)通(tong)過(guo)內(nei)電(dian)層(ceng)分(fen)割(ge)能(neng)滿(man)足(zu)多(duo)種(zhong)電(dian)源(yuan)的(de)需(xu)要(yao),但(dan)若(ruo)需(xu)要(yao)多(duo)種(zhong)電(dian)源(yuan)供(gong)電(dian),且(qie)互(hu)相(xiang)交(jiao)錯(cuo),則(ze)必(bi)須(xu)考(kao)慮(lv)采(cai)用(yong)兩(liang)層(ceng)或(huo)兩(liang)層(ceng)以(yi)上(shang)的(de)電(dian)源(yuan)平(ping)麵(mian)。對(dui)信(xin)號(hao)層(ceng)而(er)言(yan),除(chu)了(le)考(kao)慮(lv)信(xin)號(hao)線(xian)的(de)走(zou)線(xian)密(mi)集(ji)度(du)外(wai),從(cong)EMC的角度,還需要考慮關鍵信號的屏蔽或隔離,以此確定是否增加相應層數。
2 PCB板的布局設計
PCB的布局通常應遵循以下原則:
(1)盡jin量liang縮suo短duan高gao頻pin元yuan器qi件jian之zhi間jian的de連lian線xian,減jian少shao他ta們men的de分fen布bu參can數shu和he相xiang互hu之zhi間jian的de電dian磁ci幹gan擾rao。容rong易yi受shou幹gan擾rao的de元yuan件jian不bu能neng靠kao得de太tai近jin,輸shu入ru輸shu出chu應ying盡jin量liang遠yuan離li。
(2)某些元器件或導線之間可能有較高的電壓,應加大他們之間的距離,以免放電引出意外短路。
(3)發熱量大的器件應為散熱片留出空間,甚至應將其裝在整機的底版上,以利於散熱。熱敏元件應遠離發熱元件。
(4)按照電路的流程安排各功能單元的位置,使布局便於信號流通,並使信號盡可能保持一致的方向。
(5)以每個功能模塊的核心元件為中心,圍繞它進行布局,盡量減少和縮短各元器件之間的引線和連接長度。
(6)綜合考慮各元件之間的分布參數。盡可能使元器件平行排列,這樣不僅有利於增強抗幹擾能力,而且外觀美觀,易於批量生產。
3 元器件的布局設計
相比於分立元件,集成電路元器件具有密封性好、焊點少、失(shi)效(xiao)率(lv)低(di)的(de)優(you)點(dian),應(ying)優(you)先(xian)選(xuan)用(yong)。同(tong)時(shi),選(xuan)用(yong)信(xin)號(hao)斜(xie)率(lv)較(jiao)慢(man)的(de)器(qi)件(jian),可(ke)降(jiang)低(di)信(xin)號(hao)所(suo)產(chan)生(sheng)的(de)高(gao)頻(pin)成(cheng)分(fen),充(chong)分(fen)使(shi)用(yong)貼(tie)片(pian)元(yuan)器(qi)件(jian)能(neng)縮(suo)短(duan)連(lian)線(xian)長(chang)度(du),降(jiang)低(di)阻(zu)抗(kang),提(ti)高(gao)電(dian)磁(ci)兼(jian)容(rong)性(xing)。
yuanqijianbuzhishi,shouxiananyidingdefangshifenzu,tongzudefangzaiyiqi,buxiangrongdeqijianyaofenkaibuzhi,yibaozhenggeyuanqijianzaikongjianshangbuxianghuganrao。lingwai,zhongliangjiaodadeyuanqijianyingcaiyongzhijiaguding。
4 PCB板的布線設計
PCB布線設計總的原則是先時鍾、敏感信號線,再布高速信號線,最後不重要信號線。布線時,在總的原則前提下,還需考慮以下細節:
(1)在多層板布線中,相鄰層之間最好采用“井”字形網狀結構。
(2)減少導線彎折,避免導線寬度突變,為防止特性阻抗變化,信號線拐角處應設計成弧形或用45度折線連接。
(3)PCB板的最外層導線或元器件離印製板邊緣距離不小於2mm,不但可防止特性阻抗變化,還有利於PCB裝夾。
(4)對於必須鋪設大麵積銅箔的器件,應該用柵格狀,並且通過過孔與地層相連。
(5)短而細的導線能有效抑製幹擾,但太小的線寬會增加導線電阻,導線的最小寬度可視通過導線的最大電流而定,一般而言,對於厚度為0.05mm,寬度為1mm銅箔允許的電流負荷為1A。對於小功率數字集成電路,選用0.2-0.5mm線寬即可。在同一PCB中,地線、電源線寬應大於信號線。
5 PCB板的電源線設計
(1)根據印製板PCB電dian流liu的de大da小xiao,盡jin量liang加jia粗cu電dian源yuan線xian和he地di線xian的de寬kuan度du,減jian少shao環huan路lu電dian阻zu,同tong時shi,使shi電dian源yuan線xian地di線xian的de走zou向xiang和he數shu據ju傳chuan遞di方fang向xiang一yi致zhi,有you助zhu於yu增zeng強qiang抗kang噪zao聲sheng能neng力li。
(2)盡量選用貼片元件,縮短引腳長度,減少去耦電容供電回路麵積,減少元件分布電感的影響。
(3)在電源變壓器前端加電源濾波器,抑製共模噪聲和差模噪聲,隔離外部和內部脈衝噪聲的幹擾。
(4)印yin製zhi電dian路lu板ban的de供gong電dian線xian路lu應ying加jia上shang濾lv波bo電dian容rong和he去qu耦ou電dian容rong。在zai板ban的de電dian源yuan引yin入ru端duan加jia上shang較jiao大da容rong量liang的de電dian解jie電dian容rong做zuo低di頻pin濾lv波bo,再zai並bing聯lian一yi個ge容rong量liang較jiao小xiao的de瓷ci片pian電dian容rong做zuo高gao頻pin濾lv波bo。
(5)不要把模擬電源和數字電源重疊放置,以免產生耦合電容,造成相互幹擾。
6 PCB板的地線設計
(1)weilejianshaodihuanluganrao,bixuxiangbanfaxiaochuhuanludianliudexingcheng,jutikecaiyonggelibianyaqi,guangougelidengqieduandihuanludianliudexingchenghuocaiyongpinghengdianluxiaochuhuanludianliudeng。
(2)為了消除公共阻抗的耦合,應減小公共地線部分的阻抗,加粗導線或對地線鋪銅;另一方麵可通過適當的接地方式避免相互幹擾,如並聯單點接地,串聯混合單點接地,徹底消除公共阻抗。
(3)weixiaochushuziqijianduimoniqijiandeganrao,shuzidihemonidiyingfenkai,bingdandushezhimonidiheshuzidi。gaopindianluduocaiyongchuanlianjiedifangshi,dixianyaoduanerqiecu,gaopinyuanjianzhouweijinliangyongzhagezhuangdamianjiputongjiayipingbi。
7 PCB板的晶振電路的布局
晶振電路的頻率較高,這使它成為係統中的重要幹擾源。關於晶振電路的布局,有以下注意事項:
(1)晶振電路盡量靠近集成塊,所有連接晶振輸入/輸出端的印製線盡量短,以減少噪聲幹擾及分布電容對晶振的影響。
(2)晶振電容地線應使用盡量寬而短的印製線連接至器件上;離晶振最近的數字地引腳,應盡量減少過孔。
(3)晶振外殼接地。
8 PCB板的靜電防護設計
靜電放電的特點是高電位、低電荷、大電流和短時間,對PCB設計的靜電防護問題可從以下幾方麵進行考慮:
(1)盡量選擇抗靜電等級高的元器件,抗靜電能力差的敏感元件應遠離靜電放電源。試驗證明,每千伏靜電電壓的擊穿距離約1mm,因此若將元器件同靜電放電源保持16mm距離,即可抵抗約16KV的靜電電壓。
(2)保證信號回流具有最短通路,有選擇性的加入濾波電容和去耦電容,提高信號線的靜電放電免疫能力。
(3)采用保護器件如電壓瞬態抑製二極管,對電路進行保護設計。
(4)相關人員在接觸PCB時務必帶上靜電手環,避免人體電荷移動而導致靜電積累損傷。
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