電路板(PCB)開發技術中電磁兼容研究
發布時間:2014-08-20 責任編輯:willwoyo
【導讀】電磁兼容性(EMC, Electromagnetic Compatibility)是指電子設備在各種電磁環境中仍能夠協調、有效地進行工作的能力。電磁兼容性設計的目的是使電子設備既能抑製各種外來的幹 擾,使電子設備在特定的電磁環境中能夠正常工作,同時又能減少電子設備本身對其它電子設備的電磁幹擾。
印刷電路板(PCB)設計中的電磁兼容性涉及多方麵因數,以下主要從三大部分加以闡述,具體選擇要綜合各方麵因數。
一 印刷電路板整體布局及器件布置
1.一個產品的成功與否,一是要注重內在質量,二是兼顧整體的美觀,兩者都較完美才能認為該產品是成功的;在一個PCB板上,元件的布局要求要 均衡,疏密有序,不能頭重腳輕或一頭沉,過孔要盡量少;電路板的最佳形狀為矩形。長寬比為3:2或4:3;4 層板比雙麵板噪聲低20dB.6層板比4層板噪聲低10dB,經濟條件允許時盡量用多層板。
2.電路板一般分模擬電路區(怕幹擾),數字電路區(怕幹擾、又產生幹擾),功率驅動區(幹擾源),故步板時要合理地分成三區。
3.器件一般選擇功耗低,穩定性好的器件,而且盡量少用高速器件。
4.線條有講究:有條件做寬的線決不做細;高gao壓ya及ji高gao頻pin線xian應ying園yuan滑hua,不bu得de有you尖jian銳rui的de倒dao角jiao,拐guai彎wan也ye不bu得de采cai用yong直zhi角jiao。地di線xian應ying盡jin量liang寬kuan,最zui好hao使shi用yong大da麵mian積ji敷fu銅tong,這zhe對dui接jie地di點dian問wen題ti有you相xiang當dang大da的de改gai善shan。
5.外(wai)時(shi)鍾(zhong)是(shi)高(gao)頻(pin)的(de)噪(zao)聲(sheng)源(yuan),除(chu)能(neng)引(yin)起(qi)對(dui)本(ben)應(ying)用(yong)係(xi)統(tong)的(de)幹(gan)擾(rao)之(zhi)外(wai),還(hai)可(ke)能(neng)產(chan)生(sheng)對(dui)外(wai)界(jie)的(de)幹(gan)擾(rao),使(shi)電(dian)磁(ci)兼(jian)容(rong)檢(jian)測(ce)不(bu)能(neng)達(da)標(biao)。在(zai)對(dui)係(xi)統(tong)可(ke)靠(kao)性(xing)要(yao)求(qiu)很(hen)高(gao)的(de)應(ying)用(yong) 係統中,選用頻率低的單片機是降低係統噪聲的原則之一。以8051單片機為例,最短指令周期1?s時,外時鍾是12MHz。而同樣速度的Motorola 單片機係統時鍾隻需4MHz,更適合用於工控係統。近年來,一些生產8051兼容單片機的廠商也采用了一些新技術,在不犧牲運算速度的前提下將對外時鍾的 需求降至原來的1/3.而Motorola 單片機在新推出的68HC08係列以及其16/32位單片機中普遍采用了內部鎖相環技術,將外部時鍾頻率降至32KHz,而內部總線速度卻提高到8MHz 乃至更高。
6.布線要有合理的走向:如輸入/輸出,交流/直流,強/弱信號,高頻/低頻,高壓/低壓等……,它們的走向應該是呈線形的(或分離),budexianghujiaorong。qimudeshifangzhixianghuganrao。zuihaodezouxiangshianzhixian,danyibanbuyishixian,zuibulidezouxiangshihuanxing。duiyushizhiliu,xiaoxinhao,didianyaPCB設計的要求可以低些。所以“合理”是相對的。上下層之間走線的方向基本垂直。整個板子的不想要均勻,能不擠的不要擠在一齊。
7.在器件布置方麵與其它邏輯電路一樣,應把相互有關的器件盡量放得靠近些,這樣可以獲得較好的抗噪聲效果。時鍾發生器、晶振和CPU的時鍾輸 入端都易產生噪聲,要相互靠近些,特別是晶振下方不要走信號線。易產生噪聲的器件、小電流電路、大電流電路等應盡量遠離邏輯電路,如有可能,應另做電路 板,這一點十分重要。
二 地線技術SkE安規與電磁兼容網
1.模(mo)擬(ni)電(dian)路(lu)和(he)數(shu)字(zi)電(dian)路(lu)在(zai)元(yuan)件(jian)布(bu)局(ju)圖(tu)的(de)設(she)計(ji)和(he)布(bu)線(xian)方(fang)法(fa)上(shang)有(you)許(xu)多(duo)相(xiang)同(tong)和(he)不(bu)同(tong)之(zhi)處(chu)。模(mo)擬(ni)電(dian)路(lu)中(zhong),由(you)於(yu)放(fang)大(da)器(qi)的(de)存(cun)在(zai),由(you)布(bu)線(xian)產(chan)生(sheng)的(de)極(ji)小(xiao)噪(zao)聲(sheng)電(dian)壓(ya),都(dou)會(hui) 引起輸出信號的嚴重失真,在數字電路中,TTL噪聲容限為0.4V~0.6V,CMOS噪聲容限為Vcc的0.3~0.45倍,故數字電路具有較強的抗幹 raodenengli。lianghaodedianyuanhedizongxianfangshidehelixuanzeshiyiqikekaogongzuodezhongyaobaozheng,xiangdangduodeganraoyuanshitongguodianyuanhedizongxianchanshengde,qizhongdixianyinqidezaoshengganraozuida。
2.數字地與模擬地分開(或一點接地),地線加寬,要根據電流決定線寬,一般來說越粗越好(100mil線經約通過1到2A的電流)。地線>電源線>信號線是線寬的合理選擇。
3.電源線和地線盡可能靠近,整塊印刷板上的電源與地要呈“井”字形分布,以便使分布線電流達到均衡。
4.為減少線間串擾,必要時可增加印刷線條間距離,在其安插一些零伏線作為線間隔離。特別是輸入輸出信號間。[page]
三 去耦、濾波、隔離三大技術
1.去耦、濾波、隔離是硬件抗幹擾常用的三大措施。
2.電源輸入端跨接10~100uf的電解電容器。如有可能,接100uF以上的更好;原則上每個集成電路芯片都應布置一個0.01pF的瓷片電容,如遇印製板空隙不夠,可每4~8個芯片布置一個1~10pF的但電容;對於抗噪能力弱、關斷時電源變化大的器件,如RAM、ROM存儲器件,應在芯片的電源線和地線之間直接接入退藕電容。
3.濾波指各類信號按頻率特性分類並控製它們的方向。常用的有各種低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器。低通濾波器用在接入的交流電源線上,旨 在讓50周zhou的de交jiao流liu電dian順shun利li通tong過guo,將jiang其qi它ta高gao頻pin噪zao聲sheng導dao入ru大da地di。低di通tong濾lv波bo器qi的de配pei置zhi指zhi標biao是shi插cha入ru損sun耗hao,選xuan擇ze的de低di通tong濾lv波bo器qi插cha入ru損sun耗hao過guo低di起qi不bu到dao抑yi製zhi噪zao聲sheng的de作zuo用yong,而er過guo高gao的de插cha 入損耗會導致“漏電”,影響係統的人身安全性。高通、帶通濾波器則應根據係統中對信號的處理要求選擇使用。
4.典型的信號隔離是光電隔離。使用光電隔離器件將單片機的輸入
輸shu出chu隔ge離li開kai,一yi方fang麵mian使shi幹gan擾rao信xin號hao不bu得de進jin入ru單dan片pian機ji係xi統tong,另ling一yi方fang麵mian單dan片pian機ji係xi統tong本ben身shen的de噪zao聲sheng也ye不bu會hui以yi傳chuan導dao的de方fang式shi傳chuan播bo出chu去qu。屏ping蔽bi則ze是shi用yong來lai隔ge離li空kong間jian輻fu射she的de,對dui 噪(zao)聲(sheng)特(te)別(bie)大(da)的(de)部(bu)件(jian),如(ru)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan),用(yong)金(jin)屬(shu)盒(he)罩(zhao)起(qi)來(lai),可(ke)減(jian)少(shao)噪(zao)聲(sheng)源(yuan)對(dui)單(dan)片(pian)機(ji)係(xi)統(tong)的(de)幹(gan)擾(rao)。對(dui)特(te)別(bie)怕(pa)幹(gan)擾(rao)的(de)模(mo)擬(ni)電(dian)路(lu),如(ru)高(gao)靈(ling)敏(min)度(du)的(de)弱(ruo)信(xin)號(hao)放(fang)大(da)電(dian)路(lu)可(ke)屏(ping)蔽(bi)起(qi)來(lai)。
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