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印制電路板EMC設計技巧總結
發(fā)布者:admin 發(fā)布日期:2017-03-17
目前電子器材用于各類(lèi)電子設備和系統仍然以印制電路板為主要裝配方式。實(shí)踐證明,即使電路原理圖設計正確,印制電路板設計不當,也會(huì )對電子設備的可靠性產(chǎn)生不利影響。例如,如果印制板兩條細平行線(xiàn)靠得很近,則會(huì )形成信號波形的延遲,在傳輸線(xiàn)的終端形成反射噪聲。因此,在設計印制電路板的時(shí)候,注意采用正確的方法。 A、地線(xiàn)設計 在電子設備中,接地是控制干擾的重要方法。如能將接地和屏蔽正確結合起來(lái)使用,可解決大部分干擾問(wèn)題。電子設備中地線(xiàn)結構大致有系統地、機殼地(屏蔽地)、數字地(邏輯地)和模擬地等。在地線(xiàn)設計中應注意以下幾點(diǎn): 1、正確選擇單點(diǎn)接地與多點(diǎn)接地 在低頻電路中,信號的工作頻率小于1MHz,它的布線(xiàn)和器件間的電感影響較小,而接地電路形成的環(huán)流對干擾影響較大,因而應采用一點(diǎn)接地。當信號工作頻率大于10MHz時(shí),地線(xiàn)阻抗變得很大,此時(shí)應盡量降低地線(xiàn)阻抗,應采用就近多點(diǎn)接地。當工作頻率在1~10MHz時(shí),如果采用一點(diǎn)接地,其地線(xiàn)長(cháng)度不應超過(guò)波[url=]B[/url]長(cháng)的1/20,否則應采用多點(diǎn)接地法。 2、將數字電路與模擬電路分開(kāi) 電路板上既有高速邏輯電路,又有線(xiàn)性電路,應使它們盡量分開(kāi),而兩者的地線(xiàn)不要相混,分別與電源端地線(xiàn)相連。要盡量加大線(xiàn)性電路的接地面積。 3、盡量加粗接地線(xiàn) 若接地線(xiàn)很細,接地電位則隨電流的變化而變化,致使電子設備的定時(shí)信號電平不穩,抗噪聲性能變壞。因此應將接地線(xiàn)盡量加粗,使它能通過(guò)三位于印制電路板的允許電流。如有可能,接地線(xiàn)的寬度應大于3mm. 4、將接地線(xiàn)構成閉環(huán)路 設計只由數字電路組成的印制電路板的地線(xiàn)系統時(shí),將接地線(xiàn)做成閉環(huán)路可以明顯的提高抗噪聲能力。其原因在于:印制電路板上有很多集成電路組件,尤其遇有耗電多的組件時(shí),因受接地線(xiàn)粗細的限制,會(huì )在地結上產(chǎn)生較大的電位差,引起抗噪聲能力下降,若將接地結構成環(huán)路,則會(huì )縮小電位差值,提高電子設備的抗噪聲能力。 B、電磁兼容性設計 電磁兼容性是指電子設備在各種電磁環(huán)境中仍能夠協(xié)調、有效地進(jìn)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制各種外來(lái)的干擾,使電子設備在特定的電磁環(huán)境中能夠正常工作,同時(shí)又能減少電子設備本身對其它電子設備的電磁干擾。 1、選擇合理的導線(xiàn)寬度 由于瞬變電流在印制線(xiàn)條上所產(chǎn)生的沖擊干擾主要是由印制導線(xiàn)的電感成分造成的,因此應盡量減小印制導線(xiàn)的電感量。印制導線(xiàn)的電感量與其長(cháng)度成正比,與其寬度成反比,因而短而精的導線(xiàn)對抑制干擾是有利的。時(shí)鐘引線(xiàn)、行驅動(dòng)器或總線(xiàn)驅動(dòng)器的信號線(xiàn)常常載有大的瞬變電流,印制導線(xiàn)要盡可能地短。對于分立組件電路,印制導線(xiàn)寬度在1.5mm左右時(shí),即可完全滿(mǎn)足要求;對于集成電路,印制導線(xiàn)寬度可在0.2~1.0mm之間選擇。 2、采用正確的布線(xiàn)策略 采用平等走線(xiàn)可以減少導線(xiàn)電感,但導線(xiàn)之間的互感和分布電容增加,如果布局允許,最好采用井字形網(wǎng)狀布線(xiàn)結構,具體做法是印制板的一面橫向布線(xiàn),另一面縱向布線(xiàn),然后在交叉孔處用金屬化孔相連。為了抑制印制板導線(xiàn)之間的串擾,在設計布線(xiàn)時(shí)應盡量避免長(cháng)距離的平等走線(xiàn)。 C、去耦電容配置 在直流電源回路中,負載的變化會(huì )引起電源噪聲。例如在數字電路中,當電路從一個(gè)狀態(tài)轉換為另一種狀態(tài)時(shí),就會(huì )在電源線(xiàn)上產(chǎn)生一個(gè)很大的尖峰電流,形成瞬變的噪聲電壓。配置去耦電容可以抑制因負載變化而產(chǎn)生的噪聲,是印制電路板的可靠性設計的一種常規做法,配置原則如下: 電源輸入端跨接一個(gè)10~100uF的電解電容器,如果印制電路板的位置允許,采用100uF以上的電解電容器的抗干擾效果會(huì )好。 為每個(gè)集成電路芯片配置一個(gè)0.01uF的陶瓷電容器。如遇到印制電路板空間小而裝不下時(shí),可每4~10個(gè)芯片配置一個(gè)1~10uF鉭電解電容器,這種器件的高頻阻抗特別小,在500kHz~20MHz范圍內阻抗小于1Ω,而且漏電流很小(0.5uA以下)。 對于噪聲能力弱、關(guān)斷時(shí)電流變化大的器件和ROM、RAM等存儲型器件,應在芯片的電源線(xiàn)(Vcc)和地線(xiàn)(GND)間直接接入去耦電容。 去耦電容的引線(xiàn)不能過(guò)長(cháng),特別是高頻旁路電容不能帶引線(xiàn)。 D、印制電路板的尺寸與器件的布置 印制電路板大小要適中,過(guò)大時(shí)印制線(xiàn)條長(cháng),阻抗增加,不僅抗噪聲能力下降,成本也高;過(guò)小,則散熱不好,同時(shí)易受臨近線(xiàn)條干擾。在器件布置方面與其它邏輯電路一樣,應把相互有關(guān)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(shí)鐘發(fā)生器、晶振和CPU的時(shí)鐘輸入端都易產(chǎn)生噪聲,要相互靠近些。易產(chǎn)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(diǎn)十分重要。 E、散熱設計 從有利于散熱的角度出發(fā),印制版最好是直立安裝,板與板之間的距離一般不應小于2cm,而且器件在印制版上的排列方式應遵循一定的規則: ——對于采用自由對流空氣冷卻的設備,最好是將集成電路(或其它器件)按縱長(cháng)方式排列;對于采用強制空氣冷卻的設備,最好是將集成電路(或其它器件)按橫長(cháng)方式排。 ——同一塊印制板上的器件應盡可能按其發(fā)熱量大小及散熱程度分區排列,發(fā)熱量小或耐熱性差的器件(如小信號晶體管、小規模集成電路、電解電容等)放在冷卻氣流的最上流(入口處),發(fā)熱量大或耐熱性好的器件(如功率晶體管、大規模集成電路等)放在冷卻氣流最下游。 ——在水平方向上,大功率器件盡量靠近印制板邊沿布置,以便縮短傳熱路徑;在垂直方向上,大功率器件盡量靠近印制板上方布置,以便減少這些器件工作時(shí)對其它器件溫度的影響。 ——對溫度比較敏感的器件最好安置在溫度最低的區域(如設備的底部),千萬(wàn)不要將它放在發(fā)熱器件的正上方,多個(gè)器件最好是在水平面上交錯布局。 ——設備內印制板的散熱主要依靠空氣流動(dòng),所以在設計時(shí)要研究空氣流動(dòng)路徑,合理配置器件或印制電路板??諝饬鲃?dòng)時(shí)總是趨向于阻力小的地方流動(dòng),所以在印制電路板上配置器件時(shí),要避免在某個(gè)區域留有較大的空域。