印制板設計原則和抗干擾措施摘[共7頁]

1、印制電路板設計原則和抗干擾措施要使電子電路獲得最佳性能，元器件的布且及導線的布設是很重要的。為了設計 質(zhì)量好、造價低的PCB應遵循以下一般原則： 1. 布局 首先，要考慮PCB尺寸大小。PCB尺寸過大時，印制線條長，阻抗增加，抗噪 聲能力下降，成本也增加；過小，則散熱不好，且鄰近線條易受干擾。在確定PCB 尺寸后再確定特殊元件的位置。最后，根據(jù)電路的功能單元，對電路的全部 元 器件進行布局。 在確定特殊元件的位置時要遵守以下原則： (1)盡可能縮短高頻元器件之間的連線，設法減少它們的分布參數(shù)和相互間的電磁 干擾。易受干擾的元器件不能相互挨得太近，輸入和輸出元件應盡量遠離。 (2)某些元器件或?qū)?/p>

2、線之間可能有較高的電位差，應加大它們之間的距離，以免放 電引出意外短路。帶高電壓的元器件應盡量布置在調(diào)試時手不易觸及的地方。 根據(jù)電路的功能單元對電路的全部元器件進行布局時，要符合以下原則： (1)按照電路的流程安排各個功能電路單元的位置，使布局便于信號流通，并使 信號盡可能保持一致的方向。 (2)以每個功能電路的核心元件為中心，圍繞它來進行布局。元器件應均勻、 整齊、緊湊地排列在PCB上盡量減少和縮短各元器件之間的引線和連接。 (3)在高頻下工作的電路，要考慮元器件之間的分布參數(shù)。一般電路應盡可能使元器件平行排列。這樣，不但美觀而且裝焊容易易于批量生產(chǎn)。 (4)位于電路板邊緣的元器件，離電路

3、板邊緣一般不小于2mm。電路板的最佳形狀矩形。長寬比為3：2成4：3。電路板面尺寸大于200x150mm時應考慮電路板所 受的機械強度。 2布線 布線的原則如下： (1)輸入輸出端用的導線應盡量避免相鄰平行。最好加線間地線， 以免發(fā)生反饋藕合。 (2)印制攝導線的最小寬度主要由導線與絕緣基扳間的粘附強度和 流過它們的電流值決定。當銅箔厚度為 0.05mm、寬度為 1 15mm 時 通過 2A的電流，溫度不會高于3，因此導線寬度為1.5mm可滿足要求。 對于集成電路，尤其是數(shù)字電路，通常選0.020.3mm導線寬度。當然，只要允許， 還是盡可能用寬線尤其是電源線和地線。導線的最小間距主要由最壞情

4、況下的 線間絕緣電阻和擊穿電壓決定。對于集成電路，尤其是數(shù)字電路，只要工藝允許， 可使間距小至58mm。 (3)印制導線拐彎處一般取圓弧形，而直角或夾角在高頻電路中會影響電氣性能。 此外，盡量避免使用大面積銅箔，否則長時間受熱時，易發(fā)生銅箔膨脹和脫落 現(xiàn)象。必須用大面積銅箔時，最好用柵格狀這樣有利于排除銅箔與基板間粘合劑 受熱產(chǎn)生的揮發(fā)性氣體。 3.焊盤 焊盤中心孔要比器件引線直徑稍大一些。焊盤太大易形成虛焊。焊盤外徑 D一般不小于(d+1.2)mm，其中d為引線孔徑。對高密度的數(shù)字電路，焊盤最小直徑 可取(d+1.0)mm。 PCB及電路抗干擾措施 印制電路板的抗干擾設計與具體電路有著密切的

5、關系，這里僅就PCB抗干擾設計的 幾項常用措施做一些說明。 1.電源線設計 根據(jù)印制線路板電流的大小，盡量加租電源線寬度，減少環(huán)路電阻。 同時、使電源線、地線的走向和數(shù)據(jù)傳遞的方向一致，這樣有助于增強抗噪聲能力。 2地線設計 地線設計的原則是： (1)數(shù)字地與模擬地分開。若線路板上既有邏輯電路又有線性電路，應使它們盡量 分開。低頻電路的地應盡量采用單點并聯(lián)接地，實際布線有困難時可部分串聯(lián)后 再并聯(lián)接地。高頻電路宜采用多點串聯(lián)接地，地線應短而粗，高頻元件周圍盡量用 柵格狀大面積地箔。 (2)接地線應盡量加粗。若接地線用很紉的線條，則接地電位隨電流的變化而變化， 使抗噪性能降低。因此應將接地線加粗

6、，使它能通過三倍于印制板上的允許電流。 如有可能，接地線應在23mm以上。 (3)接地線構成閉環(huán)路。只由數(shù)字電路組成的印制板，其接地電路布成團環(huán)路大多 能提高抗噪聲能力。 3.退藕電容配置 PCB設計的常規(guī)做法之一是在印制板的各個關鍵部位配置適當?shù)?退藕電容。退藕電容的一般配置原則是： (1)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。 (2)原則上每個集成電路芯片都應布置一個0.01pF的瓷片電容，如遇印制板空隙 不夠，可每48個芯片布置一個1 10pF的但電容。 (3)對于抗噪能力弱、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

7、地線之間直接接入退藕電容。(4)電容引線不能太長，尤其是高頻旁路 電容不能有引線。此外，還應注意以下兩點：(1）在印制板中有接觸器、繼電器、 按鈕等元件時操作它們時均會產(chǎn)生較大火花放電，必須采用附圖所示的 RC 電路 來吸收放電電流。一般 R 取 1 2K，C取2.2 47UF。(2)CMOS的輸入阻抗很高， 且易受感應，因此在使用時對不用端要接地或接正電源。其他：1.盡量加寬電源、地線寬度，最好是地線比電源線寬，它們的關系是：地線電源線信號線，通常信號線寬為：0.20.3mm,最細寬度可達0.050.07mm,電源線為1.22.5 mm 。對數(shù)字電路的PCB可用寬的地導線組成一個回路, 即構

8、成一個地網(wǎng)來使用(模擬電路的地不能這樣使用) 用大面積銅層作地線用,在印制板上把沒被用上的地方都與地相連接作為地線用。2.數(shù)字電路與模擬電路的共地處理 現(xiàn)在有許多PCB不再是單一功能電路（數(shù)字或模擬電路），而是由數(shù)字電路和模擬電路混合構成的。因此在布線時就需要考慮它們之間互相干擾問題，特別是地線上的噪音干擾。 數(shù)字電路的頻率高，模擬電路的敏感度強，對信號線來說，高頻的信號線盡可能遠離敏感的模擬電路器件，對地線來說，整人PCB對外界只有一個結(jié)點，所以必須在PCB內(nèi)部進行處理數(shù)、模共地的問題，而在板內(nèi)部數(shù)字地和模擬地實際上是分開的它們之間互不相連，只是在PCB與外界連接的接口處（如插頭等）。數(shù)字地

9、與模擬地有一點短接，請注意，只有一個連接點。也有在PCB上不共地的，這由系統(tǒng)設計來決定。 數(shù)字電路是工作在0/1導通或截止狀態(tài)，這兩個狀態(tài)電流較小，在翻轉(zhuǎn)時電流電流才較大?？墒菙?shù)字電路往往是大家都在同一時鐘信號下，同一瞬間觸發(fā)翻轉(zhuǎn)。這瞬間電流很大很大。而且大家都一同流向地線，即使地線電阻在微歐級，也會產(chǎn)生毫伏級甚至更高的脈沖電電壓。而模擬電路往往是微弱信號進行放大和處理。想想看，如果在同一地線，這個脈沖電壓就很容易耦合到放大器的輸入端，將對模擬電路產(chǎn)生很大的干擾。最好的辦法是把地線分塊，當然往往最后還要把他們連接的，至于怎么連接？也是很有講究的。3.在大面積的接地（電）中，常用元器件的腿與其連

10、接，對連接腿的處理需要進行綜合的考慮，就電氣性能而言，元件腿的焊盤與銅面滿接為好，但對元件的焊接裝配就存在一些不良隱患如：焊接需要大功率加熱器。容易造成虛焊點。所以兼顧電氣性能與工藝需要，做成十字花焊盤，稱之為熱隔離（heat shield）俗稱熱焊盤（Thermal），這樣，可使在焊接時因截面過分散熱而產(chǎn)生虛焊點的可能性大大減少。多層板的接電（地）層腿的處理相同。 4. 印制線路板的走線：印制導線的布設應盡可能的短，在高頻回路中更應如此；印制導線的拐彎應成圓角，而直角或尖角在高頻電路和布線密度高的情況下會影響電氣性能；當兩面板布線時，兩面的導線宜相互垂直、斜交、或彎曲走線，避免相互平行，以減

11、小寄生耦合作為電路的輸入及輸出用的印制導線應盡量避免相鄰平行，以免發(fā)生回授，在這些導線之間最好加接地線。印制導線的寬度：導線寬度應以能滿足電氣性能要求而又便于生產(chǎn)為宜，它的最小值以承受的電流大小而定，但最小不宜小于0.2mm，在高密度、高精度的印制線路中，導線寬度和間距一般可取0.3mm；導線寬度在大電流情況下還要考慮其溫升，單面板實驗表明，當銅箔厚度為50m、導線寬度11.5mm、通過電流2A時，溫升很小，因此，一般選用11.5mm寬度導線就可能滿足設計要求而不致引起溫升；印制導線的公共地線應盡可能地粗，可能的話，使用大于23mm的線條，這點在帶有微處理器的電路中尤為重要，因為當?shù)鼐€過細時，

12、由于流過的電流的變化，地電位變動，微處理器定時信號的電平不穩(wěn)，會使噪聲容限劣化；在DIP封裝的IC腳間走線，可應用1010與1212原則，即當兩腳間通過2根線時，焊盤直徑可設為50mil、線寬與線距都為10mil，當兩腳間只通過1根線時，焊盤直徑可設為64mil、線寬與線距都為12mil。5. 當焊盤直徑為1.5mm時，為了增加焊盤抗剝強度，可采用長不小于1.5mm，寬為1.5mm和長圓形焊盤，此種焊盤在集成電路引腳焊盤中最常見。對于超出上表范圍的焊盤直徑可用下列公式選取：直徑小于0.4mm的孔：Dd0.53直徑大于2mm的孔：Dd1.52式中：（D焊盤直徑，d內(nèi)孔直徑）關于單片機硬件抗干擾的

13、措施2.1 抑制干擾源 抑制干擾源就是盡可能的減小干擾源的du/dt， di/dt。這是抗干擾設計中最優(yōu)先考慮和最重要的原則，常常會起到事半功倍的效果。 減小干擾源的du/dt主要是通過在干擾源兩端并聯(lián)電容來實現(xiàn)。減小干擾源的di/dt則是在干擾源回路串聯(lián)電感或電阻以及增加續(xù)流二極管來實現(xiàn)。 抑制干擾源的常用措施如下： （1）繼電器線圈增加續(xù)流二極管，消除斷開線圈時產(chǎn)生的反電動勢干擾。僅加續(xù)流二極管會使繼電器的斷開時間滯后，增加穩(wěn)壓二極管后繼電器在單位時間內(nèi)可動作更多的次數(shù)。 （2）在繼電器接點兩端并接火花抑制電路（一般是RC串聯(lián)電路，電阻一般選幾K到幾十K，電容選0.01uF），減小電火花影

14、響。 （3）給電機加濾波電路，注意電容、電感引線要盡量短。 （4）電路板上每個IC要并接一個0.01F0.1 F高頻電容，以減小IC對電源的影響。注意高頻電容的布線，連線應靠近電源端并盡量粗短，否則，等于增大了電容的等效串聯(lián)電阻，會影響濾波效果。 （5）布線時避免90度折線，減少高頻噪聲發(fā)射。 （6）可控硅兩端并接RC抑制電路，減小可控硅產(chǎn)生的噪聲（這個噪聲嚴重時可能會把可控硅擊穿的）。2.2 切斷干擾傳播路徑 按干擾的傳播路徑可分為傳導干擾和輻射干擾兩類。 所謂傳導干擾是指通過導線傳播到敏感器件的干擾。高頻干擾噪聲和有用信號的頻帶不同，可以通過在導線上增加濾波器的方法切斷高頻干擾噪聲的傳播，

15、有時也可加隔離光耦來解決。電源噪聲的危害最大，要特別注意處理。 所謂輻射干擾是指通過空間輻射傳播到敏感器件的干擾。一般的解決方法是增加干擾源與敏感器件的距離，用地線把它們隔離和在敏感器件上加屏蔽罩。 切斷干擾傳播路徑的常用措施如下： （1）充分考慮電源對單片機的影響。電源做得好，整個電路的抗干擾就解決了一大半。許多單片機對電源噪聲很敏感,要給單片機電源加濾波電路或穩(wěn)壓器，以減小電源噪聲對單片機的干擾。比如，可以利用磁珠和電容組成形濾波電路，當然條件要求不高時也可用100電阻代替磁珠。 （2）如果單片機的I/O口用來控制電機等噪聲器件，在I/O口與噪聲源之間應加隔離（增加形濾波電路）。 （3）注

16、意晶振布線。晶振與單片機引腳盡量靠近，用地線把時鐘區(qū)隔離起來，晶振外殼接地并固定。 （4）電路板合理分區(qū)，如強、弱信號，數(shù)字、模擬信號。盡可能把干擾源（如電機、繼電器）與敏感元件（如單片機）遠離。 （5）用地線把數(shù)字區(qū)與模擬區(qū)隔離。數(shù)字地與模擬地要分離，最后在一點接于電源地。A/D、D/A芯片布線也以此為原則。 （6）單片機和大功率器件的地線要單獨接地，以減小相互干擾。大功率器件盡可能放在電路板邊緣。 （7）在單片機I/O口、電源線、電路板連接線等關鍵地方使用抗干擾元件如磁珠、磁環(huán)、電源濾波器、屏蔽罩，可顯著提高電路的抗干擾性能。 2.3 提高敏感器件的抗干擾性能 提高敏感器件的抗干擾性能是指

17、從敏感器件這邊考慮盡量減少對干擾噪聲的拾取，以及從不正常狀態(tài)盡快恢復的方法。 提高敏感器件抗干擾性能的常用措施如下： （1）布線時盡量減少回路環(huán)的面積，以降低感應噪聲。 （2）布線時，電源線和地線要盡量粗。除減小壓降外，更重要的是降低耦合噪聲。 （3）對于單片機閑置的I/O口，不要懸空，要接地或接電源。其它IC的閑置端在不改變系統(tǒng)邏輯的情況下接地或接電源。 （4）對單片機使用電源監(jiān)控及看門狗電路，如： IMP809，IMP706，IMP813， X5043，X5045等，可大幅度提高整個電路的抗干擾性能。 （5）在速度能滿足要求的前提下，盡量降低單片機的晶振和選用低速數(shù)字電路。 （6）IC器件盡量直接焊在電路板上，少用IC座。 2.4 其它常用抗干擾措施 （1）交流端用電感電容濾波:去掉高頻低頻干擾脈沖。 （2）變壓器雙隔離措施:變壓器初級輸入端串接電容,初、次級線圈間屏蔽層與初級間電容中心接點接大地,次級外屏蔽層接印制板地,這是硬件抗干擾的關鍵手段。次級加低通濾波器:吸收變壓器產(chǎn)生的浪涌電壓。 （3）采用集成式直流穩(wěn)壓電源: 有過流、過壓、過熱等保護作用。 （4）I/O口采用光電、磁電、繼電器隔離，同時去掉公共地。 （5）通訊線用雙絞線:排除平行互感。 （6）防雷電用光纖隔離最為有效。 （7）A/D轉(zhuǎn)換用隔離放大器或采用現(xiàn)場