電磁兼容技術(shù)在PCB抗干擾設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

1、無線應(yīng)用電磁兼容（）是一門綜合性學(xué)科，主要研究電磁干擾和抗干擾的問題。電磁兼容性是指電子設(shè)備或系統(tǒng)在規(guī)定的電磁環(huán)境電平下，不因電磁干擾而降低性能，同時(shí)它電磁兼容技術(shù)在抗干擾設(shè)計(jì)中的應(yīng)用重慶通信學(xué)院無線電管理教研室王振華張學(xué)平們本身產(chǎn)生的電磁輻射不大于檢定的極限電平，不影響其它電子設(shè)備或系統(tǒng)的正常運(yùn)行，并達(dá)到設(shè)備與設(shè)備、系統(tǒng)與系統(tǒng)之間互不干擾、共同可靠地工作的要求。而電磁環(huán)境電平是受試設(shè)備或系統(tǒng)在不加電時(shí)，在規(guī)定的試驗(yàn)場(chǎng)地和時(shí)間內(nèi)，存在于周圍空間的輻射和電網(wǎng)內(nèi)傳導(dǎo)信號(hào)及噪聲量值。這個(gè)電磁環(huán)境電平是由自然干擾源及人為干擾源電磁能量共同形成的。裝備和系統(tǒng)的研發(fā)部門在設(shè)計(jì)階段就著手解決電磁兼容問題是十

2、分重要的。國內(nèi)外大量的經(jīng)驗(yàn)表明，在產(chǎn)品的研制生產(chǎn)過程中越早注意解決電磁兼容性，則越可以節(jié)約人力與物力。如圖所示可知，在設(shè)計(jì)階段解決問題，不僅可以降低成本，降低解決問題的難度，同時(shí)也大大縮短了系統(tǒng)研制的時(shí)間。目前，電子器材用于各類電子設(shè)備和系統(tǒng)仍然以印制電路板為主要裝配方式。實(shí)踐證明，如果印制電路板設(shè)計(jì)不當(dāng)，即使電路原理圖設(shè)計(jì)正確，也會(huì)對(duì)電子設(shè)備的可靠摘要從板的電磁兼容性（）分析入手，分別就板的拓?fù)洳季?、地線設(shè)計(jì)、電源線布置等方面較詳細(xì)地討論了印制電路板設(shè)計(jì)中抑制干擾及實(shí)現(xiàn)電磁兼容的方法。性產(chǎn)生不利影響。所以，保證印制電路板的電磁兼容性是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。中常見的電磁干擾1要解決設(shè)計(jì)中的電磁兼

3、容問題，首先應(yīng)該了解關(guān)鍵詞印制電路板（）抗干擾電磁兼容中各種電磁干擾的產(chǎn)生機(jī)理和傳播途徑，然后才能依此提出相應(yīng)的解決方案。通常中存在的電磁干擾有：傳導(dǎo)干擾、串音干擾以及輻射干擾。產(chǎn)生干擾的根源是電路中電壓或電流的變化。傳導(dǎo)干擾傳導(dǎo)干擾主要通過導(dǎo)線耦合及共模阻抗耦合來影響其它電路。例如噪音通過電源電路進(jìn)入某一系統(tǒng)，所有使用60中國無線電無線應(yīng)用該電源的電路就會(huì)受到影響。圖表示的是噪音通過共模阻抗耦合，電路與電路共同使用一根導(dǎo)線獲取電源電壓和接地回路，如果電路的電壓突然需要升高，那么電路的電壓必將因?yàn)楣灿秒娫匆约皟苫芈分g的阻抗而降低。對(duì)于地回路也是如此。輻射干擾輻射干擾是由于空間電磁波的輻射而引

4、入的干擾。中的輻射干擾主要是電纜和內(nèi)部走線間的共模電流輻射干擾。當(dāng)電磁波輻射到傳輸線上時(shí)，將出現(xiàn)場(chǎng)到線的耦合問題。沿線引起的分布小電壓源可分解為共模（）和圖各個(gè)階段解決問題的效費(fèi)比差模（）分量。共模電流指兩導(dǎo)線上振幅相差很小而相位相同的電流，差模電流則是兩導(dǎo)線上振幅相等而相位相反的電流?？垢蓴_設(shè)計(jì)中的應(yīng)用由于板上的電子器件密度越來越大，走線越來越窄，信號(hào)的頻率越來越高，不可避免地會(huì)引入（電磁兼容）和（電磁干擾）的問題。所以，設(shè)計(jì)目的是使板上各部分電路之間沒有干擾或?qū)⒏蓴_減少到最低，并使印制板對(duì)外的傳導(dǎo)發(fā)射和輻射發(fā)射盡可能降低，達(dá)到有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。外部的傳導(dǎo)干擾和輻射干擾對(duì)板上的電路基本無影響，實(shí)

5、際上在設(shè)計(jì)中采取正確的措施常常能同時(shí)起到抗干擾和抑制發(fā)射的作用。印制電路板的選取印制電路板有單面、雙面和多層板之分。單面和雙面板一般用于低、中密度布線的電路和集成度較低的電路；多層板適用于高密度布線、高集成度芯片的高速數(shù)圖共模阻抗耦合字電路。對(duì)于信號(hào)頻率較高、器件較密集的印制電路板，盡量串音干擾串音干擾是一個(gè)信號(hào)線路干擾另一鄰近的信號(hào)路徑。它通常發(fā)生在鄰近的電路和導(dǎo)體上，用電路和導(dǎo)體的互容和互感來表征。例如，上某一帶狀線上載有低電平信號(hào)，當(dāng)平行布線長度超過時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生串音干擾。由于串音可以由電場(chǎng)通過互容、磁場(chǎng)通過互感引起，所以考慮帶狀線上的串音問題時(shí)，最主要的問題是確定電場(chǎng)（互容）、磁場(chǎng)（互感

6、）耦合哪個(gè)是主要的因素。選用四層或四層以上的印制電路板。從電磁兼容的角度來說，多層板可以減小線路板的電磁輻射并提高線路板的抗干擾能力。因?yàn)樵诙鄬影逶O(shè)計(jì)中，可以設(shè)置專門的電源層和地層，使信號(hào)線與地線之間的距離僅為印制電路板的層間距離。這樣，板上所有信號(hào)的回路面積就可以降至最小，從而有效減小差模輻射。元器件布局中國無線電61無線應(yīng)用良好的布局是電子產(chǎn)品具有良好性能的關(guān)鍵，這就要求設(shè)計(jì)工程師對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的原理、布線規(guī)則、電磁兼容控制技術(shù)有深刻理解和豐富經(jīng)驗(yàn)。電路中元件的布局直接影響電磁兼容和抗擾度特性。從頻率而言是先高頻電路，再中頻電路，最后低頻電路；而從邏輯速度而言，是先高速邏輯電路，再中速邏輯電路

7、，最后是低速邏輯電路。在印制板中布置高速、中速和低速邏輯電路時(shí)，應(yīng)按圖的方式排列器件。圖混合電路元件布局射。因此，高速器件頻率大于或上升時(shí)間小于的器件在印制電路板上的走線要盡可能短。（）驅(qū)動(dòng)器應(yīng)緊靠連接器，避免信號(hào)在板上長距離走線，耦合不必要的干擾信號(hào)。地線的布置數(shù)字電路與模擬電路的共地處理在處理由數(shù)字電路和模擬電路混合構(gòu)成的板時(shí)，布線時(shí)要特別注意地線上的噪音干擾。對(duì)地線來說，整個(gè)對(duì)外界只有一個(gè)結(jié)點(diǎn)，所以必須在內(nèi)部處理數(shù)、模共地的問題，而在板內(nèi)部數(shù)字地和模擬地必須是分開的，只是在與外界接口處（如插頭等）有一點(diǎn)短接。模擬地線、數(shù)字地線在接往公共地線時(shí)要通過高頻扼流環(huán)節(jié)。在實(shí)際裝配中高頻扼流環(huán)節(jié)用

8、的是中心孔穿、有導(dǎo)線的高頻鐵氧體磁芯，在電路原理圖上一般不予表達(dá)。邏輯地和模擬地要分開布線，將它們各自地線分別與相應(yīng)的電源地線相連。盡量加粗模擬地，盡量加大其引出端的接地面積。正確選擇單點(diǎn)接地與多點(diǎn)接地在低頻電路和中頻電路中，為降低電路環(huán)流對(duì)干擾的影響、地線阻抗的影響，分別采用單點(diǎn)接地與就近多點(diǎn)接地。元器件布局時(shí)，注意以下幾點(diǎn)可以避免出現(xiàn)許多的電磁兼容問題：（）發(fā)熱元件遠(yuǎn)離關(guān)鍵集成電路。（）某些敏感器件例如鎖相環(huán)，對(duì)噪音干擾特別敏感，則給予更高隔離度。（）連接器及其引腳應(yīng)根據(jù)元器件在板上的位置確定，所有連接器最好放在印制板的一側(cè)，盡量避免從兩側(cè)引出電纜，以便減小共模電流輻射。（）注意印制板與元

9、器件的高頻特性：在高頻情況下，印制線路板上的引線、過孔、電阻、電容和接插件的分布電感與電容等不可忽視。電阻對(duì)高頻信號(hào)產(chǎn)生的反射，會(huì)對(duì)引線的分布電容起作用，當(dāng)引線長度大于噪聲頻率相應(yīng)波長的時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生天線效應(yīng)，噪聲通過引線向外發(fā)數(shù)字電路地線數(shù)字電路地線構(gòu)成閉環(huán)路。隨著頻率的增高，地線阻抗變得越來越大，接地電位隨著電流的變化而起伏不定，造成信號(hào)電平不穩(wěn)。因此對(duì)數(shù)字電路的可用寬的地導(dǎo)線組成一個(gè)回路，構(gòu)成一個(gè)電網(wǎng)來使用（模擬電路的地不能這樣使用），以盡量降低地線阻抗。對(duì)復(fù)雜的電路來說，最好的方法是設(shè)計(jì)成多層板，采用一個(gè)信號(hào)層配一個(gè)地線層，這樣能有效地解決高頻電路的信號(hào)完整性問題。電源線的布置電源線設(shè)計(jì)

10、對(duì)工作的抗干擾性影響很大。影響電源的因素有兩個(gè)：一個(gè)是電源內(nèi)阻，一個(gè)是電源信號(hào)回流62中國無線電無線應(yīng)用路徑。電源內(nèi)阻并非普通意義上所指的電阻，我們平時(shí)所見到的導(dǎo)體由于大多用在低頻的場(chǎng)合，所以一般只注意到其電阻效應(yīng)。電感跟電阻差不多，在導(dǎo)體里有無數(shù)個(gè)微分電感串聯(lián)和并聯(lián)，導(dǎo)體面積增大時(shí)相當(dāng)于并聯(lián)的微分電感增多，總電感量減少；當(dāng)導(dǎo)體的長度增大時(shí)相當(dāng)于串聯(lián)的微分電感增多，總電感量增加。在低頻時(shí)電感效應(yīng)不明顯，隨著頻率的增加，在供電路徑上的電感會(huì)呈現(xiàn)一個(gè)較大的阻抗，將會(huì)耗費(fèi)部分電壓。這意味著芯片得不到足夠的供電電壓，信號(hào)的擺幅也會(huì)跟著跌低，有可能無法保證一個(gè)有效的脈沖方波，即高頻電路里所說的地彈。為了

11、盡量避免地彈，必須保證每個(gè)芯片的耗電引腳都有濾波電容，盡量降低電源內(nèi)阻。具體做法是電源平面盡量保持完整，達(dá)到電感最?。欢鄬影逯性O(shè)置專用的電源層，電源層和地層相鄰放置，以得到更大的對(duì)地電容，如此可以進(jìn)一步降低電源內(nèi)阻，抑制和屏蔽電源路徑上的噪聲。地線、電源線、信號(hào)線寬度設(shè)計(jì)瞬變電流在印制導(dǎo)線上所產(chǎn)生的沖擊干擾主要是由印制導(dǎo)線的電感成分造成的，因此應(yīng)盡量減小印制導(dǎo)線的電感量。印制導(dǎo)線的電感量與其長度成正比，與其寬度成反比，因此短而寬的導(dǎo)線對(duì)抑制干擾是有利的。一般情況下，地線應(yīng)比電源線寬，它們之間的關(guān)系是：地線電源線信號(hào)線；通常信號(hào)線寬為，最小寬度可達(dá)，電源線為，接地線的寬度應(yīng)大于，使它能通過三倍于印制電路板的最大允許電流