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電路板

基于電磁兼容技術(shù)PCB板的設(shè)計(jì)研究

文章出處:http://yu32116.cn網(wǎng)責(zé)任編輯:恒成和電路板作者:恒成和線路板人氣:-發(fā)表時(shí)間:2016-05-06 16:00:00

  1電磁兼容(EMC)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。電磁兼容性 (EMC)包括兩個(gè)方面:產(chǎn)品的電磁輻射性和抗電磁干擾性口一個(gè)好的電子產(chǎn)品必須考慮電磁兼容問題,既不能有電磁輻射干擾其他電子設(shè)備,又要有較低的電磁敏感度,能抵抗規(guī)定的電磁干擾。電磁干擾是電磁騷擾引起的后果,它會(huì)使電子設(shè)備、傳輸通道、系統(tǒng)和印刷板組裝件的性能下降。印刷板作為電子設(shè)備的基礎(chǔ)部件,使用中同樣存在電場(chǎng)和磁場(chǎng),有電、磁場(chǎng)存在就有電磁兼容問題,尤其是現(xiàn)代電子設(shè)備中大量采用數(shù)字電路、高速邏輯電路,信號(hào)的傳輸速度大大提高,這也增大了引起電磁輻射和受電磁干擾的因素,所以考慮電磁兼容問題是印刷電路板設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。

PCB

  2印刷電路板上抑制電磁干擾設(shè)計(jì)

  由于PCB上的電子器件和線路的密集度不斷增加,而信號(hào)的頻率也不斷提高,不可避免地會(huì)引入E訛(電磁兼容)和陰I(電磁干擾)的問題。

  外部的傳導(dǎo)干擾和輻射干擾對(duì)PCB上的電路基本無(wú)影響,實(shí)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。在設(shè)計(jì)印刷電路板時(shí),首先要根據(jù)實(shí)際需要,選擇合適的印制板類型(板材和板層),然后是確定元器件在板上的位置,再依次布局,設(shè)計(jì)地線、信號(hào)線。

  2.1印刷電路板的選取

  印刷電路板有單面、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)字電路。從電磁兼容的角度來(lái)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)樵诙鄬影逯校梢栽O(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線印刷電路板的層間距離。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。

  2.2元器件的布局

  設(shè)計(jì)印刷電路板不僅僅是簡(jiǎn)單地將各個(gè)元器件之間用印制導(dǎo)線連接起來(lái),更重要的是應(yīng)當(dāng)考慮電路的特點(diǎn)和要求,正確的擺放元器件。

  l)按電路單元和相互有連接關(guān)系的元器件應(yīng)靠近布局。以減少元器件之間的走線和連線的長(zhǎng)度,減低輻射和干擾。

  2)按電路工作頻率或器件的開關(guān)速度的相對(duì)高低分區(qū)布局,從I/0端向板的遠(yuǎn)端電路工作頻率依次降低分布,在較高頻率區(qū)內(nèi),高速震蕩器件不應(yīng)靠近工/0端。

  3)容易產(chǎn)生電磁輻射的元器件(如:時(shí)鐘、震蕩器等),遠(yuǎn)離電磁敏感器件或走線,必要時(shí)采取電磁屏蔽措施。

  2.3信號(hào)線的布局

  信號(hào)線的布置最好根據(jù)信號(hào)的流向順序安排,使電路板上的信號(hào)走向流暢。不相容的信號(hào)線應(yīng)相互遠(yuǎn)離,不要平行走線。同一層上的信號(hào)線保持一定間距,最好以相應(yīng)地線回路隔離,減少線間信號(hào)串?dāng)_。分布在不同層上的信號(hào)線走向應(yīng)相互垂直,這樣可以減少線間的電場(chǎng)和磁場(chǎng)禍合干擾。高速信號(hào)的回路面積盡可能小,以免發(fā)生輻射干擾。

  1)高速信號(hào)線盡可能放在同一層,不要換層:2)使信號(hào)線平滑過度,避免由于線寬突變引起信號(hào)反射:3)印制線不要一部分緊鄰地線走,一部分不緊鄰造成阻抗突變;4)信號(hào)線不要離印制板邊緣太近,否則會(huì)引起特征阻抗變化,而且容易產(chǎn)生邊緣場(chǎng),增加向外的輻射:5)對(duì)于導(dǎo)線特性阻抗要求嚴(yán)格的信號(hào)線,應(yīng)采用帶狀線或微帶線的布線形式,有利于導(dǎo)線寬度、厚度和絕緣層厚度調(diào)整特性阻抗;6)當(dāng)電路的工作頻率超過SMHz或器件的邊沿?cái)?shù)率超過sns時(shí),應(yīng)優(yōu)先選用多層板,有利于降低電磁干擾;7)高速信號(hào)傳輸線路中過孔盡量少,并且孔徑小,有利于降低孔的寄生電容,通常采用小孔徑的過孔、埋孔或盲孔。

  2.4地線布局

  1)將數(shù)字電路與模擬電路分開。電路板上既有高速邏輯電路,又有線性電路,應(yīng)使它們盡量分開,兩者的地線不要相混,分別與電源端地線相連。要盡量加大線性電路的接地面積。

  2)正確選擇單點(diǎn)接地與多點(diǎn)接地。在低頻電路中,信號(hào)的工作頻率小于1陽(yáng)z,它的布線和器件間的電感影響較小,而接地電路形成的環(huán)流對(duì)干擾影響較大,因而應(yīng)采用一點(diǎn)接地。當(dāng)信號(hào)工作頻率大于10MHz時(shí),地線阻抗變得很大,此時(shí)應(yīng)盡量降低地線阻抗,應(yīng)采用就近多點(diǎn)接地。

  3)盡量加粗接地線。若接地線很細(xì),接地電位則隨電流的變化而變化,致使電子設(shè)備的定時(shí)信號(hào)電平不穩(wěn),抗噪聲性能變壞。因此應(yīng)將接地線盡量加粗,使它能通過三倍于印制電路板的允許電流。

  4)地線上的隔離孔不應(yīng)距離太近,隔離孔的絕緣環(huán)不能過大,以免形成無(wú)意的溝槽,影響上一層信號(hào)線的阻抗。

  5)接地線構(gòu)成閉環(huán)路。設(shè)計(jì)只由數(shù)字電路組成的印刷電路板的地線系統(tǒng)時(shí),將接地線做成閉環(huán)路可以明顯的提高抗噪聲能力。

 2.5印刷導(dǎo)線的寬度

  導(dǎo)線寬度應(yīng)以滿足電氣性能而又便于生產(chǎn)為宜,它的最小值以承受的電流而定,但最小不宜小于0.Zmln,在高密度、高精度的印刷線路中,導(dǎo)線寬度和間距一般可取0.3nnn;導(dǎo)線寬度在大電流情況下還應(yīng)考慮到其溫升,單面板試驗(yàn)表明,當(dāng)銅箔厚度為SOum、導(dǎo)線寬度1一1.smm、通過電流為2A時(shí),溫升很小。

  在DIP封裝的走線間,當(dāng)兩腳間通過2根線時(shí),焊盤直徑可設(shè)為50mil,線寬與線距都為10耐l;當(dāng)兩腳間只通過1根導(dǎo)線時(shí),焊盤直徑可設(shè)為64011,線寬與直徑都為12mil。

  3軟件抗干擾措施

  采用看門狗電路防止由于外界干擾硬件故障及程序出錯(cuò)致使系統(tǒng)停機(jī)中斷或程序進(jìn)入死循環(huán);采用軟件濾波方法剔除高頻脈沖干擾。

  4小結(jié)

  印制電路板中的電磁兼容問題很復(fù)雜,要針對(duì)具體問題采取相應(yīng)的措施。設(shè)計(jì)中善于采用新的設(shè)計(jì)手段,吸取先進(jìn)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),利用成熟的安裝工藝,有效的減少電磁干擾。

  隨著PCB工藝的不斷提高和電磁兼容學(xué)的深入發(fā)展,其電子產(chǎn)品的電磁兼容性能也將會(huì)有顯著的提高。

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