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,。實踐證明,，即使電路原理圖設(shè)計正確,，印制電路板設(shè)計不當(dāng),，也會對電子設(shè)備的可靠性產(chǎn)生不利影響。例如,，如果印制板兩條細(xì)平行線靠得很近,，則會形成信號波形的延遲，在傳輸線的終端形成反射噪聲,。因此,，在設(shè)計印制電路板的時候，應(yīng)注意采用正確的方法,。
一,、 地線設(shè)計
在電子設(shè)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(jié)合起來使用，可解決大部分干擾問題,。電子設(shè)備中地線結(jié)構(gòu)大致有系統(tǒng)地,、機(jī)殼地(屏蔽地)、數(shù)字地(邏輯地)和模擬地等,。在地線設(shè)計中應(yīng)注意以下幾點：
1. 正確選擇單點接地與多點接地;
低頻電路中,，信號的工作頻率小于1MHz，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)流對干擾影響較大,，因而應(yīng)采用一點接地。當(dāng)信號工作頻率大于10MHz時,，地線阻抗變得很大,，此時應(yīng)盡量降低地線阻抗，應(yīng)采用就近多點接地,。當(dāng)工作頻率在1～10MHz時,，如果采用一點接地，其地線長度不應(yīng)超過波長的1/20,，否則應(yīng)采用多點接地法,。
2. 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,，而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,。
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)備的定時信號電平不穩(wěn),，抗噪聲性能變壞,。因此應(yīng)將接地線盡量加粗，使它能通過三位于印制電路板的允許電流,。如有可能,，接地線的寬度應(yīng)大于3mm。
4. 將接地線構(gòu)成閉環(huán)路;
設(shè)計只由數(shù)字電路組成的印制電路板的地線系統(tǒng)時,，將接地線做成閉環(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元件，尤其遇有耗電多的元件時,，因受接地線粗細(xì)的限制,，會在地結(jié)上產(chǎn)生較大的電位差，引起抗噪聲能力下降,，若將接地結(jié)構(gòu)成環(huán)路,，則會縮小電位差值，提高電子設(shè)備的抗噪聲能力,。
二,、電磁兼容性設(shè)計
電磁兼容性是指電子設(shè)備在各種電磁環(huán)境中仍能夠協(xié)調(diào)、有效地進(jìn)行工作的能力,。電磁兼容性設(shè)計的目的是使電子設(shè)備既能抑制各種外來的干擾,，使電子設(shè)備在特定的電磁環(huán)境中能夠正常工作，同時又能減少電子設(shè)備本身對其它電子設(shè)備的電磁干擾,。
1. 選擇合理的導(dǎo)線寬度由于瞬變電流在印制線條上所產(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,，因而短而精的導(dǎo)線對抑制干擾是有利的。時鐘引線,、行驅(qū)動器或總線驅(qū)動器的信號線常常載有大的瞬變電流,，印制導(dǎo)線要盡可能地短。對于分立元件電路,，印制導(dǎo)線寬度在1.5mm左右時,，即可完全滿足要求;對于集成電路，印制導(dǎo)線寬度可在0.2～1.0mm之間選擇,。
2. 采用正確的布線策略采用平等走線可以減少導(dǎo)線電感,，但導(dǎo)線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)狀布線結(jié)構(gòu),，具體做法是印制板的一面橫向布線，另一面縱向布線,，然后在交叉孔處用金屬化孔相連,。 為了抑制印制板導(dǎo)線之間的串?dāng)_,，在設(shè)計布線時應(yīng)盡量避免長距離的平等走線，盡可能拉開線與線之間的距離,，信號線與地線及電源線盡可能不交叉,。在一些對干擾十分敏感的信號線之間設(shè)置一根接地的印制線，可以有效地抑制串?dāng)_,。
為了避免高頻信號通過印制導(dǎo)線時產(chǎn)生的電磁輻射,，在印制電路板布線時，還應(yīng)注意以下幾點：
●盡量減少印制導(dǎo)線的不連續(xù)性,，例如導(dǎo)線寬度不要突變,，導(dǎo)線的拐角應(yīng)大于90度禁止環(huán)狀走線等。
●時鐘信號引線最容易產(chǎn)生電磁輻射干擾,，走線時應(yīng)與地線回路相靠近,，驅(qū)動器應(yīng)緊挨著連接器。
●總線驅(qū)動器應(yīng)緊挨其欲驅(qū)動的總線,。對于那些離開印制電路板的引線,，驅(qū)動器應(yīng)緊緊挨著連接器,。
●數(shù)據(jù)總線的布線應(yīng)每兩根信號線之間夾一根信號地線,。最好是緊緊挨著最不重要的地址引線放置地回路，因為后者常載有高頻電流,。
●在印制板布置高速,、中速和低速邏輯電路時，應(yīng)按照圖1的方式排列器件,。
3.抑制反射干擾為了抑制出現(xiàn)在印制線條終端的反射干擾,，除了特殊需要之外，應(yīng)盡可能縮短印制線的長度和采用慢速電路,。必要時可加終端匹配,，即在傳輸線的末端對地和電源端各加接一個相同阻值的匹配電阻。根據(jù)經(jīng)驗,，對一般速度較快的TTL電路,，其印制線條長于10cm以上時就應(yīng)采用終端匹配措施。匹配電阻的阻值應(yīng)根據(jù)集成電路的輸出驅(qū)動電流及吸收電流的最大值來決定,。
三,、去耦電容配置
在直流電源回路中，負(fù)載的變化會引起電源噪聲,。例如在數(shù)字電路中,，當(dāng)電路從一個狀態(tài)轉(zhuǎn)換為另一種狀態(tài)時，就會在電源線上產(chǎn)生一個很大的尖峰電流,，形成瞬變的噪聲電壓,。配置去耦電容可以抑制因負(fù)載變化而產(chǎn)生的噪聲,，是印制電路板的可靠性設(shè)計的一種常規(guī)做法，配置原則如下：
●電源輸入端跨接一個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更好。
●為每個集成電路芯片配置一個0.01uF的陶瓷電容器,。如遇到印制電路板空間小而裝不下時,，可每4～10個芯片配置一個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(nèi)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)斷時電流變化大的器件和ROM,、RAM等存儲型器件，應(yīng)在芯片的電源線(Vcc)和地線(GND)間直接接入去耦電容,。
●去耦電容的引線不能過長,，特別是高頻旁路電容不能帶引線。
四,、印制電路板的尺寸與器件的布置
印制電路板大小要適中,，過大時印制線條長，阻抗增加,，不僅抗噪聲能力下降,，成本也高;過小，則散熱不好,，同時易受臨近線條干擾,。
在器件布置方面與其它邏輯電路一樣，應(yīng)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,。如圖2所示。時種發(fā)生器,、晶振和CPU的時鐘輸入端都易產(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(yīng)盡量遠(yuǎn)離邏輯電路，如有可能,，應(yīng)另做電路板,，這一點十分重要
五、熱設(shè)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(yīng)小于2cm,，而且器件在印制版上的排列方式應(yīng)遵循一定的規(guī)則：
?對于采用自由對流空氣冷卻的設(shè)備，最好是將集成電路(或其它器件)按縱長方式排列,，如圖3示;對于采用強(qiáng)制空氣冷卻的設(shè)備,，最好是將集成電路(或其它器件)按橫長方式排列，如圖4所示,。
?同一塊印制板上的器件應(yīng)盡可能按其發(fā)熱量大小及散熱程度分區(qū)排列,，發(fā)熱量小或耐熱性差的器件(如小信號晶體管、小規(guī)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(guī)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(qū)域(如設(shè)備的底部),，千萬不要將它放在發(fā)熱器件的正上方,，多個器件最好是在水平面上交錯布局。
?設(shè)備內(nèi)印制板的散熱主要依靠空氣流動,，所以在設(shè)計時要研究空氣流動路徑,，合理配置器件或印制電路板,?？諝饬鲃訒r總是趨向于阻力小的地方流動，所以在印制電路板上配置器件時,，要避免在某個區(qū)域留有較大的空域,。整機(jī)中多塊印制電路板的配置也應(yīng)注意同樣的問題。
大量實踐經(jīng)驗表明,，采用合理的器件排列方式,，可以有效地降低印制電路的溫升，從而使器件及設(shè)備的故障率明顯下降,。
以上所述只是印制電路板可靠性設(shè)計的一些通用原則,，印制電路板可靠性與具體電路有著密切的關(guān)系，在設(shè)計中不還需根據(jù)具體電路進(jìn)行相應(yīng)處理,，才能最大程度地保證印制電路板的可靠性,。
六、產(chǎn)品干擾的抑制方案
1 接地
1.1 設(shè)備的信號接地
目的：為設(shè)備中的任何信號提供一個公共的參考電位。
方式：設(shè)備的信號接地系統(tǒng)可以是一塊金屬板,。
1.2 基本的信號接地方式
有三種基本的信號接地方式：浮地,、單點接地、多點接地,。
1.2.1 浮地 目的：使電路或設(shè)備與公共地線可能引起環(huán)流的公共導(dǎo)線隔離起來,，浮地還使不同電位的電路之間配合變得容易。 缺點：容易出現(xiàn)靜電積累引起強(qiáng)烈的靜電放電,。 折衷方案：接入泄放電阻,。
1.2.2 單點接地 方式：線路中只有一個物理點被定義為接地參考點，凡需要接地均接于此,。 缺點：不適宜用于高頻場合,。
1.2.3 多點接地 方式：凡需要接地的點都直接連到距它最近的接地平面上，以便使接地線長度為最短,。 缺點：維護(hù)較麻煩,。
1.2.4 混合接地 按需要選用單點及多點接地。
1.3 信號接地線的處理(搭接)
搭接是在兩個金屬點之間建立低阻抗的通路,。
分直接搭接,、間接搭接方式。
無論哪一種搭接方式,，最重要的是強(qiáng)調(diào)搭接良好,。
1.4 設(shè)備的接地(接大地)
設(shè)備與大地連在一起，以大地為參考點,，目的：
1) 實現(xiàn)設(shè)備的安全接地
2) 泄放機(jī)箱上所積累的電荷,，避免設(shè)備內(nèi)部放電。
3) 接高設(shè)備工作的穩(wěn)定性,，避免設(shè)備對大地的電位在外界電磁環(huán)境作用下發(fā)生的變化,。
1.5 拉大地的方法和接地電阻 接地棒。
1.6 電氣設(shè)備的接地
2 屏蔽
2.1 電場屏蔽
2.1.1 電場屏蔽的機(jī)理 分布電容間的耦合 處理方法：
1) 增大A,、B距離,。
2) B盡量貼近接地板。
3)A,、B間插入金屬屏蔽板,。
2.1.2 電場屏蔽設(shè)計重點：
1) 屏蔽板程控受保護(hù)物;屏蔽板接地必須良好。
2) 注意屏蔽板的形狀,。
3) 屏蔽板以良好導(dǎo)體為好,，厚度無要求，強(qiáng)度要足夠,。
2.2 磁場屏蔽
2.2.1 磁場屏蔽的機(jī)理
高導(dǎo)磁材料的低磁阻起磁分路作用,，使屏蔽體內(nèi)的磁場大大降低。
2.2.2 磁場屏蔽設(shè)計重點
1) 選用高導(dǎo)磁率材料。
2) 增加屏蔽體的壁厚,。
3) 被屏蔽物不要緊靠屏蔽體,。
4) 注意結(jié)構(gòu)設(shè)計。
5) 對強(qiáng)用雙層磁屏蔽體,。
2.3 電磁場屏蔽的機(jī)理
1) 表面的反射,。
2) 屏蔽體內(nèi)部的吸收。
2.3.2 材料對電磁屏蔽的效果
2.4 實際的電磁屏蔽體
七,、產(chǎn)品內(nèi)部的電磁兼容性設(shè)計
1 印刷電路板設(shè)計中的電磁兼容性
1.1 印刷線路板中的公共阻抗耦合問題 數(shù)字地與模擬地分開,，地線加寬。
1.2 印刷線路板的布局
※對高速,、中速和低速混用時,，注意不同的布局區(qū)域。
※對低模擬電路和數(shù)字邏輯要分離,。
1.3 印刷線路板的布線(單面或雙面板)
※專用零伏線,，電源線的走線寬度≥1mm。
※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(dá)到均衡。
※要為模擬電路專門提供一根零伏線,。
※為減少線間串?dāng)_,，必要時可增加印刷線條間距離，在意安插一些零伏線作為線間隔離,。
※印刷電路的插頭也要多安排一些零伏線作為線間隔離,。
※特別注意電流流通中的導(dǎo)線環(huán)路尺寸。
※如有可能在控制線(于印刷板上)的入口處加接R-C去耦,，以便消除傳輸中可能出現(xiàn)的干擾因素,。
※印刷弧上的線寬不要突變，導(dǎo)線不要突然拐角(≥90度),。
1.4 對在印刷線路板上使用邏輯電路有益建議
※凡能不用高速邏輯電路的就不用,。
※在電源與地之間加去耦電容。
※注意長線傳輸中的波形畸變,。
※用R-S觸發(fā)的作按鈕與電子線路之間配合的緩沖。
1.4.1 邏輯電路工作時,，所引入的電源線干擾及抑制方法
1.4.2 邏輯電路輸出波形傳輸中的畸變問題
1.4.3 按鈕操作與電子線路工作的配合問題
1.5 印刷線路板的互連 主要是線間串?dāng)_,，影響因素：
※直角走線
※屏蔽線
※阻抗匹配
※長線驅(qū)動
2 開關(guān)電源設(shè)計中的電磁兼容性
2.1 開關(guān)電源對電網(wǎng)傳導(dǎo)的騷擾與抑制
騷擾來源：
①非線性流。
②初級電路中功率晶體管外殼與散熱器之間的容光煥發(fā)性耦合在電源輸入端產(chǎn)生的傳導(dǎo)共模噪聲,。
抑制方法：
①對開關(guān)電壓波形進(jìn)行“修整”,。
②在晶體管與散熱器之間加裝帶屏蔽層的絕緣墊片。
③在市電輸入電路中加接電源濾波器。
2.2 開關(guān)電源的輻射騷擾與抑制
注意輻射騷擾與抑制
抑制方法：
①盡可能地減小環(huán)路面積,。
②印刷線路板上正負(fù)載流導(dǎo)體的布局,。
③在次線整流回路中使用軟恢復(fù)二極管或在二極管上并聯(lián)聚酯薄膜電容器。
④對晶體管開關(guān)波形進(jìn)行“修整”,。
2.3 輸出噪聲的減小
原因是二極管反向電流陡變及回路分布電感,。二極管結(jié)電容等形成高頻衰減振蕩，而濾波電容的等效串聯(lián)電感又削弱了濾波的作用,，因此在輸出改波中出現(xiàn)尖峰干擾解決辦法是加小電感和高頻電容,。
3 設(shè)備內(nèi)部的布線
3.1 線間電磁耦合現(xiàn)象及抑制方法
對磁場耦合：
①減小干擾和敏感電路的環(huán)路面積最好辦法是使用雙絞線和屏蔽線。
②增大線間距離(使互感減小),。
③盡可有使干擾源線路與受感應(yīng)線路呈直角布線,。
對電容耦合：
①增大線間距離。
②屏蔽層接地,。
③降低敏感線路的輸入阻抗,。
④如有可能在敏感電路采用平衡線路作輸入，利用平衡線路固有的共模抑制能力克服干擾源對敏感線路的干擾,。
3.2 一般的布線方法：
按功率分類,，不同分類的導(dǎo)線應(yīng)分別捆扎，分開敷設(shè)的線束間距離應(yīng)為50～75mm,。
4 屏蔽電纜的接地
4.1 常用的電纜
※雙絞線在低于100KHz下使用非常有效,，高頻下因特性阻抗不均勻及由此造成的波形反射而受到限制。
※帶屏蔽的雙絞線,，信號電流在兩根內(nèi)導(dǎo)線上流動,，噪聲電流在屏蔽層里流動，因此消除了公共阻抗的耦合,，而任何干擾將同時感應(yīng)到兩根導(dǎo)線上,，使噪聲相消。
※非屏蔽雙絞線抵御靜電耦合的能力差些,。但對防止磁場感應(yīng)仍有很好作用,。非屏蔽雙絞線的屏蔽效果與單位長度的導(dǎo)線扭絞次數(shù)成正比。
※同軸電纜有較均勻的特性阻抗和較低的損耗,，使從真流到甚高頻都有較好特性,。
※無屏蔽的帶狀電纜。
最好的接線方式是信號與地線相間,，稍次的方法是一根地,、兩根信號再一根地依次類推，或?qū)Ｓ靡粔K接地平板,。
4.2 電纜線屏蔽層的接地
總之,，將負(fù)載直接接地的方式是不合適的,，這是因為兩端接地的屏蔽層為磁感應(yīng)的地環(huán)路電流提供了分流，使得磁場屏蔽性能下降,。
4.3 電纜線的端接方法
在要求高的場合要為內(nèi)導(dǎo)體提供360°的完整包裹,，并用同軸接頭來保證電場屏蔽的完整性。
5 對靜電的防護(hù)
靜電放電可通過直接傳導(dǎo),，電容耦合和電感耦合三種方式進(jìn)入電子線路,。
直接對電路的靜電放電經(jīng)常會引起電路的損壞，對鄰近物體的放電通過電容或電感耦合,，會影響到電路工作的穩(wěn)定性,。
防護(hù)方法：
①建立完善的屏蔽結(jié)構(gòu)，帶有接地的金屬屏蔽殼體可將放電電流釋放到地,。
②金屬外殼接地可限制外殼電位的升高,，造成內(nèi)部電路與外殼之間的放電。
③內(nèi)部電路如果要與金屬外殼相連時,，要用單點接地,，防止放電電流流過內(nèi)部電路。
④在電纜入口處增加保護(hù)器件,。
⑤在印刷板入口處增加保護(hù)環(huán)(環(huán)與接地端相連),。