《電子技術(shù)應(yīng)用》
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印制電路板EMC設(shè)計(jì)技巧
摘要: 實(shí)踐證明,,即使電路原理圖設(shè)計(jì)正確,印制電路板設(shè)計(jì)不當(dāng),,也會(huì)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(huì)形成信號(hào)波形的延遲,,在傳輸線的終端形成反射噪聲,。因此,在設(shè)計(jì)印制電路
關(guān)鍵詞: EMC
Abstract:
Key words :

實(shí)踐證明,,即使電路原理圖設(shè)計(jì)正確,,印制電路板設(shè)計(jì)不當(dāng),也會(huì)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(huì)形成信號(hào)波形的延遲,,在傳輸線的終端形成反射噪聲,。因此,在設(shè)計(jì)印制電路板的時(shí)候,,應(yīng)注意采用正確的方法,。

  A、地線設(shè)計(jì)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(jì)中應(yīng)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(hào)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(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,。當(dāng)工作頻率在1~10MHz時(shí),,如果采用一點(diǎn)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(diǎn)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(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(jì)只由數(shù)字電路組成的印制電路板的地線系統(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,。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),,因受接地線粗細(xì)的限制,會(huì)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(huì)縮小電位差值,,提高電子設(shè)備的抗噪聲能力,。

  B、電磁兼容性設(shè)計(jì)

  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(jì)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(shí)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(shí)鐘引線,、行驅(qū)動(dòng)器或總線驅(qū)動(dòng)器的信號(hào)線常常載有大的瞬變電流,印制導(dǎo)線要盡可能地短,。對于分立組件電路,,印制導(dǎo)線寬度在1.5mm左右時(shí),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(jì)布線時(shí)應(yīng)盡量避免長距離的平等走線,。

  C、去耦電容配置

  在直流電源回路中,,負(fù)載的變化會(huì)引起電源噪聲,。例如在數(shù)字電路中,當(dāng)電路從一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)換為另一種狀態(tài)時(shí),,就會(huì)在電源線上產(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(fù)載變化而產(chǎn)生的噪聲,,是印制電路板的可靠性設(shè)計(jì)的一種常規(guī)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)更好,。 ●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(nèi)阻抗小于1Ω,,而且漏電流很?。?.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(chǔ)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。

  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,,過大時(shí)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(shí)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,。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(yīng)盡量遠(yuǎn)離邏輯電路,,如有可能,應(yīng)另做電路板,,這一點(diǎn)十分重要,。

  E、散熱設(shè)計(jì)

  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;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,。 ·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(hào)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(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(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(gè)器件最好是在水平面上交錯(cuò)布局,。 ·設(shè)備內(nèi)印制板的散熱主要依靠空氣流動(dòng),所以在設(shè)計(jì)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(qū)域留有較大的空域,。

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