PCB設計如何消除電磁干擾
抗干擾問題是現(xiàn)代PCB設計的重要組成部分,直接反映了整個系統(tǒng)的性能和工作的可靠性。對于PCB設計工程師來說,抗干擾設計是大家必須把握的重點和難點。
PCB板的干涉存在
實際研究表明,PCB板設計有四個主要干擾方面:電源噪聲、傳輸線干擾、耦合和電磁干擾(EMI)。
1.電源噪音
高頻電路中電源的噪聲對高頻信號的影響尤為明顯。因此,首先電源必須是低噪音的。在這里,干凈的土地和干凈的電源同樣重要。
電源特性
2.傳輸線
PCB中只能出現(xiàn)兩種類型的傳輸線。也就是說,帶線和微虛線、傳輸線的最大問題是反射。反射會導致很多問題。例如,負載信號可以是原始信號和回波信號的疊加,從而增加信號分析的難度。反射會造成回聲損失(逆損耗),對信號的影響與可加性噪聲干擾一樣嚴重。
3.結合
干擾源產(chǎn)生的干擾信號是通過一定的耦合通道對電氣控制系統(tǒng)起到電磁干擾作用。
干涉的結合方式是通過電線、空間、公共線路等作用于電氣控制系統(tǒng)。分析主要包括直接耦合、公共阻抗耦合、電容耦合、電磁感應耦合、輻射耦合等。
共同阻抗耦合
4.電磁干擾(EMI)
電磁干擾EMI有傳導干擾和輻射干擾兩種。傳導干擾是指通過傳導介質(zhì)將信號從一個電網(wǎng)絡合并(干擾)到另一個電網(wǎng)絡。
輻射干擾是指干擾源通過空間將信號合并(干擾)到其他電氣網(wǎng)絡中。
在高速PCB和系統(tǒng)設計中,高頻信號線、集成電路上的引腳、各種連接器等可以成為具有天線特性的輻射干擾源,發(fā)射電磁波,影響其他系統(tǒng)或系統(tǒng)內(nèi)其他子系統(tǒng)的正常運行。
多氯聯(lián)苯設計抗干擾措施
印刷電路板的抗干擾設計與特定電路有著密切的關系,接下來僅討論PCB抗干擾設計的一些常見措施。
1.電源線設計
根據(jù)印刷電路板電流的大小,最大限度地增加電源線寬度,以減少回路電阻。同時,通過匹配電源線、地線的方向和數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较?,有助于提高噪聲防護能力。
Pcb設計接地設計原則
(1)在數(shù)字上與模擬分離。如果電路板上同時存在邏輯電路和線性電路,則應盡可能將其分離。低頻電路的地面應盡可能使用單點并行接地,在實際布線困難的情況下,可以部分串聯(lián)連接,然后并行接地。高頻電路應使用多點串行接地,地線應短而租賃,高頻元件周圍應盡可能使用電網(wǎng)形狀的大面積箔片。(2)地線應盡可能粗。當?shù)鼐€用作非??p的線時,接地電位會隨著電流的變化而變化,從而降低抗噪聲性能。因此,地線必須加粗,以便通過的電流是印刷電路板允許電流的三倍。如果可能,地線應至少為2~3毫米。
(3)地線形成閉環(huán)。只有數(shù)字電路組成的印刷版,接地電路是塊狀回路,大部分都能提高噪音預防能力。
3.蓮藕電容配置
PCB設計的一種常用方法是在印刷版的每個主要部分配置適當?shù)纳徟弘娙萜?。蓮藕電容的一般組成原則如下:
(1)電源輸入端橫跨10~100uf的電解電容器。如果可能的話,最好收到100uF以上。
(2)原則上,每個集成電路芯片必須放置0.01pF的陶瓷電容器,如果印刷板縫隙不足,每4~8個芯片可以放置1~10pF的電容器。
(3)RAM、ROM存儲裝置等噪聲耐受能力弱、斷電時功率變化較大的部件,應直接在芯片的電源線和接地之間訪問藕合電容器。
(4)電容器引線不能過長。特別是高頻旁路電容器不能有引線。
Pcb設計中消除電磁干擾的方法
(1)減少環(huán)路:每個環(huán)路對應于天線,因此必須最大限度地減少環(huán)路數(shù)、環(huán)路面積和環(huán)路天線效果。通過確保信號在任意兩個點上只有唯一的環(huán)路路徑,避免人為環(huán)路,并盡可能使用電源層。
(2)過濾器:電源線和信號線都可以使用過濾器來減少EMI。有三種方法:耦合器容量、EMI濾波器、磁性元件。
過濾器的類型
(3)屏蔽。
(4)盡量降低高頻裝置的速度。
(5)增加PCB板的介電常數(shù)可以防止高頻部分向外輻射,例如板附近的傳輸線。增加PCB板的厚度,最小化微帶線的厚度,可以防止電磁導線溢出,防止輻射。