剖析减小电磁干扰的PCB设计原则

来源:电子发烧友整理 作者:2018年01月18日 16:47
关键词:电磁干扰pcb

电磁兼容性设计与具体电路有着密切的关系,为了进行电磁兼容性设计,设计者需要将辐射(从产品中泄漏的射频能量)减到最小,并增强其对辐射(进入产品中的能量)的易感性和抗干扰能力。而对于低频时常见的传导耦合,高频时常见的辐射耦合,切断其耦合途径是在设计时务必应该给予充分重视的。

PCB的设计原则

由于电路板集成度和信号频率随着电子技术的发展越来越高,不可避免的要带来电磁干扰,所以在设计PCB时应遵循以下原则,使电路板的电磁干扰控制在一定的范围内,达到设计要求和标准,提高电路的整体性能。

1.电路板的选取

PCB设计的首要任务是要适当地选取电路板的大小,尺寸过大会因元器件之间的连线过长,导致线路的阻抗值增大,抗干扰能力下降;而尺寸过小会导致元器件布置密集,不利于散热,而且连线过细过密,容易引起串扰。所以应根据系统所需元件情况,选择合适尺寸的电路板。

剖析减小电磁干扰的PCB设计原则

电路板分为有单面板、双面板和多层板。电路板层数的选取取决于电路要实现的功能、噪声指标、信号和网线数量等。合理的层数设置可以减小电路自身的电磁兼容问题。通常的选取原则是:①对于信号频率为中低频,元器件较少,布线密度属于较低或中等时,选用单面板或双面板;②对于布线密度高、集成度高且元器件较多时采用多层板;③对于信号频率高、高速集成电路、元器件密集的选4层或层数更多的电路板。多层板在设计时可单独某一层作为电源层、信号层和接地层。信号回路面积减小,降低差模辐射,为此多层板可以减小电路板的辐射和提高抗干扰能力。

2. 电路板元器件的布局

在确定PCB尺寸后,应先确定特殊元件的位置,最后根据电路的功能单元,分块的对电路的全部元件进行布局。数字电路单元、模拟电路单元和电源电路单元应分开,高频电路单元和低频电路单元也应分开。常用电路板的布局原则如下。

1.确定特殊元件位置的原则:①发热元件应放置在利于散热的位置,例如PCB的边缘,并远离微处理器芯片;②特殊的高频元件应紧挨着放置,以缩短他们之间的连线;③敏感元件应远离时钟发生器、振荡器等噪声源;④电位器、可调电感器、可变电容器、按键开关等可调元件的布局应符合整机的结构需求,方便调节;⑤质量较重的元件应采用支架固定;⑥EMI滤波器应靠近EMI源放置。

剖析减小电磁干扰的PCB设计原则

2.根据电路功能单元对电路的伞部元器件进行布局的原则:①各功能电路应按照之间的信号流向确定相应的位置,方便布线;②每个功能电路应先确定核心元件的位置,并围绕核心元件放置其他元件,尽量缩短元件之间的连线;③对高频电路,应考虑元件之间的分布参数;④放置于电路板边上的元件,应离电路板边缘不小于2mm。⑤DC/DC变换器、开关管和整流器应尽量靠近变压器放置,以减小对外的辐射;⑥调压元件和滤波电容器应靠近整流二极管放置。

3. 电源与地的布线原则

PCB的电源与地的布线是否合理是整个电路板减小电磁干扰的关键所在。电源线和地线的设计是PCB中不可忽视的问题,往往也是难度最大的一项设计,设计时应遵循以下原则。

1.电源与地的布线技巧

PCB上的布线是有阻抗、容抗和感抗等分布参数的特性。为了减小PCB布线的分布参数对高速电子系统的影响,对电源与地的布线原则为:①增大走线的间距以减少电容耦合的串扰;②电源线和地线应平行走线,以使分布电容达到最佳;③根据承载电流的大小,尽量加粗电源线和地线的宽度,减小环路电阻,同时使电源线和地线在各功能电路中的走向和信号的传输方向一致,这样有助于提高抗干扰能力;④电源和地应直接走线在各自的上方,从而减小感抗和使回路面积最小,尽量使地线走在电源线下面;⑤地线越粗越好,一般地线的宽度不小于3mm;⑥将地线构成闭环路以缩小地线上的电位差值,提高抗干扰能力;⑦在多层板布线设计时,可将其中一层作为“全地平面”,这样可以减少接地阻抗,同时又起到屏蔽作用。

剖析减小电磁干扰的PCB设计原则

2.各功能电路的接地技巧

PCB各功能电路的接地方式分为单点接地和多点接地。单点接地根据连接形式分为单点串联接地和单点并联接地两种方式,如图3和图4所示。单点串联接地由于各接地导线长度不同,各电路接地阻抗不同,电磁兼容性能降低,常用于保护接地。单点并联接地各电路有独自的接地线,因此相互之间的干扰小,但可能延长接地线,增大接地阻抗,常用于信号接地、模拟接地、电源接地。多点接地是指各电路都有一个接地点,如图5所示。多点接地常用于高频电路,具有接地线短,接地阻抗值较小,减少高频信号的干扰。

为了减少接地带来的干扰,接地也要满足一定的要求:①接地线尽可能要短,接地面要大;②避免产生不必要的接地回路,减小公共接地的干扰电压;③接地原则是对于不同信号采取不同接地方式,不能把所有接地采取同一接地点;④在设计多层PCB时,要把电源层和接地层尽可能放置在相邻的层中,以便电路中形成层问的电容,减小电磁干扰;⑤尽量避免强电和弱电信号,数字和模拟信号共地。

剖析减小电磁干扰的PCB设计原则

降低噪声与电磁干扰的24个窍门

(1) 能用低速芯片就不用高速的,高速芯片用在关键地方。

(2) 可用串一个电阻的办法,降低控制电路上下沿跳变速率。

(3) 尽量为继电器等提供某种形式的阻尼。

(4) 使用满足系统要求的最低频率时钟。

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