一 電源線布置:
1、根據電流大小,盡量調寬導線布線。
2、電源線、地線的走向應與資料的傳遞方向一致。
3、在印制板的電源輸入端應接上10~100μF的去耦電容。
二 地線布置:
1、數字地與模擬地分開。
2、接地線應盡量加粗,致少能通過3倍于印制板上的允許電流,一般應達2~3mm。
3、接地線應盡量構成死循環回路,這樣可以減少地線電位差。
三 去耦電容配置:
1、印制板電源輸入端跨接10~100μF的電解電容,若能大于100μF則更好。
2、每個集成芯片的Vcc和GND之間跨接一個0.01~0.1μF的陶瓷電容。如空間不允許,可為每4~10個芯片配置一個1~10μF的鉭電容。
3、對抗噪能力弱,關斷電流變化大的器件,以及ROM、RAM,應在Vcc和GND間接去耦電容。
4、在單片機復位端“RESET”上配以0.01μF的去耦電容。
5、去耦電容的引線不能太長,尤其是高頻旁路電容不能帶引線。
四 器件配置:
1、時鐘發生器、晶振和CPU的時鐘輸入端應盡量靠近且遠離其它低頻器件。
2、小電流電路和大電流電路盡量遠離邏輯電路。
3、印制板在機箱中的位置和方向,應保證發熱量大的器件處在上方。
五 功率線、交流線和信號線分開走線
功率線、交流線盡量布置在和信號線不同的板上,否則應和信號線分開走線。
六 其它原則:
1、總線加10K左右的上拉電阻,有利于抗干擾。
2、布線時各條地址線盡量一樣長短,且盡量短。
3、PCB板兩面的線盡量垂直布置,防相互干擾。
4、去耦電容的大小一般取C=1/F,F為數據傳送頻率。
5、不用的管腳通過上拉電阻(10K左右)接Vcc,或與使用的管腳并接。
6、發熱的元器件(如大功率電阻等)應避開易受溫度影響的器件(如電解電容等)。
7、采用全譯碼比線譯碼具有較強的抗干擾性。
為扼制大功率器件對微控制器部分數字元元電路的干擾及數字電路對模擬電路的干擾,數字地`模擬地在接向公共接地點時,要用高頻扼流環。這是一種圓柱形鐵氧體磁性材料,軸向上有幾個孔,用較粗的銅線從孔中穿過,繞上一兩圈,這種器件對低頻信號可以看成阻抗為零,對高頻信號干擾可以看成一個電感。。(由于電感的直流電阻較大,不能用電感作為高頻扼流圈)。
當印刷電路板以外的信號線相連時,通常采用屏蔽電纜。對于高頻信號和數字信號,屏蔽電纜的兩端都接地,低頻模擬信號用的屏蔽電纜,一端接地為好。
對噪聲和干擾非常敏感的電路或高頻噪聲特別嚴重的電路,應該用金屬罩屏蔽起來。鐵磁屏蔽對500KHz的高頻噪聲效果并不明顯,薄銅皮屏蔽效果要好些。使用鏍絲釘固定屏蔽罩時,要注意不同材料接觸時引起的電位差造成的腐蝕
七用好去耦電容
集成電路電源和地之間的去耦電容有兩個作用:一方面是本集成電路的蓄能電容,另一方面旁路掉該器件的高頻噪聲。數字電路中典型的去耦電容值是0.1μF。這個電容的分布電感的典型值是5μH。0.1μF的去耦電容有5μH的分布電感,它的并行共振頻率大約在7MHz左右,也就是說,對于10MHz以下的噪聲有較好的去耦效果,對40MHz以上的噪聲幾乎不起作用。
1μF、10μF的電容,并行共振頻率在20MHz以上,去除高頻噪聲的效果要好一些。
每10片左右集成電路要加一片充放電電容,或1個蓄能電容,可選10μF左右。最好不用電解電容,電解電容是兩層薄膜卷起來的,這種卷起來的結構在高頻時表現為電感。要使用鉭電容或聚碳酸酯電容。
去耦電容的選用并不嚴格,可按C=1/F,即10MHz取0.1μF,100MHz取0.01μF。
在焊接時去耦電容的引腳要盡量短,長的引腳會使去耦電容本身發生自共振。例如1000pF的瓷片電容引腳長度為6.3mm時自共振的頻率約35MHz,引腳長12.6mm時為32MHz。
八降低噪聲和電磁干擾的經驗
印刷電路板的抗干擾設計原則
1.可用串個電阻的辦法,降低控制電路上下沿跳變速率。
2.盡量讓時鐘信號電路周圍的電勢趨近于0,用地線將時鐘區圈起來,時鐘線要盡量短。
3.I/O驅動電路盡量靠近印制板邊。
4.閑置不用的門電路輸出端不要懸空,閑置不用的運放正輸入端要接地,負輸入端接輸出端。
5.盡量用45°折線而不用90°折線, 布線以減小高頻信號對外的發射與耦合。
6.時鐘線垂直于I/O線比平行于I/O線干擾小。
6.元件的引腳要盡量短。
8.石英晶振下面和對噪聲特別敏感的元件下面不要走線。
9.弱信號電路、低頻電路周圍地線不要形成電流環路。
10. 需要時,線路中加鐵氧體高頻扼流圈,分離信號、噪聲、電源、地。
印制板上的一個過孔大約引起0.6pF的電容;一個集成電路本身的封裝材料引起2pF~10pF的分布電容;一個線路板上的接插件,有520μH的分布電感;一個雙列直插的24引腳集成電路插座,引入4μH~18μH的分布電感。
印制電路板設計原則和抗干擾措施
印制電路板(PCB)是電子產品中電路元件和器件的支撐件.它提供電路元件和器件之間的電氣連接。隨著電于技術的飛速發展,PGB的密度越來越高。PCB設計的好壞對抗干擾能力影響很大.因此,在進行PCB設計時.必須遵守PCB設計的一般原則,并應符合抗干擾設計的要求。
PCB設計的一般原則
要使電子電路獲得最佳性能,元器件的布且及導線的布設是很重要的。為了設計質量好、造價低的PCB.應遵循以下一般原則:
1. 布局
首先,要考慮PCB尺寸大小。PCB尺寸過大時,印制線條長,阻抗增加,抗噪聲能力下降,成本也增加;過小,則散熱不好,且鄰近線條易受干擾。在確定PCB尺寸后.再確定特殊元件的位置。最后,根據電路的功能單元,對電路的全部元器件進行布局。
在確定特殊元件的位置時要遵守以下原則:
(1)盡可能縮短高頻元器件之間的連線,設法減少它們的分布參數和相互間的電磁干擾。易受干擾的元器件不能相互挨得太近,輸入和輸出元件應盡量遠離。
(2)某些元器件或導線之間可能有較高的電位差,應加大它們之間的距離,以免放電引出意外短路。帶高電壓的元器件應盡量布置在調試時手不易觸及的地方。
(3)重量超過15g的元器件、應當用支架加以固定,然后焊接。那些又大又重、發熱量多的元器件,不宜裝在印制板上,而應裝在整機的機箱底板上,且應考慮散熱問題。熱敏元件應遠離發熱元件。
(4)對于電位器、可調電感線圈、可變電容器、微動開關等可調元件的布局應考慮整機的結構要求。若是機內調節,應放在印制板上方便于調節的地方;若是機外調節,其位置要與調節旋鈕在機箱面板上的位置相適應。
(5)應留出印制扳定位孔及固定支架所占用的位置。
根據電路的功能單元.對電路的全部元器件進行布局時,要符合以下原則:
(1)按照電路的流程安排各個功能電路單元的位置,使布局便于信號流通,并使信號盡可能保持一致的方向。
(2)以每個功能電路的核心元件為中心,圍繞它來進行布局。元器件應均勻、 整齊、緊湊地排列在PCB上.盡量減少和縮短各元器件之間的引線和連接。
(3)在高頻下工作的電路,要考慮元器件之間的分布參數。一般電路應盡可能使元器件平行排列。這樣,不但美觀.而且裝焊容易.易于批量生產。
(4)位于電路板邊緣的元器件,離電路板邊緣一般不小于2mm。電路板的最佳形狀為矩形。長寬比為3:2成4:3。電路板面尺寸大于200x150mm時.應考慮電路板所受的機械強度。
2.布線
布線的原則如下:
(1)輸入輸出端用的導線應盡量避免相鄰平行。最好加線間地線,以免發生反饋藕合。
(2)印制攝導線的最小寬度主要由導線與絕緣基扳間的粘附強度和流過它們的電流值決定。當銅箔厚度為 0.05mm、寬度為 1 ~ 15mm 時.通過 2A的電流,溫度不會高于3℃,因此.導線寬度為1.5mm可滿足要求。對于集成電路,尤其是數字電路,通常選0.02~0.3mm導線寬度。當然,只要允許,還是盡可能用寬線.尤其是電源線和地線。導線的最小間距主要由最壞情況下的線間絕緣電阻和擊穿電壓決定。對于集成電路,尤其是數字電路,只要工藝允許,可使間距小至5~8mm。
(3)印制導線拐彎處一般取圓弧形,而直角或夾角在高頻電路中會影響電氣性能。此外,盡量避免使用大面積銅箔,否則.長時間受熱時,易發生銅箔膨脹和脫落現象。必須用大面積銅箔時,最好用柵格狀.這樣有利于排除銅箔與基板間粘合劑受熱產生的揮發性氣體。
3.焊盤
焊盤中心孔要比器件引線直徑稍大一些。焊盤太大易形成虛焊。焊盤外徑D一般不小于(d+1.2)mm,其中d為引線孔徑。對高密度的數字電路,焊盤最小直徑可取(d+1.0)mm。
PCB及電路抗干擾措施
印制電路板的抗干擾設計與具體電路有著密切的關系,這里僅就PCB抗干擾設計的幾項常用措施做一些說明。
1.電源線設計
根據印制線路板電流的大小,盡量加租電源線寬度,減少環路電阻。同時、使電源線、地線的走向和數據傳遞的方向一致,這樣有助于增強抗噪聲能力。
2.地線設計
地線設計的原則是:
(1)數字地與模擬地分開。若線路板上既有邏輯電路又有線性電路,應使它們盡量分開。低頻電路的地應盡量采用單點并聯接地,實際布線有困難時可部分串聯后再并聯接地。高頻電路宜采用多點串聯接地,地線應短而租,高頻元件周圍盡量用柵格狀大面積地箔。
(2)接地線應盡量加粗。若接地線用很紉的線條,則接地電位隨電流的變化而變化,使抗噪性能降低。因此應將接地線加粗,使它能通過三倍于印制板上的允許電流。如有可能,接地線應在2~3mm以上。
(3)接地線構成閉環路。只由數字電路組成的印制板,其接地電路布成團環路大多能提高抗噪聲能力。
3.退藕電容配置
PCB設計的常規做法之一是在印制板的各個關鍵部位配置適當的退藕電容。
退藕電容的一般配置原則是:
(1)電源輸入端跨接10 ~100uf的電解電容器。如有可能,接100uF以上的更好。
(2)原則上每個集成電路芯片都應布置一個0.01pF的瓷片電容,如遇印制板空隙不夠,可每4~8個芯片布置一個1 ~ 10pF的但電容。
(3)對于抗噪能力弱、關斷時電源變化大的器件,如 RAM、ROM存儲器件,應在芯片的電源線和地線之間直接接入退藕電容。
(4)電容引線不能太長,尤其是高頻旁路電容不能有引線。
此外,還應注意以下兩點:
(1)在印制板中有接觸器、繼電器、按鈕等元件時.操作它們時均會產生較大火花放電,必須采用附圖所示的 RC 電路來吸收放電電流。一般 R 取 1 ~ 2K,C取2.2 ~ 47UF。
(2)CMOS的輸入阻抗很高,且易受感應,因此在使用時對不用端要接地或接正電源。
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