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單片機(jī)系統(tǒng)電磁干擾日益嚴(yán)重威脅解決方案

作者: 時(shí)間:2012-06-06 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

(1)特殊元器件布局

首先,要考慮PCB尺寸的大小:PCB尺寸過大時(shí),印刷線條長(zhǎng),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。在確定PCB尺寸后,再確定特殊元器件的位置。最后,根據(jù)電路的功能單元,對(duì)電路的全部元器件進(jìn)行布局。

在確定特殊元器件的位置時(shí)要遵守以下原則:

① 盡可能縮短高頻元器件之間的連線,設(shè)法減少它們的分布參數(shù)和相互間的。易受的元器件不能相互挨得太近,輸入和輸出元件應(yīng)盡量遠(yuǎn)離。

② 某些元器件或?qū)Ь€之間可能有較高的電位差,應(yīng)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(yīng)盡量布置在調(diào)試時(shí)手不易觸及的地方。

③ 重量超過15 g的元器件,應(yīng)當(dāng)用支架加以固定,然后焊接。那些又大又重、發(fā)熱量多的元器件,不宜裝在印刷板上,而應(yīng)裝在整機(jī)的機(jī)箱底板上,且應(yīng)考慮散熱問題。熱敏元件應(yīng)遠(yuǎn)離發(fā)熱元件。

④ 對(duì)于電位器、可調(diào)電感線圈、可變電容器、微動(dòng)開關(guān)等可調(diào)元件的布局,應(yīng)考慮整機(jī)的結(jié)構(gòu)要求。若是機(jī)內(nèi)調(diào)節(jié),應(yīng)放在印刷板上方便調(diào)節(jié)的地方;若是機(jī)外調(diào)節(jié),其位置要與調(diào)節(jié)旋鈕在機(jī)箱面板上的位置相適應(yīng)。

⑤ 留出印刷板定位孔及固定支架所占用的位置。

(2)一般元器件布局

根據(jù)電路的功能單元,對(duì)電路的全部元器件進(jìn)行布局時(shí),要符合以下原則:

① 按照電路的流程安排各個(gè)功能電路單元的位置,使布局便于信號(hào)流通,并使信號(hào)盡可能保持一致的方向。

② 以每個(gè)功能電路的核心元件為中心,圍繞它來進(jìn)行布局。元器件應(yīng)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(shù)。一般電路應(yīng)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(chǎn)。

④ 位于電路板邊緣的元器件,離電路板邊緣一般不小于2 mm。電路板的最佳形狀為矩形。長(zhǎng)寬比為3:2或4:3。電路板面尺寸大于200 mm×150 mm時(shí),應(yīng)考慮電路板所受的機(jī)械強(qiáng)度。

(3)布線

布線的原則如下:

① 輸入輸出端用的導(dǎo)線應(yīng)盡量避免相鄰平行,最好加線間地線,以免發(fā)生反饋耦合。

② 印刷板導(dǎo)線的最小寬度主要由導(dǎo)線與絕緣基板間的粘附強(qiáng)度和流過它們的電流值決定。當(dāng)銅箔厚度為0.5 mm、寬度為1~15 mm時(shí),通過2 A的電流,溫升不會(huì)高于3℃。因此,導(dǎo)線寬度為1.5 mm可滿足要求。對(duì)于集成電路,尤其是數(shù)字電路,通常選0.02~0.3 mm導(dǎo)線寬度。當(dāng)然,只要允許,還是盡可能用寬線,尤其是電源線和地線。導(dǎo)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(duì)于集成電路,尤其是數(shù)字電路,只要工藝允許,可使間距小于0.1~0.2 mm。

③ 印刷導(dǎo)線拐彎處一般取圓弧形,而直角或夾角在高頻電路中會(huì)影響電氣性能。此外,盡量避免使用大面積銅箔,否則,長(zhǎng)時(shí)間受熱時(shí),易發(fā)生銅箔膨脹和脫落現(xiàn)象。必須用大面積銅箔時(shí),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(chǎn)生的揮發(fā)性氣體。

(4)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(duì)高密度的數(shù)字電路,焊盤最小直徑可取(d+1.0) mm。

3.2 PCB及電路抗干擾措施

印刷電路板的抗干擾設(shè)計(jì)與具體電路有著密切的關(guān)系,這里僅就PCB抗干擾設(shè)計(jì)的幾項(xiàng)常用措施作一些說明。

(1)電源線設(shè)計(jì)

根據(jù)印刷線路板電流的大小,盡量加粗電源線寬度,減少環(huán)路電阻;同時(shí),使電源線、地線的走向和數(shù)據(jù)傳遞的方向一致,這樣有助于增強(qiáng)抗噪聲能力。

(2)地線設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)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。中地線結(jié)構(gòu)大致有地、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1 MHz,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(duì)干擾影響較大,因而應(yīng)采用一點(diǎn)接地的方式。當(dāng)信號(hào)工作頻率大于10 MHz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(zhǎng)度不應(yīng)超過波長(zhǎng)的 1/20,否則應(yīng)采用多點(diǎn)接地法。

② 數(shù)字地與模擬地分開。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。低頻電路的地應(yīng)盡量采用單點(diǎn)并聯(lián)接地,實(shí)際布線有困難時(shí)可部分串聯(lián)后再并聯(lián)接地;高頻電路宜采用多點(diǎn)串聯(lián)接地,地線應(yīng)短而粗。高頻元件周圍盡量用柵格狀大面積地箔,要盡量加大線性電路的接地面積。

③ 接地線應(yīng)盡量加粗。若接地線用很細(xì)的線條,則接地電位會(huì)隨電流的變化而變化,致使電子產(chǎn)品的定時(shí)信號(hào)電平不穩(wěn),抗噪聲性能降低。因此應(yīng)將接地線盡量加粗,使它能通過三倍于印刷電路板的允許電流。如有可能,接地線的寬度應(yīng)大于3 mm。

④ 接地線構(gòu)成閉環(huán)路。設(shè)計(jì)只由數(shù)字電路組成的印刷電路板的地線系統(tǒng)時(shí),將接地線做成閉路可以明顯地提高抗噪聲能力。其原因在于:印刷電路板上有很多集成電路元件,尤其遇有耗電多的元件時(shí),因受接地線粗細(xì)的限制,會(huì)在地線上產(chǎn)生較大的電位差,引起抗噪能力下降;若將接地線構(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。



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