抗電磁干擾設(shè)計(jì)就是在復(fù)雜電磁頻譜環(huán)境下,采用綜合技術(shù)措施以保障電子設(shè)備正確發(fā)揮效能。按照抗電磁干擾設(shè)計(jì)機(jī)理,首先是抑制干擾源以防范電磁干擾;其次是采取防電磁干擾措施,以阻斷干擾傳播途徑;后,是降低電子設(shè)備對(duì)干擾的敏感度,或者提高電子設(shè)備的魯棒性性能,以預(yù)防與抑制電磁干擾。針對(duì)電子系統(tǒng)的電纜接插件、印制板布局、信號(hào)布置,抑制干擾布線、元器件、濾波器、接地與旁路等環(huán)節(jié)可能引入的電磁干擾信號(hào),可采用隔離、電路阻抗控制、濾波、解耦、密封、接地、屏蔽、正確布線等抗電磁干擾措施。
3.1 PCB版的合理布局與布線設(shè)計(jì)
在電路布局方面,電源、模擬與數(shù)字電路的元件布局和布線是不同的,在元件布局時(shí)應(yīng)將其分別放置,應(yīng)將高、低頻電路分開,盡可能將其各自隔離,注意信號(hào)傳輸方向、途徑以及強(qiáng)、弱信號(hào)的器件分布相互之間不要產(chǎn)生干擾。對(duì)于容易產(chǎn)生噪聲干擾的電路,如時(shí)鐘發(fā)生器、晶振與CPU 時(shí)鐘等的輸入端等,應(yīng)當(dāng)相互盡可能地靠近些,以便于合理布局整個(gè)PCB版,減少干擾源。強(qiáng)弱電流不同的電路與易產(chǎn)生噪聲的器件應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離邏輯電路。大限度地減少信號(hào)通路與電路元件布局中無(wú)用信號(hào)的相互耦合。為避免模擬、數(shù)字電路產(chǎn)生公共阻抗耦合,將低電平的模擬與數(shù)字電路分開,并且遠(yuǎn)離無(wú)濾波的電源和高電平信號(hào)線;在PCB版布局上,應(yīng)將不同的高、中、低速邏輯電路分別布局于不同的區(qū)域,確保同層相鄰布線、同板相鄰層、相鄰板之間的平行信號(hào)線盡可能長(zhǎng)度小;EMI濾波器放置于同一線路板并盡可能靠近EMI源;整流器、DC/DC變換器與開關(guān)元件與變壓器的放置位置應(yīng)當(dāng)盡可能地靠近以縮短導(dǎo)線長(zhǎng)度。濾波電容器、調(diào)壓元件與整流二極管的放置位置也應(yīng)當(dāng)盡可能地靠近,以減少對(duì)外部的干擾;噪聲與非噪聲元件盡量遠(yuǎn)離,將印刷電路板按電流開關(guān)特性與頻率分區(qū), 杜絕大電流、高速開關(guān)線與噪聲敏感布線相互平行。
在PCB版電路布線方面,為了提高電磁兼容性,可以采取以下的布線策略:為避免集中電場(chǎng)耦合到較強(qiáng)噪聲的相鄰路徑,在轉(zhuǎn)彎處路徑采用45°以避免直角布線;在傳送高頻與敏感信號(hào)路徑上不采用短截線,以避免在短截線上產(chǎn)生振蕩;保持從驅(qū)動(dòng)到負(fù)載的路徑寬度不變,以避免產(chǎn)生反射導(dǎo)致線路阻抗不平衡;在多個(gè)PCB板地線連接時(shí),為了避免短截線信號(hào)路徑,必須杜絕采用樹型排列的高速和敏感信號(hào)線,同樣也要杜絕輻射型排列的高速和敏感信號(hào)線,以避免產(chǎn)生反射和輻射干擾;密集的電源和地層過(guò)孔會(huì)導(dǎo)致電源阻抗增加,電源在該點(diǎn)形成高阻抗,影響射頻電流傳遞,因此應(yīng)當(dāng)避免過(guò)孔密度過(guò)大;所有敷銅區(qū)直接連接到地,避免敷銅區(qū)變成輻射天線;除上述常用的布線策略外,其它布線策略這里就不討論了。
3.2 接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)
接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)是復(fù)雜的,要考慮的因素很多。電磁屏蔽有利于電磁干擾的相互隔離,在電子設(shè)備中,如將屏蔽與接地結(jié)合使用,那么電子設(shè)備中的絕大部分電磁干擾問(wèn)題是可以獲得解決的。為了使接地系統(tǒng)的接地阻抗小,接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以采用以下技術(shù)措施。
① 接地點(diǎn)選擇。低頻電路中電感影響較小,為避免多點(diǎn)接地形成環(huán)流導(dǎo)致干擾,在工作于1MHz頻率以下時(shí),應(yīng)采用單點(diǎn)接地。高頻電路中電感影響較大,在工作于10MHz頻率以上時(shí),可采用就近多點(diǎn)接地,地線應(yīng)短而粗,以降低地線阻抗。
�、� 數(shù)字電路與模擬電路接地必須嚴(yán)格分開,并且分別與電源端地線相連,兩者地線不可以相混,此外,還要注意盡量加大模擬電路的接地面積,以減少接地阻抗。
�、� 由于導(dǎo)體電感與導(dǎo)體長(zhǎng)度成正比而與直徑成反比,因此接地線應(yīng)盡量短而粗,使其可通過(guò)三倍于印刷線路板的允許電流,以提高抗噪能力。
�、� 數(shù)字電路的接地線應(yīng)當(dāng)構(gòu)成閉環(huán)路,避免耗電量大時(shí)加大電位差值,以提高PCB抗噪聲能力。
�、� 為了減少接地阻抗,將多層線路板的其中一層作為接地層并起屏蔽作用,一般將印刷板周邊布作地線。
⑥ 在電源板面和接地板面的絕緣薄層間存在電容,將其放置在相鄰層可構(gòu)成去耦電容,從而提高高頻率響應(yīng)特性。
�、� 低速電路和元件的分布與放置應(yīng)當(dāng)盡量使其靠近電源面,而高速電路和元件的分布與放置應(yīng)當(dāng)盡量使其靠近接地面。
⑧ 多電源供電時(shí),各個(gè)電源應(yīng)當(dāng)分開接地。
電子設(shè)備接地系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,有多種接地方式,如數(shù)字系統(tǒng)(邏輯地)和模擬系統(tǒng)接地,機(jī)殼接地(屏蔽地)與系統(tǒng)接地等,接地技術(shù)在多層與單層PCB板中都有廣泛應(yīng)用,其目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)接地阻抗的小化,減少接地回路電勢(shì)的不良影響。
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