2022年电磁兼容技术在PCB抗干扰设计中的应用 .pdf

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1、10引言电磁兼容（）是一门综合性学科，主要研究电磁干扰和抗干扰的问题。 电磁兼容性是指电子设备或系统在规定的电磁环境电平下，不因电磁干扰而降低性能，同时它们本身产生的电磁辐射不大于检定的极限电平，不影响其它电子设备或系统的正常运行，并达到设备与设备、系统与系统之间互不干扰、共同可靠地工作的要求。而电磁环境电平是受试设备或系统在不加电时，在规定的试验场地和时间内， 存在于周围空间的辐射和电网内传导信号及噪声量值。这个电磁环境电平是由自然干扰源及人为干扰源电磁能量共同形成的。装备和系统的研发部门在设计阶段就着手解决电磁兼容问题是十分重要的。国内外大量的经验表明，在产品的研制生产过程中越早注意解决电

2、磁兼容性，则越可以节约人力与物力。如图所示可知，在设计阶段解决 问题，不仅可以降低成本，降低解决 问题的难度，同时也大大缩短了系统研制的时间。目前，电子器材用于各类电子设备和系统仍然以印制电路板为主要装配方式。实践证明，如果印制电路板设计不当，即使电路原理图设计正确，也会对电子设备的可靠性产生不利影响。所以，保证印制电路板的电磁兼容性是整个系统设计的关键。中常见的电磁干扰要解决 设计中的电磁兼容问题，首先应该了解中各种电磁干扰的产生机理和传播途径，然后才能依此提出相应的解决方案。通常中存在的电磁干扰有：传导干扰、串音干扰以及辐射干扰。产生干扰的根源是电路中电压或电流的变化。传导干扰传导干扰主要

3、通过导线耦合及共模阻抗耦合来影响其它电路。例如噪音通过电源电路进入某一系统，所有使用摘要从 板的电磁兼容性（ ） 分析入手， 分别就板的拓扑布局、地线设计、电源线布置等方面较详细地讨论了印制电路板设计中抑制干扰及实现电磁兼容的方法。关键词印制电路板（）抗干扰电磁兼容重庆通信学院无线电管理教研室王振华张学平电磁兼容技术在 抗干扰设计中的应用无线应用60中国无线电名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 4 页 - - - - - - - - - 2该电源的电路就会受到

4、影响。图 表示的是噪音通过共模阻抗耦合，电路与电路 共同使用一根导线获取电源电压和接地回路，如果电路 的电压突然需要升高，那么电路 的电压必将因为共用电源以及两回路之间的阻抗而降低。对于地回路也是如此。串音干扰串音干扰是一个信号线路干扰另一邻近的信号路径。它通常发生在邻近的电路和导体上，用电路和导体的互容和互感来表征。例如，上某一带状线上载有低电平信号，当平行布线长度超过时，就会产生串音干扰。由于串音可以由电场通过互容、磁场通过互感引起，所以考虑 带状线上的串音问题时，最主要的问题是确定电场（互容）、磁场（互感）耦合哪个是主要的因素。辐射干扰辐射干扰是由于空间电磁波的辐射而引入的干扰。中的辐射

5、干扰主要是电缆和内部走线间的共模电流辐射干扰。当电磁波辐射到传输线上时，将出现场到线的耦合问题。沿线引起的分布小电压源可分解为共模（）和差模（ ）分量。共模电流指两导线上振幅相差很小而相位相同的电流， 差模电流则是两导线上振幅相等而相位相反的电流。电磁兼容技术在抗干扰设计中的应用由于 板上的电子器件密度越来越大，走线越来越窄，信号的频率越来越高，不可避免地会引入（电磁兼容）和 （电磁干扰）的问题。所以，设计目的是使板上各部分电路之间没有干扰或将干扰减少到最低，并使印制板对外的传导发射和辐射发射尽可能降低，达到有关标准要求。 外部的传导干扰和辐射干扰对板上的电路基本无影响， 实际上在设计中采取正

6、确的措施常常能同时起到抗干扰和抑制发射的作用。印制电路板的选取印制电路板有单面、双面和多层板之分。单面和双面板一般用于低、中密度布线的电路和集成度较低的电路；多层板适用于高密度布线、高集成度芯片的高速数字电路。对于信号频率较高、器件较密集的印制电路板，尽量选用四层或四层以上的印制电路板。从电磁兼容的角度来说，多层板可以减小线路板的电磁辐射并提高线路板的抗干扰能力。因为在多层板设计中，可以设置专门的电源层和地层， 使信号线与地线之间的距离仅为印制电路板的层间距离。这样，板上所有信号的回路面积就可以降至最小，从而有效减小差模辐射。元器件布局图 各个阶段解决问题的效费比图 共模阻抗耦合无线应用中国无

7、线电61名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 4 页 - - - - - - - - - 良好的布局是电子产品具有良好性能的关键，这就要求 设计工程师对产品设计的原理、布线规则、电磁兼容控制技术有深刻理解和丰富经验。电路中元件的布局直接影响电磁兼容和抗扰度特性。从频率而言是先高频电路，再中频电路，最后低频电路；而从逻辑速度而言，是先高速逻辑电路，再中速逻辑电路，最后是低速逻辑电路。在印制板中布置高速、中速和低速逻辑电路时，应按图 的方式排列器件。元器件布局时，注

8、意以下几点可以避免出现许多的电磁兼容问题：（）发热元件远离关键集成电路。（）某些敏感器件例如锁相环，对噪音干扰特别敏感，则给予更高隔离度。（）连接器及其引脚应根据元器件在板上的位置确定，所有连接器最好放在印制板的一侧，尽量避免从两侧引出电缆，以便减小共模电流辐射。（）注意印制板与元器件的高频特性：在高频情况下，印制线路板上的引线、过孔、电阻、电容和接插件的分布电感与电容等不可忽视。电阻对高频信号产生的反射，会对引线的分布电容起作用，当引线长度大于噪声频率相应波长的 时，就会产生天线效应，噪声通过引线向外发射。因此，高速器件频率大于或上升时间小于的器件在印制电路板上的走线要尽可能短。（）驱动器应

9、紧靠连接器，避免信号在板上长距离走线，耦合不必要的干扰信号。地线的布置数字电路与模拟电路的共地处理在处理由数字电路和模拟电路混合构成的 板时，布线时要特别注意地线上的噪音干扰。对地线来说，整个对外界只有一个结点，所以必须在内部处理数、模共地的问题，而在板内部数字地和模拟地必须是分开的，只是在 与外界接口处（如插头等）有一点短接。模拟地线、数字地线在接往公共地线时要通过高频扼流环节。在实际装配中高频扼流环节用的是中心孔穿、有导线的高频铁氧体磁芯，在电路原理图上一般不予表达。逻辑地和模拟地要分开布线，将它们各自地线分别与相应的电源地线相连。尽量加粗模拟地，尽量加大其引出端的接地面积。正确选择单点接

10、地与多点接地在低频电路和中频电路中，为降低电路环流对干扰的影响、地线阻抗的影响，分别采用单点接地与就近多点接地。数字电路地线数字电路地线构成闭环路。随着频率的增高，地线阻抗变得越来越大，接地电位随着电流的变化而起伏不定，造成信号电平不稳。因此对数字电路的 可用宽的地导线组成一个回路，构成一个电网来使用（模拟电路的地不能这样使用），以尽量降低地线阻抗。对复杂的电路来说，最好的方法是设计成多层板，采用一个信号层配一个地线层，这样能有效地解决高频电路的信号完整性问题。电源线的布置电源线设计对 工作的抗干扰性影响很大。影响电源的因素有两个：一个是电源内阻，一个是电源信号回流图 混合电路元件布局无线应用

11、62中国无线电名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 4 页 - - - - - - - - - 3参考文献路径。电源内阻并非普通意义上所指的电阻，我们平时所见到的导体由于大多用在低频的场合，所以一般只注意到其电阻效应。电感跟电阻差不多，在导体里有无数个微分电感串联和并联，导体面积增大时相当于并联的微分电感增多，总电感量减少；当导体的长度增大时相当于串联的微分电感增多，总电感量增加。 在低频时电感效应不明显，随着频率的增加，在供电路径上的电感会呈现一个较大的阻抗，

12、将会耗费部分电压。这意味着芯片得不到足够的供电电压，信号的摆幅也会跟着跌低，有可能无法保证一个有效的脉冲方波，即高频电路里所说的地弹。为了尽量避免地弹，必须保证每个芯片的耗电引脚都有滤波电容，尽量降低电源内阻。具体做法是电源平面尽量保持完整，达到电感最小；多层板中设置专用的电源层，电源层和地层相邻放置，以得到更大的对地电容， 如此可以进一步降低电源内阻，抑制和屏蔽电源路径上的噪声。地线、电源线、信号线宽度设计瞬变电流在印制导线上所产生的冲击干扰主要是由印制导线的电感成分造成的，因此应尽量减小印制导线的电感量。印制导线的电感量与其长度成正比，与其宽度成反比，因此短而宽的导线对抑制干扰是有利的。一

13、般情况下，地线应比电源线宽，它们之间的关系是：地线电源线信号线；通常信号线宽为，最小宽度可达，电源线为，接地线的宽度应大于 ，使它能通过三倍于印制电路板的最大允许电流；元件引脚上的接地线宽度应该在左右。结束语印制电路板中的电磁兼容问题很复杂，难以面面俱到，要针对具体问题采取相应的措施，但随着 工艺的提高和电磁兼容学的深入发展，其电子产品的电磁兼容性能也将会有显著的提高。白同云电磁兼容设计北京北京邮电大学出版社陈穷电磁兼容性工程设计手册北京国防工业出版社吕英华多层印制板的电磁兼容设计电子科技导报无线应用中国无线电63名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 4 页 - - - - - - - - -