程控低通滤波器的设计.doc

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1、目录1. 实验目的.12. 设计任务.13. 滤波器理论分析.14. 芯片选择.2 4.1. 主控芯片.2 4.2. 模拟开关芯片.2 4.3. 放大器集成芯片.3 4.4. 其他构件选择.45. 原理图.4 5.1. 主控单片机最小系统模块.4 5.2. 模拟开关模块.5 5.3. 滤波器模块.5 5.4. LDC1602与PS2接口模块.6 5.5. 接口电路.66. 仿真部分.7 6.1. 仿真电路及仿真设置.7 6.2. 电阻15.9K.8 6.3. 电阻3.18K.9 6.4. 电阻1.59K.10 6.5. 电阻1.06K.117. PCB板.128. PCB电路设计操作步骤.13

2、9.总结.14附件1.16附件2. PCB电磁兼容性设计技术(综述).17实验目的1、了解并掌握各种有源滤波器的基本构成和原理，2、掌握用DXP软件绘制原理图，绘制PCB板，以及元器件库的运用3、用DXP画出可编程低通滤波器的原理图和PCB。设计任务此次任务我选择做程控低通滤波器，同时可液晶显示当前截止频率，通过PS2键盘现场控制滤波器截止频率。要完成此项计划，首先得学习运放及滤波器的相关知识，并熟练使用通过DXP；然后设计一个低通滤波器，画出其原理图，通过改变其中的电阻从而改变该滤波器的截止频率，并通过DXP自带的仿真软件观察其频率响应，计算出所用的电阻值；最后做好相应的原理图及PCB库，并

3、由原理图生成PCB，进一步调整布局，绘制导线、补泪滴、覆铜等操作，最终生成一块完整的PCB电路。滤波器理论分析本次任务设计的是低通程控滤波器。集总低通原型滤波器是现代网络综合法设计滤波器的基础，各种低通、高通、带通、带阻滤波器大都是根据此特性推导出来的。理想的低通滤波器应该能使所有低于截止频率的信号无损通过，而所有高于截止频率的信号都应该被无限的衰减，从而在幅频特性曲线上呈现矩形，故而也称为矩形滤波器（brick-wallfilter）。理想二阶有源低通滤波器电路图入下：二阶低通RC滤波器的传输函数为。这里选择电压控制电压源（VCVS）电路，其中运放为同相输入，输入阻抗很高，输出阻抗很低。其优

4、点是电路性能稳定，增益容易调节。滤波器性能参数表达式为：在这里我让放大倍数Av=1,即R3开路，R4短路，此时Q=0.707。设计四个截止频率分别是1KHz，5KHz，10KHz，15KHz。为了减少模拟开关的个数，本次设计我们取电容不变，只改变电阻值的做法。则取电容为C=C1=0.01uF。则根据公式，有计算得当截止频率f0=1KHz时， R1=R2=15.9K当截止频率f0=5KHz时， R1=R2=3.18K当截止频率f0=10KHz时，R1=R2=1.59K当截止频率f0=15KHz时，R1=R2=1.06K即整个程控滤波器截止频率可分为四个档位，通过不同的电阻对进行改变，而改变电阻这

5、个过程则需要控制芯片及模拟开关的共同作用方可完成。芯片选择主控芯片：本次设计所需的控制器只需进行很简单的程序控制模拟开关从而实现滤波器的档位程控操作，因而不需要控制器拥有过多的扩展和其他的高级功能，因此主控芯片采用经典的AT89S52单片机完全足够。该芯片有40个引脚，4个P口，2个定时器，2个外部中断，并且通过扩展能与PC机进行串口交流。此控制芯片价格便宜，性能优越，用于本次设计非常适合，同时还拥有很强的扩展能力，经过一定的外部扩展，此芯片能实现的功能非常强大。因此主控芯片采用51系列单片机极其构成的最小系统。模拟开关芯片：对滤波器的分析得知，要对滤波器截止频率进行改变有多种方法。常见的是改

6、变电容值或是改变电阻值从而使滤波器截止频率发生变化。本次设计采用单方面改变电阻从而实现设计要求。由理论公式可知改变两个电组的值即可有效改变截止频率。而设计要求需要进行程序控制，那么可以采用程控电子开关在主控芯片的逻辑控制下改变电路通道从而为滤波器选择合适电阻，达到程控的目的。对于模拟开关，本设计采用CD4052双4通道模拟多路复用器。其引脚图及逻辑图如下所示： INH角是使能端，低电平有效，可采用直接接地，而A,B两口是程控选择端口，通过单片机可对A,B两口进行控制，从而根据需要将X0与X、Y0与Y，或 X1与X、或Y1与 Y导通，导通方式如上图所见。放大器集成芯片：本次设计滤波器所需放大器选

7、择的是OP07低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器集成芯片。OP07具有非常低的输入失调电压（对于OP07A最大为25V），所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施。OP07同时具有输入偏置电流低（OP07A为2nA）和开环增益高（对于OP07A为300V/mV）的特点，这种低失调、高开环增益的特性使得OP07特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等方面。当然该芯片的高性能也特别适合于本次滤波器的设计，其引脚图如下：OP07芯片引脚功能如下，1和8为偏置平衡(调零端)，2为反向输入端，3为正向输入端，4接地，5空脚 6为输出，7接电源+ABSOLUTE MAXIMUM RATI

8、NGS 最大额定值其他构件选择：除了单片机控制模拟开关实行滤波器的程控功能之外，本次设计还支持显示当前截止频率的功能，单片机系统显示方面一般有两种方式，一是用LED数码管进行显示，此方法比较复杂，线路较为繁琐，且其控制显示方面不够优化，因而此次我们选择LCD1602液晶显示器。另外本设计为了突显程控的方便，为PCB板提供PS2键盘接口，只需外加PS2键盘即可通过单片机对实时截止频率进行单键操作改变。当然由于只有四个额定档位，因此键盘只用来以调整档位大小为目的的与单片机交流，而不能直接输入截止频率使系统自动切换，不过通过扩展及使用相关芯片是能够实现的，本次设计就不再对此问题进行详细阐述了。原理图

9、：以下是各模块原理图介绍1、主控单片机最小系统模块图1 单片机最小系统如图1所示，IN_1和IN_2分别是对模拟开关A、B的控制端，单片机通过对此两个I/O口的电位控制实现模拟开关的通道选择。P1和P2是单片机对LCD1602的控制口，其中P1为数据端，P2为地址总线。另外P3.2和P3.4与PS2键盘口相连，实现与键盘的信息互通。另外最小系统包括电源指示灯D1，晶振Y0和复位开关S0。2、模拟开关模块：图2 模拟开关模块如图2模拟开关直接与电阻和滤波器相连，实现对滤波器截止频率的控制。左边的电阻列则是四个截止频率所需的电阻对。3、滤波器模块：图3 滤波器如图3所示，Vin与Vout分别是信号

10、的输入与输出端，R22、R21、R12、R11端分别与图2中电阻对对应端相连，由此一来则实现整个滤波的过程。电源正负5伏出均有0.1uF电容滤去杂波。4、LDC1602与PS2接口模块：图4 LDC1602与PS2接口5. 接口电路：图5 接口电路 如图5所示，此电路模块为系统的接口模块，中间部分为电路去耦模块，分别采用3个0.1uF电容并联去耦。左边为电源插口，同时附有对电源滤杂波的电容部分，右边为信号输入与输出接口部分。仿真部分：1、仿真电路及仿真设置2、电阻取15.9K时，测得截止频率 897.4Hz（理论为1KHz）：图6 R1=R2=15.9K的幅频特性曲线图7 R1=R2=15.9

11、K时的傅里叶分析3、电阻取3.18K时，测得截止频率 4.26KHz（理论为5KHz）：图8 R1=R2=3.18K时的幅频特性曲线图9 R1=R2=3.18K时的傅里叶分析4、电阻取1.59K时，测得截止频率 8.02KHz（理论为10KHz）：图10 R1=R2=1.59K时的幅频特性曲线图11 R1=R2=1.59K时的傅里叶分析5、电阻取1.06K时，测得截止频率 17.77KHz（理论为20KHz）：图12 R1=R2=1.06K时的幅频特性曲线图13 R1=R2=1.06K时的傅里叶分析PCB板：正面：反面：PCB电路设计操作步骤：1. 画电路原理图：首先启动Protel DXP软

12、件，选择菜单【File】中的【New】，并点击【PCB Project】，保存工程项目文件并命名。之后其标签在左侧工作区面板，在其标签中点击鼠标右键，选择【Add New to Project】中的【Schematic】,新建一个名为Sheet1.SchDoc的原理图图纸，按组合键【D】+【O】，弹出一个Document Options对话框，选择【Standard Style】中的【A4】，去掉Title Block的勾，之后保存。之后就可以开始在图纸上画电路图了。从右侧library标签中选择需要的各个器件，点击library中的Install，加载合适的库文件，再从库中双击选中需要的芯片

13、或是各类元器件进行操作，同时注意每个器件要有封装，为后来画PCB准备。同时部分器件需要仿真的也要同时包含仿真特性。将每个元件在图纸上布好局，连好线，注意连线的时候要用Place Wire连，同时注意各个电气连接点是否连上。如果有连线不方便的地方可用网络标签进行标定。2. 画PCB：在工程上单击鼠标右键，选择【Add New to Project】中的【PCB】，生成一个PCB文件，然后保存命名。PCB工作区的底部有一系列的层标签，选择【Design】中的【Board Layers】，选择Top Layer、Bottem Layer、Top Overlay、Bottem Overlay、Keep

14、_Out Layer、Muti_ Layer。接着点击Keep_Out Layer，选择【Interactively Route Connections】，之后就绘制边界（这个边界最初可以画的比较大，之后还可以调整，或者可以选择最后画边线）。 随后返回到原理图界面，选择【Design】中的【Update PCB Document PCB1.PcbDoc】，在弹出的对话框中，先点击【Validate Changes】，检查是否有错误。确认无误后，点击【Execute Changes】之后点击【Close】按钮即可。这样元件就以各自封装的形式出现在PCB界面。如果此时出现错误，那么就是元器件封装没

15、有PCB部分，则需要对缺少的元器件进行重新设定封装，再重复此操作即可。待所有元件都出现在PCB面板上后，将所有元件选中，拖到工作区进行元器件排布，这里也有一个细节：模拟电路与数字电路要分开，晶振靠近单片机，去耦电容靠近所连接的元件或引脚。将元器件排布好后进行布线，选择【Auto Route】中的【All】，在出现的对话框中单击【Route All】，进行自动布线，对自动布线不合理的线路进行手动修改。如果自动布线不够优化且毛病太多时，则建议先将元件重新按照线路简单化布置，随后根据复杂程度选择自动布线或是手工直接布线。若手工布线则按照顶层横向，底层竖向的原则，以免发生错误或混乱。若出现布线不能直接

16、到达终点，则可选用过孔，将线换个层走，使其布线简单明了。待布线完成后，仔细检查有没有错误或遗漏，最后就可以敷铜了。在【Place】中选择【Polygen Plane】，弹出对话框，设置要敷铜的层、网络标签等。顶层底层两面都附上铜，如果出现大面积地方是反面铜的情况，则采用过孔使其优化铜面。全部处理完后就可以进行泪滴处理，此时，PCB制作也就可以告一段落。3、仿真处理：由于不支持模拟程序编写控制单片机，则需要4组数据单个单个完成。步骤都一样，现在原理图中需要的地方添加仿真源，本次设计添加的是1KHz的方波源，检查电气连接点及各元件的仿真特性。然后就可以进行仿真了，点击【Design】中的【Simu

17、late】，然后点中【Mixed sim】,如果此步出现错误，则需检查各点是否连接到位，还有每个再用器件是否都具有仿真特性，加以修改和优化。重复操作，待没有错误为止。然后会弹出一个Analyses Setup的一个设置界面，在这里设置你需要观察的点，你所需要的仿真项目，例如本次设计则需观察VOUT点的输出，用Transient Analysis和AC Small Signal Analysis两个仿真项目，然后点击【OK】即可出现仿真结果，我们就可以自由查询所需要的仿真波形了。总结：完成本次设计严格来说我分为了四个阶段进行。首先是确定设计方案与所用芯片。这次我们做的是程控滤波器，对于滤波器我们

18、完全可以选择二阶有源低通滤波器，这不仅是出于设计方便考虑，而是由于大部分滤波器都是由低通滤波器改变而来的，因此对于滤波器方面首先就确定了使用二阶有源低通。不过这此设计不同于以往做的纯粹的滤波器了，一般来说滤波器的截止频率是由滤波器自身的RC值决定的，那么改变它的截止频率就需要我们改变它的RC值。考虑到同时改变电阻电容比较麻烦，且市面上普通电容值得数目与精确度都不及电阻高，因此最后我确定了方案以改变滤波器的R值进行变频。最后就是思考怎么完成程序控制了，设想一个电阻，能够直接对其进行编写程序就能自动的改变阻值大小，这样就完全符合要求了。我查找了一下资料，发现TI公司有一款类似的芯片，课用程序编写对

19、其电阻值进行控制。不过这个方案比较陌生，不太容易在PCB上描述出来，因此暂时搁在一边待定。同时我发现有种芯片是可以直接进行程序控制的滤波器，例如说MAX262这类，便可以不用主控芯片即可实现对其截至频率大小的控制，可是这种集成芯片对于现在正要不断通过自己动手提高能力的我们不太适合，又加上老师在课上给我们了很大部分的提示，于是最终我选择了用模拟开关控制四对不同电阻从而实现改变4种截止频率的这种比较简单的方式对滤波器进行控制。待确定好方案后，接下来就是画原理图了，这部分比较简单，只是需要注意所用的元器件是否有封装好绘制接下来的PCB，需要注意元器件是否可以仿真来实现我们对滤波器的控制。同时在绘制原

20、理图时需要注意各个电气节点是否完全接上，防止对接下来的工作造成不必要的麻烦。当然，虽然绘制原理图不是太难，不过刚开始动手也是觉得有点不太轻松。在经过一段时间的绘制后，渐渐的对各个操作熟练了许多，在绘制的同时也参照了许多优秀的原理图绘制范例，最终比较顺利的绘制完成了整个电路图。有了原理图之后我便进行了我的仿真操作。对于这个设计，DXP并没有给我们提供模拟编程的平台对滤波器进行控制，因此我也就只能对每一组电阻值所产生的截止频率进行一定的仿真。刚开始出现了很多的问题，像某些元件没有仿真项，或是对仿真源运用非常生疏，亦或者是仿真出现了非常大的误差甚至干脆提示错误等等，这些都是在操作过程中的一些疏忽和陌

21、生造成的。不过在一段时间摸索后，我对DXP也越来越熟练，因此最终对四组电阻值都进行了比较完美的仿真，不过仿真结果相比理论值来说依然有一定的误差。仿真完毕之后就剩下PCB板得绘制了。绘制的时候出现了太多的问题。比如明明元件都有封装特性，可是载入PCB时就是载不了，我尝试了许多此，最后请教同学才知道有封装不一定有PCB特性，所以我将该改的元件重新该了一遍，又比如CD4052我找不到他的封装库在哪里，特此纠结了很长时间，不过后来我豁然开朗，CD4052是一个16脚芯片，那么我完全可以用一个16脚芯片PCB图来代替它，完全没必要非要找到本元件的PCB库。于是就这样一步一步的做下来，完成布局，布线，和敷

22、铜。布线问题也比较严重，因为布局没有不好，导致线比较复杂，因此改变布局就改了许多次。经历了一次又一次的更改和优化后，总算是成功绘制了PCB板。做PCB，是一个技术活，哪怕我们学会了，学懂了，也不一定会做得好，总之练习和经验才是绘制PCB的王道。因此，对于绘制电路板，我们还得多加练习，从现在的一个月做完这么项目到以后一晚上，一下午，乃至一个小时绘制完成，我相信，只要肯多画，就一定可以实现的。最后感谢宋老师对我们的指导，感谢在此设计上帮组过我的所有同学们。附件1：PCB电磁兼容性设计技术杜育中国地质大学（武汉）机电学院76092摘要：电子产品的发展越来越趋向高速、宽带、高灵敏度、高密集度和小型化。

23、印制电路板（PCB）通过印制迹线实现电路元件和器件的电气连接，同时起机械支撑作用，其电路的布线密度越来越大，信号的频率也越来越高。这样的情况已经导致信号在互连线上的传输出现反射、串音干扰、延迟和畸变等问题，同时PCB上布线网络以及各种元件也会产生射频辐射，因此，PCB电磁兼容问题成为电子设备及系统的关键因素。PCB的电磁兼容问题主要与电源骚扰、自兼容性、电磁环境、射频干扰、静电放电及规则有关。因此，在进行PCB设计时，应根据实际需要选择合适的印制板板层设置，进行合理的元器件布局和信号走线，并采取一些基本的措施以降低电磁干扰，增强电路的抗干扰能力，满足电磁兼容性指标的要求。本文主要论述了电磁兼容

24、性的基本概念，电磁干扰产生机理和原因，设计技术以及一些常用的解决电磁兼容性问题的措施，重点就PCB抗干扰性设计规则进行说明。关键词：电磁兼容 电磁干扰 PCB 抗干扰 布局0 引言目前各类电子设备与系统中的期间以印制电路板PCB为主要装配方式。通常把在绝缘材料上，按预定设计，制成印制线路，印制组件或两者组合而成的导电图形称为印制电路。而在绝缘基材上提供元器件之间电气连接的导电图形称为印制线路。这样就把印制电路或印制线路的成品板称为PCB。PCB是电子产品中电路组件和器件的支撑件，它提供电路组件和器件之间的电气连接，是各种电子设备最基本的组成部分，它的性能直接关系到电子设备质量的好坏。随着信息化

25、社会的发展，各种电子产品经常在一起工作，他们之间的干扰越来越严重，所以电磁兼容问题也就成为一个电子系统能否正常工作的关键。从本质上讲，研究电子系统的抗干扰技术就是研究电子系统的电磁兼容性，电子兼容性问题的中心课题是研究怎样控制和消除电磁干扰，使电子设备或系统与其他设备一起工作时，不引起设备或系统的任何部分的工作性能的降低。一个设计理想的电子设备或系统应该既不辐射任何额外的能量，也不应该受任何干扰能量的影响。下面就针对电磁兼容问题及PCB设计时抗电磁干扰的一般规则及设计方案进行详细介绍1 正文1.1 有关电磁兼容的基本概念(1)电磁兼容的论述电磁兼容（Electromagnetic Compat

26、ibility，EMC）一般指电气及电子设备在共同的电磁环境中能执行各自功能的共存状态，即要求在同一电磁环境中的上述各种设备都能正常工作又互不干扰，达到“兼容”状态。换句话说，电磁兼容是指电子线路、设备、系统相互不影响，并且从电磁角度具有相容性的状态。相容性包括设备内部电路模块之间的相容性，设备之间的相容性和系统之间的相容性。我国国家军用标准GJB7285电磁干扰和电磁兼容性名词术语中给出电磁兼容性的定义为：“设备（分系统、系统）在共同的电磁环境中能一起执行各自功能的共存状态，即：改设备不会由于受到处于同一电磁环境中其他设备的电磁发射而导致或遭受不允许的性能降级，它也不会使同一电磁环境中其他设

27、备（分系统、系统）因受其电磁发射而导致或遭受不允许的性能降级”。可见，从电磁兼容性的观点出发，除了要求设备能按设计要求完成其功能外，还要求设备有一定的抗干扰能力，不产生超过规定限度的电磁干扰。国际电工技术委员会（IEC）认为，电磁兼容是一种能力的表现。IEC给出的电磁兼容性定义为：“电磁兼容性是设备的一种能力，它在其电磁环境中能完成自身的功能，而不致于在其环境中产生不允许的干扰”。进一步讲，电磁兼容学是研究在有限的空间、有限的时间、有限的频谱资源条件下，各种用电设备或系统可以共存，并不致引起性能降级的一门学科。(2)电磁干扰的论述有电磁兼容，则相应的就有电磁干扰（Electromagnetic

28、 Interference，EMI）。电磁干扰是指：“电磁骚扰（Electromagnetic Disturbance，EMD）引起的设备、传输通道或系统性能的下降”。电磁骚扰仅仅是电磁现象，即客观存在的一种物理现象，它可能引起设备性能的降级或损害，但不一定已经形成后果。而电磁干扰是有电磁骚扰引起的后果。(3)电磁兼容相关问题的主要术语有关电磁兼容和电磁干扰主要术语如下：带宽（Bandwidth）：一个接收机响应信号的上升3dB点和下降3dB点之间的频率间隔。共模（Common Mode，CM）：存在于两根或多根导线中，流经所有导线的电流都是同极性的。共模抑制比（Common-mode Rej

29、ection Ratio，CMRR）：衡量运算放大器对共模电压抑制能力的参数。耦合路径（Coupling Path）：传导或辐射路径。干扰能量通过该路径从干扰源传输到被干扰对象。串扰（Crosstalk）：被干扰电缆上从邻近干扰源电缆耦合的电压与该邻近电缆上的电压之比。差模（Differential Mode，DM）：在导线上对上级性相反的电压或电流。电磁环境（Electromagnetic Environment）：存在于给定场所的所有电磁现象的总和。“给定场所”即“空间”，“所有电磁现象”包括了全部“时间”与全部“频谱”。远场区（Far Field）：指信号源距测量点有1/6波长以上的辐射

30、场，也称为平面波。近场区（Near Field）：在此辐射场中，与电磁干扰源的距离小于1/6波长的域。灵敏度（Sensitivity）：当模拟电路中的噪声为有限带宽白噪声时，当S=N时对应的输入信号值。该值一下，电路没有响应信号输出，或其输出信号可以忽略。1.2电磁兼容技术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磁兼容性，则越可以节约人力与物力。 不管复杂系统还是简单装置，任何一个电磁干扰的发生必须具备三个基本条件：首先应该具有干扰源；其次有传播干扰能量的途径或通道；第三还必须有被干扰对象(即敏感设备)的响应。所以，控制干扰源的电磁辐射，切断或抑制电磁干扰的耦合通道，提高敏感

31、设备的抗干扰能力是电子设备和系统电磁兼容性设计的主要内容。具体有以下几个方面的措施，用来实现电磁兼容性。(1)干扰电路。电子设备中的单元电路应设计和选用本身电磁能量辐射小、抗干扰能力强的线路形式。小信号放大器应增大线性动态范围，提高电路的过载能力，减小非线性失真；功率放大器工作在甲类状态时，产生的谐波最小；工作在乙类时，应采用推挽形式来抑制二次谐波；丙类状态用于射频放大，为抑制谐波电平应采用锐调谐、高Q滤波器。 (2)器件和电路的合理布局。将容易受到干扰的敏感元器件和单元电路尽可能地与干扰源远离；输出与输入端口妥善隔离；高电平电缆与脉冲引线与低电平电缆分开排布。 (3)正确的电磁屏蔽。用屏蔽体

32、包封干扰源，可以防止干扰电磁辐射向外传播；用屏蔽体包封被干扰电路，可以防止干扰电磁能量进入。电磁屏蔽虽然能够有效地切断近场感应和远场辐射等电磁干扰的传播通道，但它会造成电子设备散热困难，维修不便，成本增加，应根据最佳效比进行设计。 (4)良好的接地系统。设计低阻抗的地线，正确设计单元电路和设备的接地系统、电缆屏蔽层的接地、信号电路屏蔽体的接地等，并采用合理的阻隔地环路干扰的措施。 (5)滤波技术的运用。滤波器的主要功能是将有用信号以外的信号能量进行抑制，借助于滤波器，可以显著减弱干扰源和被干扰电路间的传导干扰电平。1.3 PCB的EMC设计必要性PCB就像一个产品的缩影。它是EMC技术中最值得

33、探讨的部分，是设备工作频率最高的部分，同时也是电平最低、最为敏感的部分。在PCB的EMC设计中，实际上已经包含了接地设计、去耦旁路设计等。一个有着良好地平面的PCB，不但可以降低流过共模电流产生的压降，同时也是减少环路的重要手段。因此，电磁兼容性是衡量一个电子产品合格与否的重要指标之一。在进行PCB设计时，必须考虑这一点。对于PCB的电磁兼容性问题，一般有三种解决方法：(1)问题解决法问题解决法是解决电磁兼容问题的早期方法，主要指在建立系统前并不专门考虑电磁兼容性问题，待系统建成后再设法解决在调试过程中出现的电磁兼容性问题的方法。由于系统已经安装完成，要解决电磁干扰问题比较困难，为了解决问题可

34、能需要进行大量的拆卸，甚至要重新设计。对于大规模集成电路，可能会严重地破坏其电路板。因此，问题解决法是一种非常冒险的方法，而且这种头痛医头，脚痛医脚的方法不能从根本上解决电磁干扰问题。(2)规范法规范法是比问题解决法更为合理的一种方法，该方法是按现行电磁兼容标准（国家标准或军用标准）所规定的极限值来进行计算，使组成系统的每个设备或子系统均符合所规定的标准，并按照标准所规定的试验设备和实验方法核实它们与规范中规定极限值的一致性。该方法可在系统实验前对系统的电磁兼容提供一些预见性。其主要缺点在于既有可能过设计，同时谋求解决的问题又不一定时真正存在的问题。(3)系统法 系统法集中了电磁兼容性方面的研

35、究成果，从系统的设计阶段的最初就用分析程序来预测在系统中将要遇到的那些电磁干扰问题，以便在系统设计过程中作为基本问题来解决。这种发放是近几年兴起的一种设计方法，它在产品的初始设计阶段对产品的每一个可能影响产品电磁兼容性的元器件、模块及线路建立了数学模型，利用计算机辅助设计工具对其电磁兼容性进行分析预测和控制分配，从而为整个产品打下良好的基础。这种方法通常在正式产品完成之前就解决了90%的电磁兼容问题。为了提高电子产品的电磁兼容性，一般是几种方法综合运用。实践证明，在电子产品设计时就加以考虑(系统法)，可以获得较高的效费比（如图1所示）。图1 EMC与效费比1.4 印制电路板（PCB）的电磁兼容

36、三要素PCB板发生电磁兼容性问题，必须存在三个因素，即电磁骚扰源、耦合途径、敏感设备。所以，在遇到电磁兼容问题时，要从这三个因素入手，对症下药，消除其中某一个因素，就能解决电磁兼容问题。印制电路板的骚扰源主要是时钟发生电路、塑料封装元件、不正确布线的线迹、长度较大的电气长线以及互联电缆，而其传播途径则是携带射频能量的媒介。敏感设备或接收器的概念对PCB而言，主要指容易接受从I/O连接的电缆传导过来的有害辐射的PCB元件，它们将这种有害的能量传送给电路和敏感设备，造成干扰。其实，由于印制电路板上所有元件共存于一个狭小的空间内，每个元件即使骚扰源，也是敏感设备或接受器，这将导致其电磁兼容问题的复杂

37、性。PCB内电磁干扰的耦合路径主要包括五种。一是从骚扰源直接空间辐射到接收器；二是从骚扰源直接辐射耦合到接收器的AC电源电缆或者是信号/控制电缆；三是从AC电源、信号/控制电缆、地线产生的射频能量辐射到接收器上；四是从骚扰源AC电源，信号/控制电缆、地线产生的射频能量辐射耦合到接收器的AC电源电缆或者信号/控制电缆；五是由普通的电源线或者普通的信号/控制电缆产生的骚扰能量传导。对这五种耦合路径，相应的耦合机制包括传导耦合、电磁场耦合、磁场耦合、电场耦合。传导耦合与普通的阻抗耦合类似，当骚扰源于敏感电路以阻抗相连时，容易产生这种耦合，因此必须尽可能减小他们之间的连接阻抗。磁场耦合主要是因为一个电

38、流回路产生的磁场穿过了另一个电流构成的回路，一般用两个回路之间的互电感表示。电场偶合出现在低阻抗电路中，一般用两个电路之间的互电容表示。电磁场耦合是电场与磁场同时作用于电路。根据源和接受器之间的距离，电磁场耦合可以分为近场耦合与远场耦合。敏感设备是指当受到电磁骚扰源所发出的电磁能量的作用时，会受到伤害的人或其它生物，以及会发生电磁危害，导致性能降级或失效的器件、设备、分系统或系统。许多器件、设备、分系统或系统既是电磁骚扰源又是敏感设备。敏感设备是对干扰对象总称，它可以是一个很小的元件或一个电路板组件，也可以是一个单独的用电设备甚至可以是一个大型系统。由以上分析，可以看出电磁干扰的各个环节都与电

39、子设备内部的器件有关，许多器件、设备、或分系统既是电磁干扰源又是敏感设备，而电子设备的小型化和高度集成化，对PCB的设计、分块、元器件的布局，在电磁兼容性方面，提出了更高要求。下面就PCB设计中，主要的电磁兼容性问题，提出具体的技术措施。1.5 电磁兼容技术在PCB设计中的应用目前产品的电磁兼容问题常常在检测机构对产品进行电磁兼容测试以后才去解决，甚至当产品使用后出现问题时才去补救。这样做非但费时费力，而且不能从根本上解决问题。因此，应该在产品开发的最初阶段就进行电磁兼容设计。由于PCB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EMC(电磁兼容)和EMI(电

40、磁干扰)的分析。所以，设计目的是使板上各部分电路之间没有相互干扰，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确的措施常常能同时直到抗干扰和抑制发射的作用。在设计印制电路板布线时，首先要选取印制板类型，然后确定元器件在板上的位置，再依次布置地线、电源线、高速信号线和低速信号线。 (1)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、高集成度芯片的调整数字电路。一般而言，设计的电路板层数越多，尺寸越小，抗干扰能力越强，但

41、是尺寸太小则散热不好，且相邻的导线容易引起干扰。一般电路板的最佳外形为矩形，长宽比是3:2或是4:3。如果电路板的尺寸大于200mm*500mm时，就要考虑电路板的机械强度。常见的电路板厚度为0.5mm、1.0mm、1.5mm、以及2.0mm等。 (2)元器件布置。首先应对板上的元器件分组，目的是对印制板上的空间进行分割，同组的放在一起，以便在空间上保证各组的元器件不致于相互干扰。一般先按使用电源电压分组，再按数字与模拟、高速与低速以及电流大小等进一步分组。不相容的器件要分开布置，例如发热元件远离关键集成电路。磁性元件要屏蔽，敏感器件则应远离CPU时钟发生器等。 连接器及其引脚应根据元器件在板

42、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。高速器件(频率大于10MHz或上升时间小于2ns的器件)尽可能远离连接器。I/O驱动器则应紧靠连接器，以免I/O信号在板上长距离走线，耦合上干扰信号。常常我们会遇到很到特殊的元器件，当然对待这些器件也有一套相应的措施。如高频器件尽量减小元器件之间的连线，从而减少他们之间的分布参数和相互之间的串扰。输如输出元器件之间的距离应尽量大一些；而具有高电位差得器件应布置在调试不易触及的位置，并加大它们导线之间的距离以免放电引起短路；热敏器件如电容等应远离发热元器件；调节元器件如电位器、可调电感、可调电容、微动开关

43、等布局应考虑整机结构，若机内调节则应放在电路班上易调节的地方，若机外调节其位置应与调节旋钮在机箱面板上的位置相对应等。有时候我们会按照一定的方向进行布局，比如我们可以按照电路的功能进行，就像我们常按照某个功能电路为核心，围绕该核心进行布局，元器件均匀、整齐、紧凑，并尽量的减少和缩短导线。或者我们按照放置顺序布局也是可以的，像先放置与结构紧密配合的固定位置的元器件，如插座、指示灯、开关、接插件等，再放置特殊元器件，如发热元器件、变压器、集成电路等。最后放置小元器件，如电阻、电容及二极管等。 (3)地线的布置。布置地线时首先考虑的问题是“分地”，即根据不同的电源电压，数字电路和模拟电路分别设置地线

44、。在多层印制板中有专门的地线层，在地线层上用“划沟”的方法来分地。但是，分地并不是把各种地完全隔离，而是在适当的位置仍需把不同的地短接起来，以保证整个地线的电连续性，短接通道有时也形象地称之为“桥”。桥应该有足够的宽度。布置地线时要注意以下几点：多层板信号层上的高速信号轨线不能横跨地线层上的沟。A/D变换器芯片如只有一个地线引脚，则该芯片应安放在连接模拟地和数字地的桥上，避免数字信号回流饶沟而行。连接器不要跨装在地线沟上，因为沟两边的地电位可能差别较大，从而通过外接电缆产生共模辐射骚扰。双面板的地线通常采用井字形网状结构，即一面安排成梳形结构地线，另一面安排几条与之垂直的地线，交叉处用过孔连接

45、。网状结构能减小信号电流的环路面积。地线应尽可能地粗，以减小地线上的分布电感。一般接地采用50mil尺寸的线。 (4)电源线的布置。印制板上的电源供电线由于给板上的数字逻辑器件供电，线路中存在着瞬态变化的供电电流，因此将向空间辐射电磁骚扰。供电线路电感又将引起共阻抗耦合干扰，同时会影响集成片的响应速度和引起供电电压的振荡。一般采用滤波去耦电容和减小供电线路特性阻抗的方法来抑制电源线中存在的骚扰。 双面板上采用轨线对供电。轨线应尽可能粗，并相互靠近。供电环路面积应减小到最低程度，不同电源的供电环路不要相互重叠。如印刷板上布线密度较高不易达到上述要求，则可采用小型电源母线条插在板上供电。多层板的供电有专用的电源层和地线层，面积大，间距小，特性阻抗可小于1。 印制电路板上的供电线路应加滤波器和去耦电容。在板的电源引入端使用大容量的电解电容(10F100F)作低频滤波，再并联一只0.01F0.1F的陶瓷电容作高频滤波。板上集成片的电源引脚和地线引脚之间应加0.01F的陶瓷电容进行去耦，至少每3块集成片应有一个去耦电容。去耦电容应贴近集成片安装，连