EMC應用之PCB布局

2021-06-07 13:56:25 字數 3146 閱讀 4194

模擬地和數字地單點接地*

只要是地,最終都要接到一起,然後入大地。如果不接在一起就是"浮地",存在壓差,容易積累電荷,造成靜電。地是參考0電位,所有電壓都是參考地得出的,地的標準要一致,故各種地應短接在一起。人們認為大地能夠吸收所有電荷,始終維持穩定,是最終的地參考點。雖然有些板子沒有接大地,但發電廠是接大地的,板子上的電源最終還是會返回發電廠入地。如果把模擬地和數字地大面積直接相連,會導致互相干擾。不短接又不妥,理由如上有四種方法解決此問題:

1、用磁珠連線;

2、用電容連線;

3、用電感連線;

4、用0歐姆電阻連線。

磁珠的等效電路相當於帶阻限波器,只對某個頻點的雜訊有顯著抑制作用,使用時需要預先估計噪點頻率,以便選用適當型號。對於頻率不確定或無法預知的情況,磁珠不合。

電容隔直通交,造成浮地。

電感體積大,雜散引數多,不穩定。

0歐電阻相當於很窄的電流通路,能夠有效地限制環路電流,使雜訊得到抑制。電阻在所有頻帶上都有衰減作用(0歐電阻也有阻抗),這點比磁珠強。

*跨接時用於電流迴路*

當分割電地平面後,造成訊號最短回流路徑斷裂,此時,訊號迴路不得不繞道,形成很大的環路面積,電場和磁場的影響就變強了,容易干擾/被干擾。在分割區上跨接0歐電阻,可以提供較短的回流路徑,減小干擾。

*配置電路*

一般,產品上不要出現跳線和撥碼開關。有時使用者會亂動設定,易引起誤會,為了減少維護費用,應用0歐電阻代替跳線等焊在板子上。

空置跳線在高頻時相當於天線,用貼片電阻效果好。

a、地線設計 在電子裝置中,接地是控制干擾的重要方法。如能將接地和遮蔽正確結合起來使用,可解決大部分干擾問題。電子裝置中地線結構大致有系統地、機殼地(遮蔽地)、數字地(邏輯地)和模擬地等。在地線設計中應注意以下幾點:

1.正確選擇單點接地與多點接地 在低頻電路中,訊號的工作頻率小於1mhz,它的佈線和器件間的電感影響較小,而接地電路形成的環流對干擾影響較大,因而應採用一點接地。當訊號工作頻率大於10mhz時,地線阻抗變得很大,此時應盡量降

低地線阻抗,應採用就近多點接地。當工作頻率在1~10mhz時,如果採用一點接地,其地線長度不應超過波長的1/20,否則應採用多點接地法。

2.將數位電路與模擬電路分開 電路板上既有高速邏輯電路,又有線性電路,應使它們盡量分開,而兩者的地線不要相混,分別與電源端地線相連。要盡量加大線性電路的接地面積

3.盡量加粗接地線 若接地線很細,接地電位則隨電流的變化而變化,致使電子裝置的定時訊號電平不穩,抗雜訊效能變壞。因此應將接地線盡量加粗,使它能通過三位於印製電路板的允許電流。如有可能,接地線的寬度應大於3mm。

4.將接地線構成閉環路 設計只由數位電路組成的印製電路板的地線系統時,將接地線做成閉環路可以明顯的提高抗雜訊能力。其原因在於:印製電路板上有很多積體電路元件,尤其遇有耗電多的元件時,因受接地線粗細的限制,會在地結上產生較大的電位差,引起抗雜訊能力下降,若將接地結構成環路,則會縮小電位差值,提高電子裝置的抗雜訊能力。

b、電磁相容性設計

電磁相容性是指電子裝置在各種電磁環境中仍能夠協調、有效地進行工作的能力。電磁相容性設計的目的是使電子裝置既能抑制各種外來的干擾,使電子裝置在特定的電磁環境中能夠正常工作,同時又能減少電子裝置本身對其它電子裝置的電磁干擾。

1.選擇合理的導線寬度 由於瞬變電流在印製線條上所產生的衝擊干擾主要是由印製導線的電感成分造成的,因此應盡量減小印製導線的電感量。印製導線的電感量與其長度成正比,與其寬度成反比,因而短而精的導線對抑制干擾是有利的。時鐘引線、行驅動器或匯流排驅動器的訊號線常常載有大的瞬變電流,印製導線要盡可能地短。對於分立元件電路,印製導線寬度在1.5mm左右時,即可完全滿足要求;對於積體電路,印製導線寬度可在0.2~1.0mm之間選擇。 2.採用正確的佈線策略 採用平等走線可以減少導線電感,但導線之間的互感和分布電容增加,如果布局允許,最好採用井字形網狀佈線結構,具體做法是印製板的一面橫向佈線,另一面縱向佈線,然後在交叉孔處用金屬化孔相連。為了抑制印製板導線之間的串擾,在設計佈線時應盡量避免長距離的平等走線。

c、去耦電容配置

在直流電源迴路中,負載的變化會引起電源雜訊。例如在數位電路中,當電路從乙個狀態轉換為另一種狀態時,就會在電源線上產生乙個很大的尖峰電流,形成瞬變的雜訊電壓。配置去耦電容可以抑制因負載變化而產生的雜訊,是印製電路板的可靠性設計的一種常規做法,配置原則如下: ●電源輸入端跨接乙個10~100uf的電解電容器,如果印製電路板的位置允許,採用100uf以上的電解電容器的抗干擾效果會更好,不然前級的紋波會傳到下一級,尤其是大的紋波。 ●為每個積體電路晶元配置乙個0.01uf的陶瓷電容器。如遇到印製電路板空間小而裝不下時,可每4~10個晶元配置乙個1~10uf鉭電解電容器,這種器件的高頻阻抗特別小,在500khz~20mhz範圍內阻抗小於1ω,而且漏電流很小(0.5ua以下)。 ●對於雜訊能力弱、關斷時電流變化大的器件和rom、ram等儲存型器件,應在晶元的電源線(vcc)和地線(gnd)間直接接入去耦電容。 ●去耦電容的引線不能過長,特別是高頻旁路電容不能帶引線。

d、印製電路板的尺寸與器件的布置

印製電路板大小要適中,過大時印製線條長,阻抗增加,不僅抗雜訊能力下降,成本也高;過小,則散熱不好,同時易受臨近線條干擾。在器件布置方面與其它邏輯電路一樣,應把相互有關的器件盡量放得靠近些,這樣可以獲得較好的抗雜訊效果。時鐘發生器、晶振和cpu的時鐘輸入端都易產生雜訊,要相互靠近些。易產生雜訊的器件、小電流電路、大電流電路等應盡量遠離邏輯電路,如有可能,應另做電路板,這一點十分重要。

e、散熱設計

從有利於散熱的角度出發,印製版最好是直立安裝,板與板之間的距離一般不應小於2cm,而且器件在印製版上的排列方式應遵循一定的規則: ·對於採用自由對流空氣冷卻的裝置,最好是將積體電路(或其它器件)按縱長方式排列;對於採用強制空氣冷卻的裝置,最好是將積體電路(或其它器件)按橫長方式排。 ·同一塊印製板上的器件應盡可能按其發熱量大小及散熱程度分割槽排列,發熱量小或耐熱性差的器件(如小訊號電晶體、小規模積體電路、電解電容等)放在冷卻氣流的最上流(入口處),發熱量大或耐熱性好的器件(如功率電晶體、大規模積體電路等)放在冷卻氣流最下游。 ·在水平方向上,大功率器件盡量靠近印製板邊沿布置,以便縮短傳熱路徑;在垂直方向上,大功率器件盡量靠近印製板上方布置,以便減少這些器件工作時對其它器件溫度的影響。

·對溫度比較敏感的器件最好安置在溫度最低的區域(如裝置的底部),千萬不要將它放在發熱器件的正上

方,多個器件最好是在水平面上交錯布局。 ·裝置內印製板的散熱主要依靠空氣流動,所以在設計時要研究空氣流動路徑,合理配置器件或印製電路板。空氣流動時總是趨向於阻力小的地方流動,所以在印製電路板上配置器件時,要避免在某個區域留有較大的空域。

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