PCB布線技術(shù)中的抗干擾設(shè)計(jì)

摘 要：本文通過幾個(gè)典型的例子分析了各種干擾產(chǎn)生的途徑和原因，介紹了PCB(Printing Circuit Board)設(shè)計(jì)中的一些特殊規(guī)則及抗干擾設(shè)計(jì)的要求。

關(guān)鍵詞：布線技術(shù) 電磁干擾 PCB PROTEL軟件

隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，PCB的密度越來(lái)越高，電子系統(tǒng)的工作頻率也越來(lái)越高；模擬電路、數(shù)字電路、大規(guī)模的集成電路和大功率電路的混合使用以及電子設(shè)備的工作帶寬越來(lái)越寬，靈敏度越來(lái)越高；并隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，連接各設(shè)備之間的電纜和空間聯(lián)網(wǎng)也越來(lái)越復(fù)雜。實(shí)踐證明，當(dāng)我們?cè)谑褂肞ROTEL軟件制板時(shí)，盡管制定了相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)則及約束條件。在進(jìn)行自動(dòng)布局和自動(dòng)布線時(shí)，仍然出現(xiàn)印刷電路板設(shè)計(jì)不當(dāng)，并對(duì)系統(tǒng)的可靠性產(chǎn)生不良影響。因此，要使電子系統(tǒng)獲得最佳性能， 在使用PROTEL軟件制板時(shí)，必須采用自動(dòng)與手動(dòng)相結(jié)合。并應(yīng)遵循設(shè)計(jì)的一般及特殊規(guī)則。

一、元器件布線

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)和相互間的電磁干擾。 易受干擾的元器件不能相互挨得太近，輸入和輸出元件應(yīng)遠(yuǎn)離。輸入輸出端用的導(dǎo)線應(yīng)盡量避免相鄰平行，最好加上線間地線，以免發(fā)生反饋耦合。如：同相放大器的輸入輸出端一靠近，則在它們之間就會(huì)產(chǎn)生寄生電容。這樣，由于該電容而形成了輸出返回到輸入的正反饋環(huán)路，最終引起振蕩。這種振蕩與輸入信號(hào)無(wú)關(guān)，即使在沒有輸入時(shí)也會(huì)發(fā)生。

振蕩頻率由同相放大器的電路結(jié)構(gòu)和寄生電容的大小等因素決定。實(shí)際上，大部分為1MHz以上。還有，隨著寄生電容的大小變化，不僅僅產(chǎn)生電路的振蕩，甚至發(fā)生工作不穩(wěn)定和特性變壞的情況。而在反相放大器中，如圖2所示，由于米勒效應(yīng)引起高頻特性變壞。設(shè)反相放大器的增益為A，輸入輸出間的寄生電容為C。由于米勒效應(yīng)，從輸入端可以看成輸入與GND之間加入了(A+1)C的電容。如果信號(hào)源電阻Rg非常低，則是可以的。然而，如果Rg很高，則該Rg與米勒電容(A+1)C就會(huì)形成LPF(低通濾波器)，使得高頻特性下降.因此，無(wú)論是正相放大器還是反相放大器，其輸入輸出端都不允許靠得太近，特別在增益高或在寬帶放大器中更要特別注意。不僅對(duì)于一級(jí)放大器，對(duì)于多級(jí)放大器也同樣要注意這個(gè)問題。

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，以免放電引起意外短路。 帶高壓的元器件應(yīng)盡量布置在調(diào)試時(shí)手不易觸及的地方。如同放大器的輸入輸出那樣，不僅對(duì)于相同系統(tǒng)的信號(hào)線，對(duì)于搭載相互獨(dú)立的信號(hào)線也一樣，在其電平差大時(shí)(30～40dB以上)，都不允許靠近。即使僅流過直流電流，在其電壓高或電流大時(shí)，也不許靠近微小信號(hào)線。 如圖3所示，將兩根線靠近看一下。設(shè)A線上搭載電源紋波(50Hz)1Vp-p，B線上搭載lmVp-p的微弱的信號(hào)，兩者電平差有1000倍(60dB)之多。在電源存在紋波的情況下，由于頻率低，靜電耦合是沒有問題的。但由于電磁耦合，A的電源波紋泄漏到B。情況嚴(yán)重者會(huì)發(fā)生振蕩等異?，F(xiàn)象。

3 ．濾波電路中的電解電容器，在電路圖中，即使連接是相同的，但布線次序有錯(cuò)誤，也不能得到所希望的電源波紋。

負(fù)載電路的布線是由整流二極管引出來(lái)的。濾波電容的布線與負(fù)載電路的布線不同，也是從整流二極管引出來(lái)的。當(dāng)進(jìn)行這樣的布線時(shí)，負(fù)載電流不通過濾波電容，而直接流到負(fù)載電路，所以不能獲得所希望的電源波紋。負(fù)載電流越大、濾波電容的容量越大、由整流二極管到濾波電容的布線越細(xì)長(zhǎng)時(shí)，這種傾向變得越嚴(yán)重。

該負(fù)載電路的布線是由整流二極管引出來(lái)、并通過濾波電容來(lái)進(jìn)行的。這樣，負(fù)載電流一定通過濾波電容流動(dòng)，也就消除了那樣的麻煩。如果考慮到電流的流動(dòng)，上述方法的效果是很明顯的。這種方法，不僅對(duì)濾波電容，而且對(duì)電源旁路電容也一樣有效。

4．考慮電流環(huán)路。簡(jiǎn)單而言，電流環(huán)路其對(duì)象范圍很廣，而且概念也很模糊。但是，其考慮方法卻是簡(jiǎn)單的。在考慮電流的流動(dòng)時(shí)，一定有去路和回路。由其去路和回路所形成的電流環(huán)路的面積要盡可能的小。對(duì)于電源線和信號(hào)線來(lái)講都是如此，不好的例子，由電流的去路與回路所形成的環(huán)路非常大。電源線的環(huán)路大，因其波紋等原因有可能對(duì)其他電路產(chǎn)生不良的影響。

現(xiàn)將該環(huán)路變小。由于這樣做，使環(huán)路變小，故而對(duì)其他電路的影響也就變小。還有，稱兩根絞在一起的導(dǎo)線為絞線。即使不弄成絞線，而將兩根導(dǎo)線平行地放置也會(huì)對(duì)縮小電源線環(huán)路面積起到有一定的效果。

5．電容的一般配置原則

1)電源輸入端跨接10μF～100μF 的電解電容器。如有可能，接100μF 以上的更好。

2)原則上每個(gè)集成電路芯片都應(yīng)布置一個(gè)0. 01pF的瓷片電容。如遇印刷電路板空隙不夠，可每(4個(gè)～8個(gè))芯片布置一個(gè)1pF～10pF 的鉭電容。

3)對(duì)于抗噪聲能力弱、關(guān)斷時(shí)電源變化大的器件，如RAM、ROM 存儲(chǔ)器件，應(yīng)在芯片的電源線和地線之間直接接入退耦電容。

4)電容引線不能太長(zhǎng)，尤其是高頻旁路電容不能有引線。