PCB設計中的抗干擾技術

陳宇澤+宋緒勇

摘 要：印制電路板即PCB在電子產品的設計中是非常重要的。在印制電路板的使用過程中，不僅需要保證其電路元器件的電氣能夠準確連接，同時也需要考慮印制電路板自身的干擾問題，因此有必要不斷對其中存在的問題進行方法研究，并對其中的干擾問題提出相應的解決辦法。介紹了PCB設計中的主要干擾問題，包括印制電路板的布局類、板層類和走線類問題，并給出了相應的解決辦法。

關鍵詞： PCB設計；電路板抗干擾技術；電子產品

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.16.163

隨著社會的發展和科學技術的進步，電子產品的種類在不斷增加，內容也越來越復雜，電子產品和設備的結構在逐漸優化，印制電路板設計也逐漸呈現出多層次化和高密度化的特點，PCB設計中所具有的各個方面的干擾問題也逐漸引起人們的關注和重視。當前所使用的電磁兼容性設計能夠對印制電路板的電路正常運行和穩定工作起到重要的推動作用，使得這些電路之間不會相互干擾，并且有效抑制PCB 的對外輻射及傳導發射。

1 PCB設計的干擾種類

PCB設計在干擾問題中的研究逐漸深入并取得了一些成果。印制電路板產生的干擾主要有三個方面的內容，首先是布局類干擾問題，這一問題主要是由于印制電路板中元件的放置位置的不合理而造成印制電路板產生干擾問題，其次是板層類干擾的問題，這類問題主要指的是由于印制電路板的設置不科學現象的存在，從而產生的噪聲干擾的問題，最后是走線類干擾問題，這一問題主要是由于印制電路板的信號線以及電源線和地線之間的線距離設置或者線寬度設置的不合理導致，或者是印制電路板布線方法不適當所產生的。根據PCB使用過程中所產生的干擾類型，可以分別使用布局規則、分層對策和走線規則抑制等具體的措施對干擾問題進行有效抑制和解決，從而削弱或者消除印制電路板所受到的干擾，使得設計逐漸符合電磁兼容性的要求。

2 PCB干擾問題的抑制對策

2.1 布局類干擾問題的抑制對策

印制電路板的布局首先需要根據信號的流動合理設置印制電路板中的每個功能模塊的電路位置，同時盡量確保信號走向保持一致。在印制電路板的位置布局中，一般的將其中心設置為模塊電路的核心元件。對印制電路板中的各個元器件間的走線，尤其是高頻器件之間的引線進行必要的縮短。其次是在印制電路板集成熱敏元件和芯片等部件的處理上，需要和發熱元件保持比較遠的距離。結合PCB板上的元器件的具體位置，合理確定連接器的位置，一般將連接器放置在PCB板的同一邊，避免電纜從印制電路板兩側引出的情況，從而減小共模電流輻射。敏感元器件不能夠太近，輸入和輸出元件應與其保持足夠的距離。最后是盡量確保印制電路板中的驅動器和連接器位置接近，避免信號的長距離走線現象。

2.2 板層類干擾問題的抑制對策

為了解決印制電路板中板層類干擾問題，需要對印制電路板的設計信息、信號的密集程度、電源以及地（GND）需求加以考慮，從而確定電路合理的電源設計和布線層數。采取的分層對策是否合理將直接影響GND層、電源層的瞬態電壓和信號的電磁場屏蔽效果。一般情況下，如果是多層板（兩層以上），則此時信號層需設計緊挨電源層或GND層，電源層和GND層應相鄰且間距盡可能短。如果是單層板或雙層板，則需要關注的就是電源線和信號線的設計。為了保證電源電流的回路面積足夠小，通常電源線和GND平行設計且緊鄰。對于單層板，一般在重要的信號線兩邊布下安全地線，防止信號線之間的串擾，減小信號回路面積。對于雙層板也可以這么做，或者保證在重要信號的投射面上的GND層足夠大。值得注意的是，這種單雙板設計并不適用于數字（digital）電路或數模電路，主要是由于沒有參考平面，導致平行走線現象和輻射增強。

如果PCB設計預算比較充足，可以使用多層板。此時的設計應注意以下幾點：1）全局時鐘線（CLK）或總線等具有高敏感度或強輻射的信號線，一般設置在與GND層緊鄰的信號層或兩個GND層之間。這樣做的目的是減小信號回路面積，削弱輻射強度，提高板子的抗干擾性。2）高頻信號線一般不設置在頂層或底層，從而減小其對外部的傳導輻射。3）電源層的設計應相比于鄰層內部縮進5-20H（介質厚度單位），目的是為了減弱邊緣輻射。

2.3 走線類干擾問題的抑制對策

進行PCB設計時，為了減少走線類干擾，應遵循以下幾個原則：1）避免走線走直角（90度），通常以135度角或者圓弧走線代替。2）導線設置寧寬勿長，目的是減小導線阻抗。3）為了減少平行串擾，一般避免輸入導線和輸出導線的平行走線，或在二者中間穿插布置GND線。4）盡量減小導線走線回路，尤其是有電流經過時，目的是減小栽流回路的對外輻射。5）設置key signal（關鍵信號），包括分流隔離和保護路線信號。6）在相同層的布線布局中，應確保相鄰線（尤其是信號線）的物理隔離，防止串擾和噪聲耦合現象。7）電源線寬度盡量大，一般設置最少25mil（線寬單位），減小環路電阻，且走線方向應與信號走線一致。8）三層以上電路板設計時，應設置獨立的電源層，盡量做到各功能模塊的獨立供電。以上提到的是PCB布線時應遵循的基本原則，此外還需根據電路板具體情況，結合實現功能進行不同情況的細致布線。

3 結束語

目前PCB設計趨于復雜化和多層化，數據信號趨于高頻化，不能僅限于功能實現，應在設計階段就考慮到各種干擾因素。做到科學分層，合理布局布線，保證信號質量純凈，信號傳輸過程穩定可靠。目前市場上也已經出現了針對PCB設計時的電路仿真驗證工具，如Mentor Graphics公司的HyperLynx，它可實現信號完整性分析，電源完整性分析，電磁兼容分析等功能，這些都將有力提升印制電路板的設計質量和水平。

參考文獻：

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