PCB設計中的電路板抗干擾措施探析

陳奎

摘 要：改革開放以來，我國各行各業(yè)的發(fā)展都極為迅速，電子制造業(yè)也不例外。其中PCB是電子制造業(yè)中的重要板塊，其重要性也日益突出，如何進一步強化印制電路板的抗干擾設計，有著十分顯著地現實意義。基于此，本文針對PCB設計中容易產生干擾的原因從抑制干擾源，直接消除干擾、切斷干擾傳遞途徑、提高敏感器件的抗干擾性能三個方面對PCB設計中的電路板抗干擾措施進行了探討。

關鍵詞：印制電路板；抗干擾設計；措施

近年，越來越多的人開始認識到印制板電路設計的重要性，即使電路原理圖和試驗板試驗正確，而印制板電路設計不當，也會對設計的產品的性能產生不利影響。因此，在設計印制板電路時，不僅要考慮到印制電路板的合理布局、布線和焊盤，更要考慮到設計中的抗干擾和可靠性措施。

一、抑制干擾源，直接消除干擾

（一）慎重選用器件。選用器件時需注意元器件的老化問題，并挑選熱溫度系數小的器件。對高頻電路，應選用適宜的芯片，以減少電路輻射。在選擇邏輯器件時，要充分考慮其噪聲容限指標，最好用HTL型兼顧功耗，且VDD≧15V的CMOS為宜。

（二）合理安排元器件位置。首先，把整機電路按照功能分成若干個電路單元，按照電路的流程安排各個電路單元的位置，使信號流通更加順暢，并使信號盡可能保持方向一致：信號從左邊輸入、從右邊輸出，或從上邊輸入、從下邊輸出；其次，以每個功能電路的核心元件為中心，圍繞它來進行布局。與輸入、輸出端直接相連的元件應當放在靠近輸入、輸出接插件或連接器的地方，元器件應均勻、整齊、緊湊地排列在PCB上，盡量減少和縮短各元器件之間的引線和連接。強電部分和弱電部分、輸入級和輸出級、數字部分和模擬部分應該分開布局；再次，在高頻下工作的電路，要考慮元器件之間的分布參數和相互間的電磁干擾，對相互可能產生影響或干擾的元件應當盡量分開或采取屏蔽措施，一般電路應盡可能使元器件平行排列；最后，位于電路板邊緣的元器件，離電路板邊緣一般不小于2mm。

（三）使用多層印制電路板。使用多層印制電路板，可以從結構上獲得理想的屏蔽效果。以中間層作為電源線或地線，且電源線被密封在板內，兩面經絕緣處理，流經上下面的開關電流彼此不影響，并將板內層做成大面積的導電區(qū)，各導線面之間有很大的靜電電容，形成阻抗極低的供電線路，可以有效預防輻射和接收噪聲。

二、切斷干擾傳遞途徑

（一）電源、地線處理。電源、地線之間加上去耦電容，根據印制線路板電流的大小，盡量加寬電源、地線寬度，最好是地線比電源線寬，它們的關系是地線>電源線>信號線，通常信號線寬為0.2-0.3mm，電源線為1.2-2.5mm，接地線應在2-3mm以上。目的是減少環(huán)路電阻，同時使電源線、地線的走向和數據傳遞的方向一致，這樣有助于增強抗噪聲能力。用大面積銅層作地線用，在印制板上把沒被用上的地方都與地相連接，作為地線使用，或是做成多層板電源地線各占用一層。

（二）屏蔽干擾。所謂屏蔽干擾是用導電或導磁體的封閉面將其內外兩側空間進行的電磁性隔離。因此，從其一側空間向另一側空間傳輸的電磁能量，由于經過了屏蔽而被抑制到極微量。這種抑制效果稱為屏蔽效能或屏蔽插入衰減，用分貝表示。令空間某點在沒有屏蔽時的場強為EO，設屏蔽后該點的場強為Ei，于是屏蔽效能S為 。屏蔽效能是頻率和材料電磁參數的函數。另外，材料的厚度和屏蔽體的連接對屏蔽效能也有顯著影響。

三、提高敏感器件的抗干擾性能

（一）使用抗干擾器件。用二極管和壓敏電阻等吸收浪涌電壓；用隔離變壓器等隔離電源噪聲；用線路濾波器等濾除一定頻段的干擾信號；用電阻器、電容器、電感器等元件的組合把干擾電壓或電流旁路、吸收、隔離、濾除、去藕等。抗干擾器件運用如果不當，不但不能有效減少干擾，甚至會成為新的干擾源。

（二）正確選用、安裝電容器。鉭電解電容器對低頻效果好，應裝在電源入口處；陶瓷電容器對高頻有效，應裝在各集成電路的近處。安裝電容器時，盡量縮短引線，但不可只求引線短而忽視安裝位置，應將其裝在需要旁路的集成電路的VCC和GND引腳近處，否則，電容器就毫無旁路意義。板上信號導線阻抗不匹配會發(fā)生多次反射噪聲，在線路終端和始端接入阻抗匹配電阻，可消除干擾。當印制導線較長時，線路電感導致減幅振蕩，串入阻尼電阻，可抑制振蕩、增強抗干擾能力和改善波形。

（三）熱設計。首先，從有利于散熱的角度出發(fā)，印制版最好是直立安裝，板與板之間的距離一般不應小于2cm；然后對器件在印制電路板上進行排列時，應考慮按其發(fā)熱量大小及耐熱程度分區(qū)排列，發(fā)熱量小或耐熱性差的器件放在冷卻氣流的入口處最上端，發(fā)熱量大或耐熱性好的器件放在冷卻氣流最下端；對于采用強制空氣冷卻的設備，最好是將集成電路按橫長方式排列；對晶振電路設計考慮恒溫箱和單獨設計；在水平方向上，大功率器件盡量靠近印制板邊沿布置，以便縮短傳熱路徑；在垂直方向上，大功率器件盡量靠近印制板上方布置，以便減少這些器件工作時對其它器件溫度的影響。

四、結語

綜上所述，硬件的可靠性是設備的復雜性函數，為了消除一些特殊的、小概率的干擾，就要采用特殊的、更復雜的硬件抗干擾電路。過多地采用硬件抗干擾措施會明顯提高產品的常規(guī)成本，且硬件數量的增加還會產生新的干擾，導致系統的可靠性下降。所以，應根據設計條件和目標要求，合理采用一些硬件抗干擾措施，提高系統的抗干擾能力。

參考文獻：

[1]凌林玉.印制電路板的抗干擾性設計[J].電子測試，2017，09：93-94.

[2]劉東.淺議印制電路板的抗干擾設計[J].科技創(chuàng)新導報，2014，30：62.endprint