PCB設計中抗干擾技術的相關研究

吳干琴

摘要：本文針對PCB電路板抗干擾設計進行深入分析與研究，明確元器件布局規則以及電路系統產生噪聲干擾的因素，確保整個電路元器件設計符合要求。根據不同干擾問題構建不同電路模型，分別找出發生干擾問題的主要原因，并按照干擾的特點和不同的特性采取有效的解決方案，更好解決PCB設計中抗干擾的問題。

關鍵詞：PCB;設計;抗干擾;技術

一、PCB信號完整性

信號完整性就是要保證在實際信號傳輸中確保符合額定計算機時間順序，電壓和電平數值良好的信號需要確保整個數字信號傳輸符合額定電壓的要求。在信號傳輸中要根據額定數據達成電路，如果信號傳輸中無法響應，那么就會使整個信號的完整性受到干擾，在振蕩電路中能量逐漸消失，這也會造成提前觸發保護電路等異常問題。在PCB板設計中相關的信號完整性具有串擾地盤信號延遲等各種異常情況，其中反射是非常普遍的干擾性。當源和源之間有不匹配的阻抗時，信號線上會有大量的反射現象，部分電壓的反射回源端也會受到影響，屬于欠阻尼狀態的振鈴會影響系統的響應振動效果。重點對整個PCB板設計的反射進行嚴格控制。串擾問題是受到磁場之間的干擾而產生互相耦合引起的干擾問題，在兩條平均線之間的串擾會隨著變化的長度而變大，兩者之間具有正相關的聯系，而且串擾也會隨著兩線之間的距離增加而顯著減小。為了避免串擾現象的發生，可以在布線條件允許的情況下，適當拉開兩線之間的距離，減少平行信號的長度。

二、PCB電磁兼容

PCB作為電子產品中最重要的組成部分，如果受到干擾問題很容易使整個電子設備無法運行，所以要高度重視對電磁兼容，有效解決信號抗干擾的問題。在PCB實際設計中要想解決電磁兼容問題，就必須消除電磁干擾，而電磁干擾會導致元件或PCB走線中的信號顯著降低，PCB完整電子、噪音、電子干擾共有三個基本要素，在電路系統中發生電磁干擾時，需要產生電磁干擾源，其次要有容易受到干擾的敏感設備，或者存在傳輸電磁干擾源的有害電磁能量。PCB設計電磁干擾則需要從這三個因素中快速分析與判斷并有效解決電磁干擾的情況，電磁干擾源也被稱之為噪聲源。干擾耦合分為傳導耦合和輻射耦合，不同干擾源又分為自然干擾源和人工干擾源，按照不同的分類標準，電磁干擾源也可分為不同的類別，自然干擾源指地球內外產生的無控制電磁干擾，包括大氣電磁波、地磁電磁波、摩擦力等人造干擾源的因素非常廣泛，包括工業、醫療、通訊、家庭等多個場景，這些電信干擾源還包括雷達、無線電、廣播等。

三、PCB干擾源的設計原則

在PCB設計中要想提高抗干擾能力，就必須要高度重視對整個電路原理圖轉化為具體產品，明確合理的布局，效果良好的布局也能夠提高電路板系統的整體性能，如果布局不正確，組件的完整性將異常。在PCB組件的正確設計中，如果配置不當，還會發生組件之間的相互干擾，從而導致電路板故障。為了達成預期的工作需求。對整個模擬電路以及加大電流開關等對產生的噪聲電路布局合理分開。通過減少耦合來起到消除干擾源的作用。對于模擬轉換元件可以在模數電路交接處進行控制，對于易受干擾的高頻元件，要盡量拉開一定的距離，并且與相鄰的信號線預防干擾，如果元器件容易發熱，則需要遠離熱敏元件，避免出現誤觸，或者在E發熱元器件下方設置開孔有效散熱，在實際設計中需要對元件變壓器，在不影響其他元件擺放的情況下放置在版面中心，如若出現引腳問題無法確保元件穩固效果，可以預留兩個小孔之后，用扎帶進行捆扎，保證元件的穩固性，還可以對進行有效調節，盡量保證容易操作，在原始布局中，必須盡量避免電路板的邊緣。在實際電路基板制造中，雖然不是獨立制造的，但有很多由多個基板連接的基板表面。在實際生產中PCB板可以實現8連版，這樣就能夠提高生產效率。分開后可以實現大規模生產，如果焊孔或者傳輸距離過大也會造成干擾問題，在不影響電路板具體功能的條件下，要根據元件布置特點進行分析，充分提高元件控制的美觀性、整齊性，而嚴謹的布局，效果可以起到良好的抗干擾作用，也能夠有效降低生產成本。

四、合理布線

在地磁中兩條導線之間會產生明顯的電子感應，所以印刷電路板在布局時要充分考慮元件的布局以及信號布局，通過在印刷電路板中的銅模線采用45度折線的方式，來盡量縮減高頻信號，對周邊元器件造成的干擾，而為了減小全線上信號出現交叉干擾的問題，需要增加線之間的間距，由于電子產業的快速發展，版面集成度也越來越高。所以對于輸變電流可以采用短且寬的走線方式，保證高速電路的地線短且直。而電路板上同時有數字電路和模擬電路時，接線時請盡量分離，不要接近混合線。電路基板上只有數字電路時，需要采用閉合線圈方式，有效減少電阻。

五、PCB電路板抗干擾的設計

（一）PCB熱干擾中抑制

在元器件工作時都會產生大量的熱，如果有大電流功率器件產生熱會影響周邊元器件的溫度，從而影響元器件的運行。如果沒有及時有效消除熱量，會給整個電路的電學性質造成影響。對于發熱器件以及溫度敏感器件的放置應該單獨設置成獨立功能模塊在系統邊緣處要保證良好的散熱效果，對于大功率器件的設計也要靠近系統的邊緣，并且在分布設置中要將發熱器件放置在整板上方，確保整個電路板的影響降至最低，對于溫度敏感器件則應該放置在最低區域內，遠離最大功率器件，保證整個工作環境得到有效控制，對于器件的排序連接需要以空氣散熱為主，通常而言，設備內部要保證對氣流的快速散熱減少功率，對整個系統的溫度干擾。為了抑制微控制器數字元件電路上的高輸出設備的干擾和模擬電路上的數字電路的干擾，數字接地和模擬接地連接時需要使用高頻扼流圈。在公共接地點。是圓筒形的鐵氧體磁性體，軸向有多個孔，粗銅線纏繞12圈。這種設備可以被視為低頻信號的阻抗為零，對高頻信號的干擾可以看作電感器。

（二）PCB設計中共阻抗干擾及抑制

共阻干擾是整個PCB干擾最常見的問題。通常是指兩個回路以上共用一段地線而不同回路電流在共用地線上會產生一定的壓降，當信號頻率小于一赫茲時，布線和器件之間的敏感性會降低，這也會導致接地電路形成強大的干擾，對于同級電路中的接地點，要盡量保證集中，為了避免電磁干擾的情況，可以在t線周邊設置電路板，如果高頻電路中PCB電板上有不同面積的分布，要盡量減少d線的干擾問題，從而有效削弱地線，高頻信號對整個電磁干擾得到有效屏蔽電線過氣也會使整個電位隨電流的變化而不斷變化，確保整個電子設備信號的穩定性降低抗造性能，此外，在模擬地和數字地隔離中要提高數字信號的穩定性，對于地線電平的波動，可能導致整個數字信號發生錯亂而產生各種各樣的噪音，所以對數字地和模擬地需要分別對電源接地連接，通過磁珠或0歐姆電阻實現供地設置。連接印刷電路板以外的信號線時，通常使用屏蔽電纜。高頻信號和數字信號時，屏蔽電纜的兩端必須接地。低頻模擬信號的屏蔽電纜時，需要將一端接地。對干擾和干擾非常敏感的電路，特別是有高頻干擾的電路，必須用金屬罩進行屏蔽。鐵磁屏蔽對500KHz高頻干擾的效果不明顯，薄銅的屏蔽效果更好。使用螺釘固定屏蔽時，請注意不同材料的接觸引起的電位差引起的腐蝕。集成電路的電源和接地之間的去耦電容器有兩個功能。一個是集成電路的能量存儲電容器，另一個是繞過設備的高頻噪聲。

（三）電磁干擾及抑制

電磁干擾是受到電磁效應引起的，因為pcb電路板上的元器件越來越緊密，如果沒有進行優化設計，必然會造成電磁干擾等問題，對于電源布線信號布線的電磁干擾需要采取不同的抑制措施，當電源布線中引起電磁干擾現象，整個系統的電流都會連接到電源線和地線中。電源和地線的布局盡量保證減少電流帶來的壓降還要確保整個電源輸入端并聯入較大的濾波電容起到良好的旁路濾波效果使整個電源保持平穩地線要靠近供電電源母線和信號線因為漏電會產生回路電感，地線靠近也會造成回路的面積減少，電感量縮減，影響了電磁干擾的耦合效果。為了避免出現信號干擾等問題，對于不同的單元電路需要分開設置，例如數字電路和模擬電路，高頻電路和低頻電路需要進行合理布線，而且布線圖形需要保證信號流通的拐角，不小于90度的折線，可以利用屏蔽技術，注重對強電和弱電之間的有效隔離，避免出現串擾的問題，在器件的運用中也要保持合理不能使用過大的電器件而器件抑制安排，需要盡量產生電磁干擾的元器件，保持距離和間隔，對輸入器件與輸出器件，真正做到遠距離提高安全接地的設計效果。

結束語：

硬件可靠性是設備復雜性的函數，因此為了排除特殊的、低概率的干擾，需要采用特殊的、更復雜的硬件抗干擾電路。但是，如果過度使用硬件抗干擾措施，則會大幅增加產品的傳統成本，而硬件數量增加會產生新的干擾，從而降低系統的可靠性。為了提高系統的抗干擾功能，必須根據設計條件和目標要求合理采用硬件抗干擾措施。

參考文獻

[1]陳宇澤， 宋緒勇. PCB設計中的抗干擾技術[J]. 山東工業技術， 2017， 000（016）：183-183.

[2]劉宏琨、黃健、王志立. PCB設計中的抗干擾技術[J]. 電子質量， 2020， No.403（10）：157-161.

南京協辰電子科技有限公司，江蘇南京 210000