提高印制電路板的抗干擾能力及電磁兼容的措施

廖君 陸云鵬 柯雪麗

衢州順絡電路板有限公司，中國·浙江 衢州 324000

1 引言

不管對于任何電子產品，印制電路板的制作與安裝是十分重要的，在產品中是電路元件和器件的支撐，并且為這兩者之間提供電氣使這兩者相連。隨著時代的發(fā)展，越來越多的電子產品之間需要進行相互協(xié)調工作，所以電子產品內部的印制電路板就容易受到其他電子產品的干擾，為了降低這種干擾，增加電路板的電磁兼容性，必須在印制電路板的設計與安裝過程中充分考慮抗干擾性的問題，提高電路板的抗干擾能力，減少因電磁兼容問題而導致電子產品不能正常工作的情況。如果電路板抗干擾性能力過弱，那么電子設備在相應的電磁環(huán)境中就不能進行正常的運作，相應的也要減少該設備對其他電子設備印制電路板的干擾。只有提高印制電路板這兩方面的性能，才能夠保證電子設備在特殊情況下可以正常運行。

2 抗干擾能力以及電磁兼容性的概述

電子設備進行工作時，是通過發(fā)送電波來維持機械設備的正常運轉，而這些電波會或多或少的對一定范圍內的其他電子設備產生影響，如果說某些電子設備不能夠承受別的設備運行所釋放的電磁波時，就會造成設備故障。如果在一定的電波影響下，該設備還能夠正常運行，這就說明該設備的抗干擾能力和電磁兼容性比較強。隨著科學技術的發(fā)展，越來越多的電子設備代替人工進行工作，很多項目都需要多種電子設備共同工作，所以在該空間內的電磁環(huán)境是比較復雜的，想要設備可以正常運行，就要提高電子設備的抗干擾能力，還要降低該設備在運行過程中所散發(fā)的對其他設備產生影響的電磁波。從這兩方面入手，增加電子設備的使用壽命，提高其工作效率[1]。

3 印制電路板的原理圖設計

在研發(fā)印制電路板的工作中，最重要的過程就是對電路板進行相應的設計，然后根據設計畫出原理圖，一般來說，通常所用的工具為altium designer，通過該工具可以來開展繪畫和設計工作，而且大部分電路板中所需要的元件樣本都能夠在該工具中找到，只有很少的一部分原件無法在圖庫中找到，這可以極大地方便使用者，提高設計者的設計效率。在整個原理圖設計完成以后，研發(fā)者需要對原理圖進行嚴的檢查與測試，對于不合理的地方，及時提出整改措施，只有檢查測試合格，以后才能夠進行電路板的研發(fā)，在研發(fā)過程中一定要按照原理圖的設計來進行，不得私自更改原理圖。另外，該工具還可以將原理圖轉化為PCB圖。但是這個工具還是存在一定缺陷的，對于某些布線的效果，不能滿足具體的情況，仍然需要人力的控制。

4 干擾源的分類以及如何應對干擾

電磁干擾的來源比較廣泛，一般來說通常分為內部干擾和外部干擾，而內部干擾，又包括外部感應產生的噪聲和內部固有的噪聲。外部干擾分為自然噪聲以及人為噪聲，自然噪聲又包括太陽輻射，宇宙射線，地球磁場，雷電以及微弱生物電磁場，而人為噪聲，主要包括各種放電現象，工業(yè)高頻設備，電力輸送線超聲波裝置[2]。

由于大多數的檢測系統(tǒng)的元器件和電路的工作信號比較低，安裝密度大，這些特點讓電子設備對電磁干擾比較敏感，所以經常可以影響設備和系統(tǒng)的正常工作，影響施工的進度。為了使設備能夠在存在一定干擾的環(huán)境中正常工作，就必須使印制板具備一定的抑制電磁干擾的能力，一般來說，通常會從三個方面來抑制電磁的干擾，首先是抑制干擾源，從根本上消除或減弱電磁干擾的影響，從周圍的環(huán)境方面入手，減少整體環(huán)境中的干擾。其次是消除或減弱干擾源和受干擾系統(tǒng)之間的電磁噪聲耦合和輻射，通過切斷干擾源的傳播途徑，或者是提高傳輸路徑對電磁干擾能力的衰減能力，同干擾原的傳播途徑入手，減輕對系統(tǒng)的干擾能力，如圖1。最后是從整個系統(tǒng)本身入手，提高整個系統(tǒng)的抗干擾能力，降低對電磁波等的敏感度。

圖1 干擾源傳播途徑

隨著經濟的發(fā)展，現如今應用的電路的復雜程度越來越高，所需要的處理速度也越來越快，能夠長期有效的抑制電磁噪聲的干擾，是系統(tǒng)可以保持穩(wěn)定的重要保證，為了維持各種電子設備的正常工作，必須采取各種措施。

5 提高系統(tǒng)電磁兼容能力

5.1 電源線處理

在整個印制板中存在著各種不同電壓的電源線，這些電源線會連接到每個芯片上，通過接通電源來促使每個芯片進行工作，如果電源中有噪聲，或者電源不干凈，那么這個噪聲會傳播到每一個芯片中，此時再想減弱噪聲難度比較大?？梢栽陔娫淳€的安裝過程中就排除其中所含有的噪聲或者其他因素，合理安排電源線[3]。

首先，帶電源線布線的時候不同電壓值的電源線要分開，以免因為電壓值不同而對其他的電源線造成影響，如圖2。其次，交流和直流的電源也要分開，形成各自的運行通道，互不干擾。最后在系統(tǒng)的整體運行過程中，由于開關量的變化會引起沖擊電流在電源線中產生較大的電感分量，所以最好在電源線和地線之間跨接一個旁路電容，可以有效減少由于電感分量所產生的電壓噪聲。

圖2 不同電壓電源線

5.2 印制板的布線原則

在印制板上導線條的形狀應該取決于邏輯電路的工作速度，如果邏輯電路的工作速度低于ttl的速度，那么對于導線條的形狀沒有特別的要求，如果邏輯電路的工作速度過高，應該把原有的90°的導線改為45°，有利于減少發(fā)生反射干擾；不能在印制板上留下空白銅箔，如果在硬紙板上存在沒有用完的空白銅箔，應該想辦法讓他們接地，因為空白的桐柏可以當做發(fā)射天線或接受天線，可以接受外界環(huán)境中的電磁波，或者向外界發(fā)出干擾性的電磁波；有些印制板是需要雙面布線的，在這些印制板中，應該是兩面線條垂直交叉，減少磁場的耦合，有利于抑制干擾；導線間的距離要盡量放大，如果說設備發(fā)送信號的頻率比較大的話，那么導線間的距離一定要隨之擴大，只有這樣才能降低導線之間分布電容的影響，減少導線之間的互相干擾；在高壓電和低壓電以及大電流線路和小電流線路進行布局時，應該讓他們之間相互躲避，高壓電和大電流線路很容易對低壓電和小電流線路造成干擾，在進行線路鋪設過程中，盡量讓兩者之間遠離，并采取一定的屏蔽措施；在進行電線布局時，應當盡量避免平行走線，如果在許多不得不進行平行走線的地方，可以在兩條線路中間加一條隔離走線，能注意的是這條隔離走線，必須接地；在印制板上，比較容易受到干擾的線路，應當盡量避免與其他容易發(fā)出干擾的線路相接觸，避免他們之間平行走線，并在他們中間采取一定的隔離措施，比如說可以設置一根地線；所有的線路應當盡量沿著直流地鋪設，減少交流地布設，可以有效減少干擾；在一些線路無法排列，或者只有繞大圈才能走通的情況下，可以直接采用飛線連接，或者阻容元件引線直接跨接；要合理妥善的安裝印制板以外信號傳輸線，可以有效地抑制噪聲的影響，應當注意信號線之間所形成的環(huán)路面積要求要遵循原則，主要的信號線應當即在中央避免分散。

6 去耦電容的布置

為了抑制電位差，需要在各集成器件的電源線和地線間分別接入去耦電容，降低電阻，這項工作在印制板的設計中是一項十分常見的工作，對于去耦電源的布置有多種方法，應該根據普通的電位差以及其他因素來布置去耦電容。

6.1 電源去耦的概述

電源去耦是指在地線與電源線之間連接去耦電容，一般來說，有兩種電容，一個為大容量的電解電容和一個為非電解電容，筆者通過把干擾分解成高頻干擾和低頻干擾兩部分，然后針對不同的干擾安裝不同的電解電容，用大電容去掉低頻干擾，用小電容去掉高頻干擾。而不同的去耦電容制作的原料也是不一樣的，低頻的去耦電容大部分都是鋁電容，高頻的去耦電容大部分都是采用云母或者陶瓷電容，這就導致他們的用途不一樣，要針對不同的情況采用不同的去耦電容，準確測算干擾的頻率。

6.2 集成芯片去耦

按照相關要求，每一個集成芯片都要安裝一個陶瓷的電容，但是有時候也會遇到印制板容積不足，沒有空隙安裝電容的情況，這時可以將芯片分組，每組大約有四到十個芯片，這一組芯片共用一個電容，但是要注意此時所用的電容材質多為鋁制電容，電容的功率也要相應增大，才能保證有足夠的抗干擾能力。另外要根據不同的器械和系統(tǒng)的特點，確定芯片去耦電容安裝的位置，以確保去耦電容能發(fā)揮它最大的作用。

在進行電容安裝時，要盡量縮短電容器的引線，要確保印制板的孔距與電容器的引線間距相符合，此時電容器的引線是最短的，不僅可以節(jié)約材料，還可以避免因為引線過長而對周圍其他電路產生的干擾。

一定要將電容安裝到正確位置，一般來說電容器一般安裝在芯片的Vcc處和GND線，如果安裝位置不對，就無法起到抗干擾的作用，還會產生新的干擾。

7 電源線及地線的設計

7.1 地線寬度的設計

地線越粗，在印制板上可以通過的電流就可以越大，地線越粗對導線電阻的降低作用就會越大，因此在現實情況允許的條件下，盡可能加粗地線的寬度，一般來說，地線的寬度大約在2mm～3mm，在這個寬度下，印制板上可以承受的電流就可以滿足大多數器械和系統(tǒng)的需要，也不會受到太多的干擾。

7.2 地線構成閉環(huán)路

目前最常用的地線形狀為閉環(huán)路和梳子狀，早些年，大部分地線都是梳子狀的，但是它的抗干擾能力比較弱，相對來說，閉環(huán)路才能更大程度上降低路線的抗阻，還可以縮短線路的環(huán)路，減少干擾。但是在閉環(huán)路構建時，環(huán)路的面積越小它的抗干擾能力就越強。

7.3 印刷電路板分區(qū)集中并聯一點接地

通常情況下，一個印刷版上會分有好幾個功能區(qū)，為了達到更高的抗干擾效果，也為了讓印刷版更加整潔，可以把同一功能的元件集中在一點接地，這樣就避免了地線中的電流流到別的功能區(qū)，對別的線路造成干擾，另外還可以將各功能區(qū)的接地塊與主機的電源地相連接，為了減少阻抗，地線和電源線都要用采用大面積匯流排，并且要盡量加粗地線。

7.4 在高頻工作時印制板應該如何接地

在很多情況下，印制板都要進行高頻工作，所發(fā)出的高頻數字信號會對周圍的空間內產生干擾，為了抑制這些干擾可以相應的加粗地線，來降低干擾對地的阻抗。另外還可以采取滿接地的方式，在印制板上除了要發(fā)送信號的元件外，在所有沒被元件占領的面積全部作為接地線，可以在很大程度上減少阻抗。在一些工作頻率很大的印制板上安裝接地板，擴大接地面積，應該選取鋁板或者鐵板作為接地板，可以更好的導電。為了加強抗干擾能力還可以安裝兩塊接地板，把印制板夾在兩塊接地板中間，形成一個很好的隔離效果，在安裝時要注意，盡量縮小接地板和印刷板之間的縫隙，最大程度上降低噪聲的干擾，其次接地板必須連接信號地端，并尋找合適的接地點，否則將達不到一個好的抗干擾效果。

7.5 電源線的設置

在電源線進行設置時除了要注意根據電流的大小盡量加粗地線的寬度，還要讓電源線，地線的走向與數據線的傳輸方向保持一致，也可以在很大程度上提高抗干擾能力。

8 存儲器的布線

在印刷板配置的存儲器抗干擾能力比較弱，在對其進行開關時電流變化比較大，而且運行功率很高，為了防止外界對它的干擾。首先，可以盡量縮短各種電線的長度，而且要保證各種線的布線方向保持一致，如數據線，控制線等，采取相同的布線方式，所產生的阻抗就會比較一致，可以采取相同的方式進行來降低干擾。其次，為了解決開關所帶來的干擾可以在開關處接入去耦電容。另外可以通過加粗地線和電源線的方式，增大可以承受的電流大小，還要保證走線盡量短，可以防止各線路之間的相互干擾。最后，可以在存儲器上安裝一個上拉的電阻，來提高對噪聲的容限，這也是一種最常見的方式。

9 結語

印制板的整體運行功能決定了整個設備或者系統(tǒng)的運行效率，而在印制板運行過程中最重要的問題就是要控制干擾，提高印制板中各個元件的電磁兼容能力，通過以上的分析，對于抗干擾能力的提升可以通過多個方面進行，因此在印制板的制作組裝過程中充分運用各種方式來提高抗干擾能力，提升電磁兼容性。