你的位置:首頁 > EMC安規(guī) > 正文

基于雙面印制板的電磁兼容性設(shè)計

發(fā)布時間:2011-08-02

中心議題:

  • 印制板上單元電路的布局
  • 地線和電源線的布置
  • 信號線的布置
  • 其他電磁兼容性措施


從電子系統(tǒng)電磁兼容性角度出發(fā),詳細(xì)地敘述了雙面印制電路板上的元器件的布局、供電線路和信號線信號線路的布線原則;并對雙面印制板的自動布線進(jìn)行討論。

印制電路板(簡稱印制板)是電子應(yīng)用系統(tǒng)中元器件、電源線和信號線的高度集合體。印制板設(shè)計的好壞對其系統(tǒng)的電磁兼容性的能力有很大的影響,因此印制板的設(shè)計決不單是元器件與線路的簡單布局、排布,只要有意識加強電磁兼容性設(shè)計,才能使其系統(tǒng)的抗干擾能力增強,穩(wěn)定性提高。

對于常用的單片機系統(tǒng),時鐘頻率一般在4~12 MHz,其余的集成電路多為74HC和74LS系列,若采用單面的印制板,很難滿足需要,采用多層的,代價又太大,所以大多采用雙面印制板。使用雙面印制板時,只要充分地考慮了電磁兼容性問題,是可以滿足應(yīng)用方面要求的。

當(dāng)然,單片機系統(tǒng)的電磁兼容性所涉及的問題是方方面面的。本文只就雙面印制板面上單元電路(或元器件)的布局、線路的布置等與電磁兼容性相關(guān)問題進(jìn)行簡要地分析,并相應(yīng)地給出具體措施。

1 印制板上單元電路的布局

雙面印制板上各種單元電路的相互位置,直接影響系統(tǒng)的電磁兼容性。因此對將要使用單元電路的進(jìn)行甄別就顯得很重要。根據(jù)單元電路在使用中對電磁兼容性的敏感程度的不同進(jìn)行分組。分組的目的是為了按組對印制板區(qū)間進(jìn)行分割,讓同組元器件放在一起,以便于在空間上保證各組間的元器件不產(chǎn)生相互干擾。一般按工作速度快慢或電源電壓的等級進(jìn)行分組。

1.1按工作速度的快慢分組布局
單元電路工作頻率越高,速度就越快,信號的頻譜也就越豐富;高頻分量比例越大,對外干擾也就越強??筛鶕?jù)單元電路的工作頻率分為高速電路(如微處理器),中速電路(如顯示處理),低速電路(如接口)和模擬電路(如模擬信號放大器)。多種速度電路在印制板上的布局一般如圖1所示。

1.2按工作電源電壓的等級分組布局
一般說來電源電壓不同,電路的種類往往不同。例如,數(shù)字電路用5v的較多,模擬電路中運算放大器等用12v、15v較多;若用同種電源電壓的電路中仍有數(shù)字與模擬元器件之分,還可以再分組。不同的電源電壓的等級布局如圖2所示。

注意:不能將電源電壓等級不同的元器件交叉重疊,以防止相互串?dāng)_。其元器件分布的合理性如圖3所示。

[page]
2 地線和電源線的布置

從解決電磁兼容性著眼,印制板上的線,以地線最為重要,所以對雙面印制板來說地線要布置得特別合理。

2.1采用分類的地線
地線分類是根據(jù)不同的電源電壓、數(shù)字與模擬、高速與低速和大電流與小電流等分別設(shè)置地線。分類設(shè)地的目的是為了防止其地線阻抗耦合干擾。雙面印制板用軌線作地線,即使軌線較寬,電感量也不能忽略,高頻電流通過時仍有可觀的電壓降,所以一般采用分地方法。所謂的分地,就是在布線時分開,而最后都匯集到直流電源的一點地上。

2.2采用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的地線
對于同類單元電路(或元器件)提高電磁兼容性效果的有效方法是采用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)地線如圖4所示。圖中實線為正面軌線,虛線為反面軌線,實線與虛線相互垂直,交叉點處由金屬化孔連接。這樣電流可以就近回流。圖4中的垂直地線可能給正面布線造成一定困難,可用小型母線來替代,并與電源供電線連結(jié)起來如圖5所示。圖中垂直的寬線條代表小型電流母線,可以裝卸,便于調(diào)度。


2.3供電線應(yīng)與地線配合布置
應(yīng)從兩個方面入手,一是盡可能減少供電線路的特性阻抗;二是減小供電回路面積。

雙面印制板的供電線路是由軌線組成的,為減小供電用軌線對的特性阻抗,供電軌線和地軌線應(yīng)盡可能地寬,并且利用正反面使它們相互平行靠近,若可能的話相互放置對應(yīng)面,使供電環(huán)路面積減小到最低程度。不同的供電環(huán)路不要相互重疊,以便于減小電磁的干擾。

2.4退耦電容的配置
雙面板上采用軌線對供電,除了注意軌線對的走線方式,同時應(yīng)在每片集成電路旁加容量為0.01~0.10 uF的高頻去耦電容,還應(yīng)在印制板連接的電源軌線對引入處加一個高頻去耦電容和一個容量1~10 uF的低頻濾波電容,以進(jìn)一步提高電源去耦濾波的低頻特性。

3 信號線的布置

3.1 不相容的信號應(yīng)相互隔離
高頻與低頻、電流大與電流小、數(shù)字與模擬信號是不相容的。在考慮了不相容元器件的位置后,在信號線的布置上仍應(yīng)該注意它們之間的隔離,以免相互之間產(chǎn)生耦合干擾。一般可采取以下措施:

(1)不相容的信號線應(yīng)相互遠(yuǎn)離,不要平行;分布在正反兩面的信號線應(yīng)相互垂直。以減少線間的電場和磁場的耦合干擾。
(2)高速信號線尤其是時鐘線應(yīng)盡可能地短,必要時可在高速信號線的兩邊加隔離地線。
(3)作為單元電路的輸入、輸出的信號線應(yīng)布置在各自區(qū)域,不要交叉。

3.2盡量減小信號環(huán)路的面積
減小信號環(huán)路面積,減少環(huán)路的重疊,對于大電流環(huán)路抗串?dāng)_尤為重要。在雙面板上,信號線及其回流線應(yīng)該緊靠一起布置,最好每條信號線都有自己的回流線,尤其是直流放大器,否則容易給電路造成干擾。
[page]
4 其它電磁兼容性措施

4.1 走線形狀不要有纏結(jié)和分支或硬拐角。因為那樣可能會破壞導(dǎo)線特性阻抗的一致性或?qū)е路瓷浜彤a(chǎn)生諧波或局部高電壓引起放電現(xiàn)象。一般優(yōu)先選用和避免采用的印制導(dǎo)線形狀,如圖6所示。

4.2在敏感元器件接線端頭和印制板的邊框用地、環(huán)保護(hù)起來,如圖7所示。注意保護(hù)環(huán)不能充當(dāng)電流回線,只能單點接地。

4.3不要在印制板上留下空白的銅皮層。因為它們既可能充當(dāng)發(fā)射天線,也可能充當(dāng)接收天線,必須將它們接地。

4.4 I/O驅(qū)動電路盡可能靠近印制板邊,讓它們盡快地離開印制板。

4.5 閑置不用的門電路輸入、輸出不要懸空;閑置不用的運算放大器同相輸入端要接地,反相輸入端接其輸出。

5 有選擇地使用自動布線

印制板布線大多采用布線軟件來進(jìn)行自動布線,這是造成印制板電磁兼容性能力下降的主要原因。自動布線軟件事先根據(jù)人為規(guī)定方法進(jìn)行布線,其布線的原則大多數(shù)都是充分利用印制板的面積資源,目前尚未見到有判斷識別相鄰件或線相容性能力的自動布線軟件。由于雙面印制板的可用面積資源有限,所以設(shè)計者應(yīng)謹(jǐn)慎使用自動布線,親自參與一部分布線工作。一般手工操作的有:印制板區(qū)域的分割(元器件的布置);地線與供電線的布置;高速信號線的布置(可首批自動布線);敏感器件的線及線端保護(hù)等。

6 結(jié)束語

本文從實用的角度討論了雙面印制電路設(shè)計中的電磁兼容性技術(shù)。根據(jù)我們多年在單片機系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)中的經(jīng)驗,力求從實用的角度出發(fā),給出了雙面印制板設(shè)計中的一些相應(yīng)抗干擾措施。

要采購電線么,點這里了解一下價格!
特別推薦
技術(shù)文章更多>>
技術(shù)白皮書下載更多>>
熱門搜索
?

關(guān)閉

?

關(guān)閉