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印刷電路闆(PCB)開發技術中的電磁的兼容性

發布時間:2018-04-20 熱度:

印刷電路闆(PCB)開發技術中的電磁的兼容性


  電磁兼容性(EMC, Electromagnetic Compatibility)是指電子設備在各種電磁環境中仍能夠協調、有效地進行工作的能力。電磁兼容性設計的目的是使電子設備既能抑制各種外來的幹擾,使電子設備在特定的電磁環境中能夠正常工作,同時又能減少電子設備本身對其它電子設備的電磁幹擾。印刷電路闆(PCB)設計中的電磁兼容性涉及多方面因數,以下主要從三大部分加以闡述,具體選擇要綜合各方面因數。

  一 印刷電路闆整體布局及器件布置

  1.一個産品的成功與否,一是要注重内在質量,二是兼顧整體的美觀,兩者都較完美才能認為該産品是成功的;在一個PCB闆上,元件的布局要求要均衡,疏密有序,不能頭重腳輕或一頭沉,過孔要盡量少;電路闆的最佳形狀為矩形。長寬比為3:2或4:3;4 層闆比雙面闆噪聲低20dB.6層闆比4層闆噪聲低10dB.經濟條件允許時盡量用多層闆。

  2.電路闆一般分模拟電路區(怕幹擾),數字電路區(怕幹擾、又産生幹擾),功率驅動區(幹擾源),故步闆時要合理地分成三區。

  3.器件一般選擇功耗低,穩定性好的器件,而且盡量少用高速器件。

  4.線條有講究:有條件做寬的線決不做細;高壓及高頻線應園滑,不得有尖銳的倒角,拐彎也不得采用直角。地線應盡量寬,最好使用大面積敷銅,這對接地點問題有相當大的改善。

  5.外時鐘是高頻的噪聲源,除能引起對本應用系統的幹擾之外,還可能産生對外界的幹擾,使電磁兼容檢測不能達标。在對系統可靠性要求很高的應用系統中,選用頻率低的單片機是降低系統噪聲的原則之一。以8051單片機為例,最短指令周期1?s時,外時鐘是12MHz.而同樣速度的Motorola 單片機系統時鐘隻需4MHz,更适合用于工控系統。近年來,一些生産8051兼容單片機的廠商也采用了一些新技術,在不犧牲運算速度的前提下将對外時鐘的需求降至原來的1/3.而Motorola 單片機在新推出的68HC08系列以及其16/32位單片機中普遍采用了内部鎖相環技術,将外部時鐘頻率降至32KHz,而内部總線速度卻提高到8MHz乃至更高。

  6.布線要有合理的走向:如輸入/輸出,交流/直流,強/弱信号,高頻/低頻,高壓/低壓等……,它們的走向應該是呈線形的(或分離),不得相互交融。其目的是防止相互幹擾。最好的走向是按直線,但一般不易實現,最不利的走向是環形。對于是直流,小信号,低電壓PCB設計的要求可以低些。所以“合理”是相對的。上下層之間走線的方向基本垂直。整個闆子的不想要均勻,能不擠的不要擠在一齊。

  7.在器件布置方面與其它邏輯電路一樣,應把相互有關的器件盡量放得靠近些,這樣可以獲得較好的抗噪聲效果。時鐘發生器、晶振和CPU的時鐘輸入端都易産生噪聲,要相互靠近些,特别是晶振下方不要走信号線。易産生噪聲的器件、小電流電路、大電流電路等應盡量遠離邏輯電路,如有可能,應另做電路闆,這一點十分重要。

  二 地線技術SkE安規與電磁兼容網

  1.模拟電路和數字電路在元件布局圖的設計和布線方法上有許多相同和不同之處。模拟電路中,由于放大器的存在,由布線産生的極小噪聲電壓,都會引起輸出信号的嚴重失真,在數字電路中,TTL噪聲容限為0.4V~0.6V,CMOS噪聲容限為Vcc的0.3~0.45倍,故數字電路具有較強的抗幹擾的能力。良好的電源和地總線方式的合理選擇是儀器可靠工作的重要保證,相當多的幹擾源是通過電源和地總線産生的,其中地線引起的噪聲幹擾最大。

  2.數字地與模拟地分開(或一點接地),地線加寬,要根據電流決定線寬,一般來說越粗越好(100mil線經約通過1到2A的電流)。地線>電源線>信号線是線寬的合理選擇。

  3.電源線和地線盡可能靠近,整塊印刷闆上的電源與地要呈“井”字形分布,以便使分布線電流達到均衡。

  4.為減少線間串擾,必要時可增加印刷線條間距離,在其安插一些零伏線作為線間隔離。特别是輸入輸出信号間,三 去耦、濾波、隔離三大技術

  1.去耦、濾波、隔離是硬件抗幹擾常用的三大措施。

  2.電源輸入端跨接10~100uf的電解電容器。如有可能,接100uF以上的更好;原則上每個集成電路芯片都應布置一個0.01pF的瓷片電容,如遇印制闆空隙不夠,可每4~8個芯片布置一個1~10pF的但電容;對于抗噪能力弱、關斷時電源變化大的器件,如RAM、ROM存儲器件,應在芯片的電源線和地線之間直接接入退藕電容;

  3.濾波指各類信号按頻率特性分類并控制它們的方向。常用的有各種低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器。低通濾波器用在接入的交流電源線上,旨在讓50周的交流電順利通過,将其它高頻噪聲導入大地。低通濾波器的配置指标是插入損耗,選擇的低通濾波器插入損耗過低起不到抑制噪聲的作用,而過高的插入損耗會導緻“漏電”,影響系統的人身安全性。高通、帶通濾波器則應根據系統中對信号的處理要求選擇使用。

  4.典型的信号隔離是光電隔離。使用光電隔離器件将單片機的輸入輸出隔離開,一方面使幹擾信号不得進入單片機系統,另一方面單片機系統本身的噪聲也不會以傳導的方式傳播出去。屏蔽則是用來隔離空間輻射的,對噪聲特别大的部件,如開關電源,用金屬盒罩起來,可減少噪聲源對單片機系統的幹擾。對特别怕幹擾的模拟電路,如高靈敏度的弱信号放大電路可屏蔽起來。而重要的是金屬屏蔽本身必須接真正的地SkE安規與電磁兼容網。


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