[畢業(yè)設(shè)計(jì)精品]印制電路板抗干擾設(shè)計(jì)

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)系 部 微電子工程系 專 業(yè) 電子電路設(shè)計(jì)與工藝 姓 名 學(xué) 號 題 目 印制電路板抗干擾設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)中文摘要題目：印制電路板抗干擾設(shè)計(jì)摘要：在pcb的設(shè)計(jì)中，如果布局不合理，就有可能出現(xiàn)各種干擾，以致合理的原理方案不能實(shí)現(xiàn)，或使整機(jī)性能指標(biāo)下降，甚至在干擾嚴(yán)重時(shí)造成電路板根本無法工作。電磁干擾對電子系統(tǒng)有著危害和影響，結(jié)合pcb設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，包括器件的選擇、元器件的布置、導(dǎo)線的敷設(shè)等等，可得出有效的抗干擾方法和工藝。關(guān)鍵詞：印制電路板 抗干擾 設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文摘要title：the anti-interference design for the p

2、rinted circuit boardabstract: in the designing of pcb，it often comes about some disturb，if the distribution is notproperand consequently，the rational theory cannot be achieved，the perform quotable of the whole systembe decent，and the grave disturb can stop the work of the whole electricboard. there

3、is danger and effect of electromagnetic interference on electronic system. in combination withthe experience of pcb design, we can get effective solutions and techniques of how to be shielded from interference，including the choice of elements, the arrangement of elements, the design of traces and so

4、 on.keywords: printed circuit board anti-interference design目 錄1 引言1.1 考慮pcb尺寸大小1.2 優(yōu)先確定特殊元件的位置1.3 布局方式1.4 電源和接地線處理的基本原則2 布局設(shè)計(jì)2.1 合理布置元器件2.2 妥善敷設(shè)導(dǎo)線2.3 合理布置板間配線3 設(shè)計(jì)和裝配印制電路板時(shí)可采取的抗干擾措施3.1 電磁干擾產(chǎn)生的機(jī)理3.2 抑制噪聲源，直接消除干擾原因3.3 切斷噪聲傳遞途徑結(jié)論致謝參考文獻(xiàn)1 引言protel是設(shè)計(jì)電路原理圖和電路板圖時(shí)普遍使用的開發(fā)工具。在進(jìn)行電路板即pcb設(shè)計(jì)中，把電子元件在一定的制板面積上合理地布局排

5、版是完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重要步驟。為使布局設(shè)計(jì)盡量合理，提高電路板的抗干擾能力，在pcb設(shè)計(jì)中一般考慮以下幾個(gè)方面。1.1 考慮pcb尺寸大小pcb尺寸過大時(shí)，印制線條長，阻抗增加，抗噪聲能力下降，成本也增加；尺寸過小，則散熱不好，且相鄰的銅導(dǎo)線之間容易引起干擾。應(yīng)根據(jù)具體電路需要確定pcb尺寸。一般情況下，要禁止布線層中指定的布線范圍就是電路板的尺寸，電路板的最佳形狀是矩形，長度比為3：2或4：3。1.2 優(yōu)先確定特殊元件的位置所謂特殊元件是指那些從電、磁、熱、機(jī)械強(qiáng)度等幾方面對整機(jī)性能產(chǎn)生影響或根據(jù)操作要求而固定位置的元件。確定特殊元件的位置是pcb布線工藝的一個(gè)重要方面，特殊元件的布局應(yīng)主要注

6、意以下方面：(1)盡可能縮短高頻元器件之間的連線，設(shè)法減少它們的分布參數(shù)和相互問的電磁干擾。易受干擾的元器件不能相互離得太近，輸入和輸出元件應(yīng)盡量遠(yuǎn)離。(2)某些元器件或?qū)Ь€之間可能有較高的電位差，應(yīng)加大它們之間的距離，以免放電引出意外短路。為避免爬電現(xiàn)象的發(fā)生，一般要求2000v電位差之間的銅導(dǎo)線距離應(yīng)該大于2mm。帶高電壓的元器件應(yīng)盡量布置在調(diào)試時(shí)手不易觸及的地方。(3)重量超過15g的元器件、應(yīng)當(dāng)用支架加以固定，然后焊接。那些又大又重、發(fā)熱量多的元器件，不宜裝在印制板上，而應(yīng)裝在整機(jī)的機(jī)箱底板上，且應(yīng)考慮散熱問題，熱敏元件應(yīng)遠(yuǎn)離發(fā)熱元件。(4)對于電位器、可調(diào)電感線圈、可變電容器、微動(dòng)開

7、關(guān)等可調(diào)元件的布局應(yīng)考慮整機(jī)的結(jié)構(gòu)要求。若是機(jī)內(nèi)調(diào)節(jié)，應(yīng)放在印制板上便于調(diào)節(jié)的地方；若是機(jī)外調(diào)節(jié)，其位置要與調(diào)節(jié)旋鈕在機(jī)箱面板上的位置相適應(yīng)，應(yīng)留出印制板定位孔及固定支架所占用的位置。(5)注意發(fā)熱元器件應(yīng)該遠(yuǎn)離熱敏元器件。對于溫度敏感的元件，如晶體管、集成電路和其他熱敏元件、大容量的電解電容器等，不宜放在熱源附近或設(shè)備的上部。電路長期工作引起溫度升高，會影響這些元件的工作狀態(tài)及性能。 1.3 布局方式 采用交互式布局和自動(dòng)布局相結(jié)合的布局方式。布局的方式有兩種：自動(dòng)布局及交互式布局，在自動(dòng)布線之前，可以用交互式預(yù)先對要求比較嚴(yán)格的線進(jìn)行布局，完成對特殊元件的布局以后，對全部元件進(jìn)行布局，主要

8、遵循以下原則：(1)把整機(jī)電路按照功能分成若干個(gè)電路單元，按照電路的流程安排各個(gè)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；(2)以每個(gè)功能電路的核心元件為中心，圍繞它來進(jìn)行布局。與輸入、輸出端直接相連的元件應(yīng)當(dāng)放在靠近輸入、輸出接插件或連接器的地方。元器件應(yīng)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(qiáng)電部分(220v)和弱電部分(直流電源供電)、輸入級和輸出級、數(shù)字部分和模擬部分應(yīng)該分開布局；(3)在高頻下工作的電路，要考慮元器件之間的分布參數(shù)和相互間的電磁干擾。對相互可能產(chǎn)生影響或干擾

9、的元件應(yīng)當(dāng)盡量分開或采取屏蔽措施。一般電路應(yīng)盡可能使元器件平行排列。這樣，不但美觀，而且裝焊容易，易于批量生產(chǎn)；(4)位于電路板邊緣的元器件，離電路板邊緣一般不小于2 mm。1.4 電源和接地線處理的基本原則由于電源、地線的考慮不周到而引起的干擾，會使產(chǎn)品的性能下降，對電源和地的布線采取一些措施降低電源和地線產(chǎn)生的噪聲干擾，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量。方法有如下幾種：(1)電源、地線之間加上去耦電容。單單一個(gè)電源層并不能降低噪聲，因?yàn)?，如果不考慮電流分配，所有系統(tǒng)都可以產(chǎn)生噪聲并引起問題，這樣額外的濾波是需要的。通常在電源輸入的地方放置一個(gè)l10f的旁路電容，在每一個(gè)元器件的電源腳和地線腳之間放置一個(gè)0

10、.010.1f的電容。旁路電容起著濾波器的作用，放置在板上電源和地之間的大電容(10f)是為了濾除板上產(chǎn)生的低頻噪聲(如5060 hz的工頻噪聲)。板上工作的元器件產(chǎn)生的噪聲通常在100mhz或更高的頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生諧振，所以放置在每一個(gè)元器件的電源腳和地線腳之間的旁路電容一般較小(約0.1f)。最好是將電容放在板子的另一面，直接在元件的正下方，如果是表面貼片的電容則更好。(2)盡量加寬電源、地線寬度，最好是地線比電源線寬，它們的關(guān)系是：地線>電源線>信號線，通常信號線寬為：0.20.3mm，最細(xì)寬度可達(dá)0.05007mm，電源線為1.22.5mm，用大面積銅層作地線用，在印制板上把

11、沒被用上的地方都與地相連接作為地線用,做成多層板，電源，地線各占用一層。(3)低頻電路的地應(yīng)盡量采用單點(diǎn)并聯(lián)接地，實(shí)際布線有困難時(shí)可部分串聯(lián)后再并聯(lián)接地。高頻電路宜采用多點(diǎn)串聯(lián)接地，地線應(yīng)短而粗，高頻元件周圍盡量用柵格狀大面積地箔，保證接地線構(gòu)成閉環(huán)路。2 布局設(shè)計(jì)2.1 合理布置元器件pcb 的布局排列并沒有統(tǒng)一固定的模式，但元器件布局不當(dāng)是引發(fā)干擾的重要因素，所以應(yīng)全面考慮電路結(jié)構(gòu)，合理布置板上元器件。首先可根據(jù)元器件布置需要確定印刷電路板的大小和形狀。尺寸過大會使導(dǎo)線過長、增加阻抗、降低噪聲容限；尺寸過小不利于散熱，鄰近導(dǎo)線、器件易發(fā)生感應(yīng)。印刷電路板最經(jīng)濟(jì)的形狀是矩形或正方形，一般應(yīng)避

12、免設(shè)計(jì)成異形，這樣可降低成本。布置元器件原則上是應(yīng)將輸入與輸出部分盡可能地分別布置在板的兩極端；電路中相互關(guān)聯(lián)的元器件盡量靠近，以縮短元件之間的引線；工作頻率接近或工作電平相差大的元器件應(yīng)相距遠(yuǎn)些，以免相互干擾。應(yīng)以功能電路的核心器件為中心，外圍元件圍繞它進(jìn)行布局。通常是以集成電路晶體三極管等元件為核心，然后根據(jù)各自的引腳功能，正確地排列布置外圍元件的方向與位置。對于一些易發(fā)熱的元件，如電源變壓器、大功率三極管、可控硅、大功率電阻等應(yīng)盡量布置在板的邊緣，以利于散熱。對于濕度敏感的元件，如鍺三極管、電解電容器等，應(yīng)盡量遠(yuǎn)離熱源區(qū)。對于一些耐熱性較好的元器件則盡可能設(shè)計(jì)到印刷電路板最熱的區(qū)域內(nèi),我

13、們盡量避免印刷電路板上的導(dǎo)線的交叉，設(shè)法減小它們的分布電容和互相之間的電磁干擾，以提高系統(tǒng)工作的可靠性。元器件的配置和布局應(yīng)有利于設(shè)備的裝配、檢查、調(diào)試與維修。2.2 妥善敷設(shè)導(dǎo)線布線是pcb 設(shè)計(jì)圖形化的關(guān)鍵階段，設(shè)計(jì)中考慮的諸多因素都應(yīng)在布線中體現(xiàn)出來，合理布線可使pcb 獲得最佳性能。銅箔導(dǎo)線的布局及相鄰導(dǎo)線間的串?dāng)_等決定pcb 的抗干擾度。嚴(yán)格地講，應(yīng)根據(jù)電路要求的電流強(qiáng)度、壓降、擊穿電壓、分布電容等多項(xiàng)指標(biāo)來進(jìn)行核算，核算無誤后，應(yīng)略留余地，其設(shè)計(jì)才算初步完成。但在業(yè)余制作情況下，對于一些與安全無關(guān)或不緊要的電子裝置，也可以將上述條件放松，但應(yīng)盡量遵循以下原則: (1)布線密度在綜合

14、結(jié)構(gòu)及電性能要求合理選取，力求布線簡單，粗細(xì)均勻，在同一導(dǎo)線上不應(yīng)出現(xiàn)突然由粗變細(xì)或由細(xì)變粗的現(xiàn)象；導(dǎo)線最小寬度和間距一般不小于0.2mm，布線密度允許時(shí)，適當(dāng)加寬導(dǎo)線及其間距。 (2)主要信號線最好匯集于板中央，力求靠近地線，或用地線包圍，各類信號走線不能形成環(huán)路，地線也不能形成電流環(huán)路；盡量避免長距離平行布線，電路中電氣互連點(diǎn)間布線力求最短；對高頻電路布線的引線最好采用全直線，需要轉(zhuǎn)折，可用45度折線或圓弧轉(zhuǎn)折，滿足這一要求可以減少高頻信號對外的發(fā)射和相互間的耦合。高頻電路布線還要注意信號線近距離平行走線所引入的“交叉干擾”，若無法避免平行分布，可在平行信號線的反面布置大面積“地”來大幅度

15、減少干擾。這樣既能起到屏蔽作用，又可使高頻回路具有較小的電感。 (3)同一層內(nèi)的平行走線幾乎無法避免，但是在相鄰的兩個(gè)層，走線的方向務(wù)必取為相互垂直、斜交或彎曲走線，以減小寄生耦合，這在protel中不難辦到但卻容易被忽視。 (4)妥善布設(shè)與外相連信號線，盡量縮短輸入引線，提高輸入端阻抗。模擬信號輸入線最好加以屏蔽，當(dāng)板上同時(shí)有模擬、數(shù)字量時(shí)，宜將二者地線隔離，以免相互干擾。 (5)妥善處理邏輯器件多余輸入端，閑置不用的門電路輸出端不要懸空；閑置不用的運(yùn)放正輸入端要接地，負(fù)輸入端接輸出端；計(jì)數(shù)器、寄存器和d觸發(fā)器等空閑置位/復(fù)位端，經(jīng)上拉電阻接vcc；觸發(fā)器多余輸入端必須接地。2.3 合理布置

16、板間配線印制電路板聯(lián)裝后，應(yīng)認(rèn)真檢查和調(diào)整，對板間配線進(jìn)行合理安排，解決設(shè)計(jì)中遺留的不妥之處。首先要注意板間信號線應(yīng)越短越好，且不宜靠近電力線，或兩者相互垂直配線，以減少靜電感應(yīng)、漏電流的影響，必要時(shí)采取適宜的屏蔽措施。妥善配置板間接地線，采用“一點(diǎn)接地”方式，切忌使用串聯(lián)型接地，以避免出現(xiàn)電位差。地線電位差會降低設(shè)備抗干擾度，是出現(xiàn)誤動(dòng)作的原因之一。其次，應(yīng)注意遠(yuǎn)距離傳送的輸入輸出信號應(yīng)有良好的屏蔽保護(hù)，屏蔽線與地應(yīng)遵循一端接地原則，且僅將易受干擾端屏蔽層接地，以保證柜體電位與傳輸電纜地電位一致。當(dāng)用扁平電纜傳輸多種電平信號時(shí)，以閑置導(dǎo)線將各種電平信號線分開，并將該閑置導(dǎo)線接地。扁平電纜力求

17、貼近地底板，若串?dāng)_嚴(yán)重，可采用雙絞線結(jié)構(gòu)的信號電纜。3 設(shè)計(jì)和裝配印制電路板時(shí)可采取的抗干擾措施3.1 電磁干擾產(chǎn)生的機(jī)理電磁干擾(emi)是指任何可能引起設(shè)備、裝置或系統(tǒng)性能降低或者對有生命或者無生命物質(zhì)產(chǎn)生損害作用的電磁現(xiàn)象。產(chǎn)生電磁干擾需要三要素:(1)干擾源，指產(chǎn)生干擾的元件、設(shè)備或信號，用數(shù)學(xué)語言描述如下：du/dl，di/dt大的地方就是干擾源。如：雷電、繼電器、可控硅、電機(jī)、高頻時(shí)鐘等都可能成為干擾源。(2)傳播路徑，指干擾從干擾源傳播到敏感器件的通路或媒介。典型的干擾傳播路徑是通過導(dǎo)線的傳導(dǎo)(ce)和空削的輻射(re、rs)。(3)敏感器件，指容易被干擾的對象。如：ad、da變

18、換器，單片機(jī)，數(shù)字ic，弱信號放大器等。3.2 抑制噪聲源，直接消除干擾原因3.2.1 減少輻射噪聲印制電路板在工作時(shí)會向外輻射噪聲而成為噪聲源；線路板中信號線經(jīng)接地回路傳送到機(jī)殼，引起諧振，南機(jī)殼向外輻射強(qiáng)烈噪聲；電路板信號經(jīng)過信號電纜向外輻射成為噪聲：電路板本身也直接向外輻射噪聲。為削弱噪聲輻射，常作如下處理：(1)慎重選用器件，選用時(shí)需注意元器件的老化問題，并挑選熱溫度系數(shù)小的器件。對高頻電路，應(yīng)選用適宜的芯片，以減少電路輻射。在選擇邏輯器件時(shí)，要充分考慮其噪聲容限指標(biāo)，最好用htl，若兼顧功耗，則用vdd15v的cmos為宜。(2)使用多層印制電路板，這樣可從結(jié)構(gòu)上獲得理想的屏蔽效果：

19、以中間層作電源線或地線，將電源密封在板內(nèi)。兩面做絕緣處理，可使流經(jīng)上下面的干擾電流彼此不影響；印制板內(nèi)層做成大面積的導(dǎo)電區(qū)，各導(dǎo)線之間有很大的靜電電容，形成阻抗極低的供電線路，可有效預(yù)防電路板輻射和接收噪聲。(3)印制電路較“滿接地”，繪制高額線路扳時(shí)，除盡量加粗接地印制導(dǎo)線外，應(yīng)把電路板上沒被占用的所有面積都作為接地線，使器件更好地就近接地。這樣可以有效降低寄生電感，同時(shí)，大面積的地線能有力減小噪聲輻射。(4)在印制電路板上附加一面或兩面接地板。即用一塊鋁片或鐵片附加在印制電路板的背面(焊接面)，或?qū)⒂≈瓢鍔A在兩塊鋁板或鐵板之間。接地板安裝時(shí)盡量靠近印制板，且務(wù)必將其接在系統(tǒng)信號的(sg)最

20、佳接地點(diǎn)上。此結(jié)構(gòu)實(shí)質(zhì)為簡單易做的“多層”印制板，若想追求更好的抑制效果，可將印制板裝在完全屏蔽的金屬盒中，使其不產(chǎn)生、不響應(yīng)噪聲。3.2.2 合理布置器件印制電路板上器件布局不當(dāng)是引發(fā)下擾的重要因素，所以應(yīng)全面考慮電路結(jié)構(gòu)，合理布置印制板上的器件。首先應(yīng)根據(jù)需要確定印制電路板的大小和形狀，尺寸過太會使印制導(dǎo)線加長，阻抗增大，噪聲容限降低；尺寸過小又不利于散熱，鄰近導(dǎo)線、器件易發(fā)生感應(yīng)。在印制板上布置元器件，原則上應(yīng)將輸入輸出部分分別布置在板的兩端；電路中相互關(guān)聯(lián)的器件應(yīng)盡量靠近，以縮短器件間連接導(dǎo)線的距離；工作頻率接近或工作電平相差大的器件應(yīng)相距遠(yuǎn)些，以免相互干擾。如常用的以單片機(jī)為核心的小

21、型開發(fā)系統(tǒng)電路，在繪制印制板圖形時(shí)。宜將時(shí)鐘發(fā)生器、振蕩器等易產(chǎn)生噪聲的器件相互靠近布置，讓有關(guān)的邏輯電路部分盡量遠(yuǎn)離有關(guān)的邏輯器什。同時(shí)，考慮到電路板在機(jī)柜內(nèi)的安裝方式，最好將rom、ram、功率輸出器件及電源等易發(fā)熱器件布置在板的邊緣或偏e方的部位，以利于散熱。在印制電路板上布置邏輯電路，原則上應(yīng)在輸出端子附近放置高速電路，如光電隔離器等，在稍遠(yuǎn)處放置低速電路和存儲器等，以便處理公共阻抗的耦合、輻射和串?dāng)_等問題，在輸入輸出端放置緩沖器，用于板間信號傳送，可有效防止噪聲干擾。電路板上裝有高壓、大功率器件時(shí)，與低壓、小功率器件應(yīng)保持一定距離，盡量公開布線。在大功率、大電流元器件周圍不宜布設(shè)熱敏

22、器件或運(yùn)算放大器，以免產(chǎn)生感應(yīng)或溫漂。3.3 切斷噪聲傳遞途徑 根據(jù)干擾產(chǎn)生的機(jī)理，噪聲傳遞途徑主要有傳導(dǎo)干擾和輻射干擾。傳導(dǎo)干擾常采用濾波技術(shù)和接地技術(shù)來抑制，輻射干擾常采用屏蔽技術(shù)來抑制干擾。3.3.1 濾波技術(shù)濾波是在頻域上處理電磁噪聲的技術(shù)，為電磁噪聲提供一低阻抗的通路，以達(dá)到抑制電磁干擾的目的。恰當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)或選擇濾波器，并正確地安裝和使用濾波器，可以較好地抑制在pcb上產(chǎn)生的傳導(dǎo)干擾，是抗干擾技術(shù)的重要組成部分。3.3.2 接地技術(shù)印刷電路板上，電源線和地線最重要，克服電磁干擾，最主要的手段就是接地。對于雙面板，地線布置特別講究，通常采用單點(diǎn)接地法，電源和地是從電源的兩端接到印刷線路板上來的，一個(gè)電源接點(diǎn)，一個(gè)地接點(diǎn)。印刷線路板上，要有多個(gè)返回地線，這些都會聚回到電源的那個(gè)接點(diǎn)上，就是所謂單點(diǎn)接地。所謂模擬地、數(shù)字地、大功率器件地分開，是指布線分開，而