基于AltiumDesigner的電路板設(shè)計第6章電路板抗干擾設(shè)計課件

1、第六章 電路板電磁兼容設(shè)計電子系統(tǒng)設(shè)計叢書元器件的識別與選用實用電路分析與應(yīng)用基于Altium Designer的電路板設(shè)計電路板的焊接組裝與調(diào)試 主 講 人：聯(lián)系方式：第六章 電路板電磁兼容設(shè)計6.1 元器件的選擇6.2 電路板的布局6.3 濾波6.4 屏蔽6.5 接地6.6 抗干擾措施選擇6.1 元器件的選擇6.1.1 電阻由于表貼式元件具有低寄生參數(shù)的特點(diǎn)，因此，表貼式電阻總是優(yōu)于引線式電阻。對于引線式電阻，應(yīng)首選碳膜電阻，其次是金屬膜電阻，最后是線繞電阻。由于在相對低的工作頻率下(約MHz數(shù)量級)，金屬膜電阻是主要的寄生元件，因此其適合用于高功率密度和高準(zhǔn)確度的電路中。線繞電阻有很強(qiáng)的

2、電感特性，因此在對頻率敏感的應(yīng)用中不能用它。它最適合用在大功率處理的電路中。在放大器的設(shè)計中，電阻的選擇非常重要。在高頻環(huán)境下，電阻的阻抗會因為電阻的電感效應(yīng)而增加。因此，增益控制電阻的位置應(yīng)該盡可能的靠近放大器電路以減少電路板的電感。6.1 元器件的選擇6.1.1 電阻在上拉/下拉電阻的電路中，晶體管或集成電路的快速切換會增加上升時間。為了減小這個影響，所有的偏置電阻必須盡可能靠近有源器件及它的電源和地，從而減少PCB連線的電感。在穩(wěn)壓(整流)或參考電路中，直流偏置電阻應(yīng)盡可能地靠近有源器件以減輕去耦效應(yīng)(即改善瞬態(tài)響應(yīng)特性)。在RC濾波網(wǎng)絡(luò)中，線繞電阻的寄生電感很容易引起本機(jī)振蕩，所以必須

3、考慮由電阻引起的電感效應(yīng)。鋁電解電容是在絕緣薄層之間以螺旋狀纏繞金屬箔而制成，這樣可在單位體積內(nèi)得到較大的電容值，但也使得這種電容的內(nèi)部感抗較大。鉭電容是由一塊帶直板和引腳連接點(diǎn)的絕緣體制成，其內(nèi)部感抗低于鋁電解電容。陶質(zhì)電容的結(jié)構(gòu)是在陶瓷絕緣體中包含多個平行的金屬片。其主要寄生特性為片結(jié)構(gòu)的感抗特性，而在低于MHz的電路中，體現(xiàn)阻抗特性。不同頻響特性意味著一種類型的電容會比另一種更適合于某種應(yīng)用場合。鋁電解電容和鉭電解電容適用于低頻終端，主要是存儲器和低頻濾波器領(lǐng)域。在中頻范圍內(nèi)(從kHz到MHz)，陶質(zhì)電容比較適合，常用于去耦電路和高頻濾波。特殊的低損耗(通常價格比較貴)陶質(zhì)電容和云母電容

4、適合于甚高頻應(yīng)用和微波電路。6.1 元器件的選擇6.1.2 電容為得到最好的EMC特性，電容具有低的ESR(Equivalent Series Resistance，等效串聯(lián)電阻)值是很重要的，因為它會對信號造成大的衰減，特別是在應(yīng)用頻率接近電容諧振頻率的場合。6.1 元器件的選擇6.1.2 電容電容在PCB的EMC設(shè)計中是使用最為廣泛的器件。電容按功能的不同可以分為三種：去耦（Decouple）：打破系統(tǒng)或電路的端口之間的耦合，以保證正常的操作。旁路（Bypass）：在瞬態(tài)能量產(chǎn)生的地方為其提供一個到地的低阻抗通路。是良好退耦的必備條件之一。儲能（Bulk）：儲能電容可以保證在負(fù)載快速變到最

5、重時電壓不會下跌。6.1 元器件的選擇6.1.2 電容對于去耦電容與旁路電容，在設(shè)計時建議如下：（1）以供應(yīng)商提供的產(chǎn)品資料上的自諧振特性為基礎(chǔ)選擇電容，使之符合設(shè)計的時鐘頻率與噪聲頻率的需要。（2）在所需要的頻率范圍內(nèi)加盡可能多的電容，以達(dá)到需要退耦的水平。（3）在盡可能靠近IC每個電源管腳的地方，至少放一個去耦電容器，以減小寄生阻抗。（4）旁路電容與IC盡可能放在同一個PCB平面上。（5）對于多時鐘系統(tǒng)可以將電源平面進(jìn)行分割，對每一個部分使用一種正確容值的電容器，被狹縫分隔的電源平面將一部分的噪聲與其他部分的敏感器件分隔開來，同時提供了電容值的分離。6.1 元器件的選擇6.1.2 電容（6

6、）對于時鐘頻率在一個較寬的范圍內(nèi)變化的系統(tǒng)，旁路電容的選擇甚為困難。一個較好的解決方法是將兩個容值上接近2:1的電容并聯(lián)放置，這樣做可以提供一個較寬的低阻抗區(qū)，和一個較寬的旁路頻率，這種多退耦電容的方法只在一個單獨(dú)的IC需要一個較寬的旁路頻率范圍而且單個電容無法達(dá)到這一頻帶時才使用。而且，容值必須保持2:1的范圍內(nèi)，以避免阻抗峰值超過可用的范圍。儲能電容的設(shè)計應(yīng)該與去耦電容的設(shè)計區(qū)別開來。有以下設(shè)計建議：（1）當(dāng)單板上具有多種供電電壓時，對一種供電電壓儲能電容仍然只選用一種容值的電容器，一般選用表貼封裝的鉭電容，可以根據(jù)需要選擇l0F、22F、33F等；（2）不同供電電壓的芯片構(gòu)成一個群落，儲

7、能電容在這個群落內(nèi)均勻分布。6.1 元器件的選擇6.1.3 電感電感常分為閉環(huán)電感（磁環(huán)繞制的電感）和開環(huán)電感（磁棒繞制的電感），開環(huán)電感的磁場穿過空氣，引起輻射并帶來電磁干擾(EMI)問題，選擇開環(huán)電感時，繞軸式（“工”字形電感）比棒式或螺線管式更好，因為這樣磁場將被控制在磁芯（即磁體內(nèi)的局部磁場）。閉環(huán)電感的磁場被完全控制在磁芯內(nèi)，因此在電路設(shè)計中這種類型的電感更理想，但價格比較昂貴。電感的磁芯材料主要有兩種類型：鐵和鐵氧體。鐵磁芯電感用于低頻場合（幾十 ），而鐵氧體磁芯電感用于高頻場合（到 ），因此鐵氧體磁芯電感更適合于EMC應(yīng)用。在EMC的特殊應(yīng)用中，有兩類特殊的電感：鐵氧體磁珠和鐵氧

8、體夾。鐵氧體磁珠在高頻范圍的衰減為 ，而直流衰減量很小。鐵氧體夾在高達(dá) 的頻率范圍內(nèi)的共模（CM）和差模（DM）的衰減均可達(dá)到 至 。6.1 元器件的選擇6.1.4 二極管特性EMC應(yīng)用注釋整流二極管大電流；低功耗；響應(yīng)慢無電源肖特基二極管低正向壓降；高電流密度；反向恢復(fù)時間短快速瞬態(tài)信號和尖脈沖保護(hù)開關(guān)式電源齊納二極管反向模式工作；快速反向電壓過渡；用于鉗位正向電壓；ESD保護(hù)；過電壓保護(hù)；低電容高數(shù)據(jù)率信號保護(hù)-發(fā)光二極管(LED)正向工作模式；不受EMC影響。無當(dāng)LED安裝在遠(yuǎn)離PCB外的面板上作為發(fā)光指示時會產(chǎn)生輻射瞬態(tài)電壓抑制二極管(TVS)類似齊納二極管的雪崩模式；鉗位正向和負(fù)向瞬

9、態(tài)過渡電壓ESD保護(hù)；過正、負(fù)電壓保護(hù)-6.1 元器件的選擇6.1.5 集成芯片現(xiàn)代數(shù)字集成芯片（IC）主要使用CMOS工藝制造。CMOS器件的靜態(tài)功耗很低，但是在高速開關(guān)的情況下，CMOS器件需要電源提供瞬時功率，高速CMOS器件的動態(tài)功率要求超過同類雙極性器件。因此必須對這些器件加去耦電容以滿足瞬時功率要求?，F(xiàn)代集成芯片有多種封裝結(jié)構(gòu)，對于分立元件，引腳越短，EMI問題越小。因為表貼器件有更小的安裝面積和更低的安裝位置，因此有更好的EMC性能，因此應(yīng)首選表貼元件，甚至直接在PCB板上安裝裸片。IC的引腳排列也會影響EMC性能。電源線從模塊中心連到IC引腳的距離越短，它的等效電感越少。因此V

10、CC與GND之間的去耦電容越近越有效。6.1 元器件的選擇6.1.6 微控制器當(dāng)前，許多IC生產(chǎn)商不斷地減小微控制器的尺寸以達(dá)到在單位硅片上增加更多部件的目的。通常減小尺寸會使晶體管工作速度更快。這樣一來，雖然MCU的時鐘速率無法增加，但是上升和下降速度會增加，從而諧波分量使得頻率值上升。許多情況下，減小微控制器尺寸無法通知給用戶，這樣最初時電路中的MCU是正常的，但以后在產(chǎn)品生命周期中的某個時間就可能出現(xiàn)EMC問題。對此最好的解決方法就是在開始設(shè)計電路時就設(shè)計一個較穩(wěn)健的電路。許多實時應(yīng)用系統(tǒng)都需要高速M(fèi)CU，設(shè)計者一定要認(rèn)真對待其電路設(shè)計和PCB布線以減少潛在的EMC問題。MCU需要的電源

11、功率隨著其處理功率的增加而增加。讓供給電路(比如校準(zhǔn)電路)靠近微控制器是不難辦到的，再用一個獨(dú)立的電容就可以減少直流電源對其它電路的影響。MCU通常有一個片上振蕩器，它用自己的晶體或諧振器連接，從而避免使用其他時鐘給MCU提供時鐘信號，因為時鐘信號長距離傳輸會對其他部分電路產(chǎn)生噪聲輻射。4.1 創(chuàng)建元件封裝庫6.2 電路板的布局6.2.1 單層電路板圖6-2-1 電磁爐電路板4.1 創(chuàng)建元件封裝庫6.2 電路板的布局6.2.1 單層電路板除了需要考慮布局外，在單層板設(shè)計時還需注意以下幾點(diǎn)：（1）電路板只有一面走線，在信號處理與控制部分電路中，由于走線較復(fù)雜，可能無法簡單的以最短距離布線，有的走

12、線可能需要繞一段距離才能布開，但不建議繞得過長，如過長，可使用飛線。（2）飛線的數(shù)目不可過多，當(dāng)達(dá)到一定數(shù)量時，請使用雙層電路板布線。（3）由于單層電路板引腳插孔中沒有過孔焊盤，故在設(shè)計引腳插孔時，將插孔略大于引腳線徑即可，不可過大，在雙層或多層板時，引腳插孔過大影響不大，這是因為在焊接時，由于存在過孔焊盤，焊錫會將過孔焊盤填滿，焊好后，元件不會晃動或脫落，而單層板沒有過孔焊盤，引腳插孔過大，在焊接時可能無法使引腳與焊盤掛錫，即使可以掛錫，焊好后，元件也容易晃動或脫落。4.1 創(chuàng)建元件封裝庫6.2 電路板的布局6.2.1 單層電路板（4）為了提高焊接元件的可靠性，請有意識將插腳元件焊盤設(shè)計得大

13、點(diǎn)，這樣在焊接時，元件引腳的焊點(diǎn)較大，焊好后，元件不易晃動，提高元件的穩(wěn)定度和可靠性。（5）由于單面走線，焊盤與電路板的附著力較差，建議使淚滴焊盤。（6）使用貼片元件時，如果又使用插腳元件，這時貼片元件必然設(shè)計在走線層，則在自動貼裝時需要增加點(diǎn)膠工序，使貼片膠粘在電路板上，在波峰焊焊接引線式元件時，貼片元件不會因為引腳焊錫熔化而脫落，但是，增加這一步必然會增加焊接成本。4.1 創(chuàng)建元件封裝庫6.2 電路板的布局6.2.2 雙層電路板圖6-2-2 電機(jī)驅(qū)動電路板4.1 創(chuàng)建元件封裝庫6.2 電路板的布局6.2.2 雙層電路板雙層板設(shè)計一般還需考慮的問題總結(jié)如下，其他層電路亦可參考：（1）將電磁干

14、擾比較大的功率元件放置在電路板的邊緣，遠(yuǎn)離其他元件，在可能的情況下使用金屬殼將其屏蔽。（2）將電磁繼電器類容易在工作瞬間產(chǎn)生大的電磁脈沖的元件遠(yuǎn)離邏輯控制元件，特別是MCU類程序控制元件，防止因瞬間電磁干擾導(dǎo)致程序異常。（3）區(qū)域分割，不同功能種類的電路應(yīng)該位于不同的區(qū)域，如對數(shù)字電路、模擬電路、接口電路、時鐘、電源等進(jìn)行分區(qū)。（4）將電路布局按照工作速度區(qū)分開，將高速電路放置在電路板邊緣，遠(yuǎn)離小信號、低速元件和接口元件，如圖6-2-3所示。4.1 創(chuàng)建元件封裝庫6.2 電路板的布局6.2.2 雙層電路板（5）數(shù)、模轉(zhuǎn)換電路應(yīng)布放在數(shù)字電路區(qū)域和模擬電路區(qū)域的交接處。（6）時鐘電路、高速電路、

15、存儲器電路應(yīng)布放在電路板最靠近里邊(遠(yuǎn)離拉手條)的位置。低頻I/O電路和模擬I/O電路應(yīng)靠近HEAD頭布放。圖6-2-3 不同速度電路的布局4.1 創(chuàng)建元件封裝庫6.2 電路板的布局6.2.2 雙層電路板（7）小信號的走線不可經(jīng)過高速電路布線區(qū)，微弱信號的走線更需要仔細(xì)考慮，防止其他信號走線對其影響。（8）對于某些電路網(wǎng)絡(luò)，需要采用放射狀走線(Starburst)，用于保證不同節(jié)點(diǎn)之間相互不影響。（9）對于輸出濾波電容，走線的優(yōu)劣如圖6-2-4所示。圖6-2-4 濾波電容布線4.1 創(chuàng)建元件封裝庫6.2 電路板的布局6.2.2 雙層電路板（10）對于高頻旁路電容，走線的優(yōu)劣如圖6-2-5所示（

16、這里假定走線連接電路板的內(nèi)層），該項用于多層板。圖6-2-5 高頻旁路電容布線4.1 創(chuàng)建元件封裝庫6.2 電路板的布局6.2.2 雙層電路板（11）微弱信號走線和小信號走線應(yīng)盡可能的短，放大后再經(jīng)過數(shù)字化處理后的信號走線可適當(dāng)變長。（12）高頻數(shù)字邏輯信號線需考慮對外輻射問題，同組邏輯線需盡量等長；低頻數(shù)字邏輯信號走線可較長，且一般不考慮等長問題。（13）差分信號線需采用差分對布線規(guī)則，且走線不可過長。（14）功率走線盡可能的寬，且盡量的短，功率電流與地的匯集點(diǎn)盡量靠近大儲能電容的負(fù)極，同樣，功率電流與電源的匯集點(diǎn)盡量靠近大儲能電容的正極，且需考慮功率器件開關(guān)工作時儲能電容的紋波大小。4.1

17、 創(chuàng)建元件封裝庫6.2 電路板的布局6.2.2 雙層電路板（15）應(yīng)該采用基于信號流的布局，使關(guān)鍵信號和高頻信號的連線最短，而不是首先考慮電路板的整齊、美觀。（16）功率放大與控制驅(qū)動部分遠(yuǎn)離屏蔽體的局部開孔，并盡快離開本板。（17）晶振、晶體等就近放置在IC對應(yīng)引腳邊。（18）基準(zhǔn)電壓源(模擬電壓信號輸入線、A/D變換參考電源)要盡量遠(yuǎn)離數(shù)字信號。4.1 創(chuàng)建元件封裝庫6.2 電路板的布局6.2.3 多層電路板圖6-2-6 信號采集電路板多層電路板在設(shè)計時需要考慮參考平面的問題，電源、地均能作為參考平面，且有一定的屏蔽作用，但相對而言，電源平面具有較高的特性阻抗，與參考電平存在較大的電位差；

18、從屏蔽的角度看，地一般均作了接大地處理，并作為基準(zhǔn)電平參考點(diǎn)，其屏蔽效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于電源平面；故在選擇參考平面時，應(yīng)優(yōu)先選擇地。4.1 創(chuàng)建元件封裝庫6.2 電路板的布局6.2.3 多層電路板當(dāng)電源、地以及信號層數(shù)確定后，它們之間的相對排布位置是電磁兼容設(shè)計時需要考慮的問題。對于多層電路板，在排布時一般需遵循以下原則：（1）元件面下面(第二層)為地平面，提供器件屏蔽層以及為頂層布線提供參考平面；（2）所有信號層盡可能與地平面相鄰；（3）盡量避免兩信號層直接相鄰；（4）主電源盡可能與其對應(yīng)地相鄰；（5）兼顧層壓結(jié)構(gòu)對稱；（6）無相鄰平行布線層；（7）關(guān)鍵信號與地層相鄰，不跨分割區(qū)。1電源層、地層、信

19、號層的相對位置4.1 創(chuàng)建元件封裝庫6.2 電路板的布局6.2.3 多層電路板為了達(dá)到一定的屏蔽效果，有人試圖把電源、地平面放在頂層（TOP層）和底層（BOTTOM層），即采用方案2，該方案為了達(dá)到想要的屏蔽效果，至少存在以下缺陷：（1）電源、地相距過遠(yuǎn)，電源平面阻抗較大；（2）電源、地平面由于元件焊盤等影響，極不完整；（3）由于參考面不完整，信號阻抗不連續(xù)。1電源層、地層、信號層的相對位置圖6-2-7 四層電路板層排布方案4.1 創(chuàng)建元件封裝庫6.2 電路板的布局6.2.3 多層電路板實際上，對于多層板而言，一般大量采用表貼器件，對于器件越來越密的情況下，本方案的電源、地幾乎無法作為完整的參

20、考平面，預(yù)期的屏蔽效果很難實現(xiàn)。方案2使用范圍非常有限，但在個別單板中，方案2有時反而是最佳層設(shè)置方案，應(yīng)根據(jù)具體情況具體分析，不可機(jī)械照搬。對于方案3，它與方案1類似，適用于主要器件在底層（BOTTOM層）布局或關(guān)鍵信號底層布線的情況。1電源層、地層、信號層的相對位置圖6-2-7 四層電路板層排布方案4.1 創(chuàng)建元件封裝庫6.2 電路板的布局6.2.3 多層電路板1電源層、地層、信號層的相對位置表6-2-1 六層電路板層排布方案方案1層（頂層）2層3層4層5層6層（底層）1信號1地信號2信號3電源信號42信號1信號2地電源信號3信號43信號1地1信號2電源地2信號34信號1地1信號2地2電源

21、信號34.1 創(chuàng)建元件封裝庫6.2 電路板的布局6.2.3 多層電路板1電源層、地層、信號層的相對位置表6-2-2 八層電路板層排布方案方案1層2層3層4層5層6層7層8層1信號1地1信號2信號3電源信號4地2信號52信號1地1信號2地2電源信號3地3信號43信號1地1信號2電源1地2信號3電源2信號44信號1地1信號2電源1電源2信號3地3信號45信號1地1電源1信號2信號3地2電源2信號44.1 創(chuàng)建元件封裝庫6.2 電路板的布局6.2.3 多層電路板1電源層、地層、信號層的相對位置表6-2-3 十層電路板層排布方案方案1層2層3層4層5層6層7層8層9層10層1信號1地1信號2信號3地2

22、電源信號4信號5地3信號62信號1地1信號2地2信號3地3電源信號4地4信號53信號1地1信號2電源1信號3地2電源2信號4地3信號54信號1地1信號2地2電源1電源2地3信號3地4信號44.1 創(chuàng)建元件封裝庫6.2 電路板的布局6.2.4 混合信號PCB分區(qū)設(shè)計在設(shè)計之前必須了解電磁兼容(EMC)的兩個基本原則。1盡可能降低電流回路的面積；2系統(tǒng)只采取一個參考面。如果系統(tǒng)存在兩個參考面，就有可能形成一個偶極天線（注：小型偶極天線的輻射大小與線的長度，流過電流的大小、頻率成正比）；而如果信號不能由盡可能小的環(huán)路返回，就有可能形成一個大的環(huán)狀天線（注：大型環(huán)狀天線的輻射大小與環(huán)路面積，流過環(huán)路的

23、電流大小及頻率的平方成正比）。在設(shè)計中應(yīng)該盡量避免。4.1 創(chuàng)建元件封裝庫6.2 電路板的布局6.2.4 混合信號PCB分區(qū)設(shè)計有人建議將混合信號電路板上的數(shù)字地和模擬地分開，這樣能實現(xiàn)數(shù)字地與模擬地之間的隔離。盡管這種方法可行，但是存在很多潛在的問題，在復(fù)雜的大系統(tǒng)中問題尤其突出。一旦跨越分割間隙布線，電磁輻射和信號串?dāng)_會急劇增加。在PCB設(shè)計中最常見的問題就是信號線跨越分割地或電源而產(chǎn)生EMI問題。圖6-2-8 簡單的地線分割4.1 創(chuàng)建元件封裝庫6.2 電路板的布局6.2.4 混合信號PCB分區(qū)設(shè)計圖6-2-8 簡單的地線分割4.1 創(chuàng)建元件封裝庫6.2 電路板的布局6.2.4 混合信號

24、PCB分區(qū)設(shè)計混合信號PCB設(shè)計是一個復(fù)雜的過程，設(shè)計過程要注意以下幾點(diǎn)：（1）將PCB分區(qū)為獨(dú)立的模擬部分和數(shù)字部分；（2）合適的元件布局；（3）A/D轉(zhuǎn)換器跨分區(qū)放置；（4）不要對地進(jìn)行分割，在電路板的模擬部分和數(shù)字部分下面設(shè)統(tǒng)一的地；（5）在電路板的所有層中，數(shù)字信號只能在電路板的數(shù)字部分布線，模擬信號只能在電路板的模擬部分布線；4.1 創(chuàng)建元件封裝庫6.2 電路板的布局6.2.4 混合信號PCB分區(qū)設(shè)計（6）實現(xiàn)模擬部分和數(shù)字部分電路電源分割；（7）布線不能跨越分割電源面之間的間隙；（8）必須跨越分割電源之間間隙的信號線要位于緊鄰大面積地的布線層上；（9）分析返回地電流實際流過的路徑和

25、方式；（10）采用正確的布線規(guī)則。6.3 濾波6.3.1 濾波器件常用的濾波器件有很多種，包括電阻、電感、電容、鐵氧體磁珠等。電阻不能單獨(dú)用來做濾波的用途，它一般與電容結(jié)合起來組成RC濾波網(wǎng)絡(luò)使用。電阻中由于引線電感（ESL）與寄生電容的存在，電阻的高低頻特性有很大的差異，這一點(diǎn)在設(shè)計濾波器時應(yīng)該加以注意。電感中由于引線電阻(ESR)和寄生電容的存在，使電感存在一個自諧振頻率 ，電感在低于 的頻率范圍內(nèi)表現(xiàn)為電感的特性，但在高于 的頻率范圍內(nèi)，則表現(xiàn)為電容的特性。這是在計算濾波器的插入損耗時需要尤其注意的地方。電容是在濾波電路中最為常用的器件，常與電阻、電感配合使用。鐵氧體磁珠也是濾波常用的器

26、件。6.3 濾波6.3.2 濾波電路圖6-3-1 常用EMC濾波電路6.3 濾波6.3.2 濾波電路圖6-3-2 電源EMI濾波器6.3 濾波6.3.2 濾波電路濾波電路在布局布線時必須嚴(yán)格注意如下問題：（1）濾波電路的地應(yīng)該是一個低阻抗的地，同時不同的功能電路之間不能存在共地阻抗；（2）濾波電路的輸入輸出不能相互交叉走線，應(yīng)該加以隔離；（3）在濾波電路的設(shè)計中，同時應(yīng)該注意使信號路徑盡量短、盡量簡潔，盡量減小濾波電容的等效串聯(lián)電感和等效串聯(lián)電阻；（4）接口濾波電路應(yīng)該盡量靠近接插件。6.4 屏蔽圖6-4-1 模塊式屏蔽6.5 接地6.5.1 接地的含義電子設(shè)備的“地”通常有兩種含義：一種是“

27、大地”(安全地)，另一種是參考地（又稱系統(tǒng)基準(zhǔn)地、信號地)。接地就是指在系統(tǒng)與某個電位基準(zhǔn)面之間建立低阻的導(dǎo)電通路?！敖哟蟮亍本褪且缘厍虻碾娢粸榛鶞?zhǔn)，并以大地作為零電位，把電子設(shè)備的金屬外殼、參考地與大地相連接。把接地平面與大地連接，往往是出于以下考慮：（1）提高設(shè)備電路系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性；（2）靜電泄放；（3）為操作人員提供安全保障。6.5 接地6.5.2 接地分類通常采用的接地方式有：浮地、單點(diǎn)接地、多點(diǎn)接地以及混合接地。（1）浮地是指設(shè)備地線系統(tǒng)在電氣上與大地絕緣的一種接地方式。它的目的是將電路(或設(shè)備)與公共地，或可能引起環(huán)流的公共導(dǎo)線隔離開來，為了消除靜電積累的影響，需要在設(shè)備與大地之

28、間接進(jìn)一個阻值很大的泄放電阻。由于浮地自身的一些弱點(diǎn)，不太適合于一般的大系統(tǒng)中，其接地方式很少采用。（2）電路在低頻工作時(即地線長度小于工作頻率的/20時)一般采用單點(diǎn)接地；（3）地線長度大于0.15時，采用多點(diǎn)接地；（4）對于工作頻率范圍很寬的電路，考慮采用混合接地；（5）對于射頻電路接地，要求接地線盡量要短或者大面積接地。6.5 接地6.5.2 接地分類1單點(diǎn)接地圖6-5-1 單點(diǎn)接地6.5 接地6.5.2 接地分類2多點(diǎn)接地多點(diǎn)接地是指設(shè)備中各個接地點(diǎn)都直接接到距它最近的接地平面上，以使接地引線的長度最短。接地線要短而直，禁止交叉重疊。減少公共地阻抗所產(chǎn)生的干擾。多點(diǎn)接地電路結(jié)構(gòu)簡單，

29、接地線上可能出現(xiàn)的高頻駐波現(xiàn)象顯著減少，適用于工作頻率較高的(10MHz)場合。但多點(diǎn)接地可能會導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)部形成許多接地環(huán)路，從而降低設(shè)備對外界電磁場的抵御能力。在多點(diǎn)接地的情況下，要注意地線環(huán)路問題，尤其是不同的模塊、設(shè)備之間組網(wǎng)時。理想地線應(yīng)是一個零電位、零阻抗的物理實體。但實際的地線本身既有電阻分量又有電抗分量，當(dāng)有電流通過該地線時，就要產(chǎn)生電壓降。地線會與其他連線(信號、電源線等)構(gòu)成回路，當(dāng)時變電磁場耦合到該回路時，就在地回路中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，并由地回路耦合到負(fù)載，構(gòu)成潛在的EMI威脅。6.5 接地6.5.2 接地分類3大面積接地為減少地平面的阻抗，達(dá)到良好的接地效果，要遵守以下規(guī)則

30、：（1）射頻PCB的接地要求大面積接地；（2）在微帶印制電路中，底面為接地面，必須確保完整的地平面；（3）由于集膚效應(yīng)的存在，可將地平面鍍金或鍍銀，提高導(dǎo)電性能，以降低地線阻抗；（4）使用緊固螺釘，使其與屏蔽腔的腔體緊密結(jié)合。6.5 接地6.5.2 接地分類4射頻器件接地表貼射頻器件和濾波電容需要接地時，為減小器件接地電感，要求：（1）每個焊盤至少要有兩根花盤腳接鋪地銅皮；如果工藝上允許，則采用全接觸方式接地。（2）用至少兩個金屬化過孔在器件管腳旁就近接地；（3）增大過孔孔徑和并聯(lián)若干過孔；（4）有些元件的底部是接地的金屬殼，要在元件的投影區(qū)內(nèi)加一些接地孔，表面層的投影區(qū)內(nèi)沒有綠油。6.5 接地6.5.2 接地分類5接地方式的一般選取原則對于給定的設(shè)備或系統(tǒng)，在所關(guān)心的最高頻率(對應(yīng)波長為)上，當(dāng)傳輸線的長度L，則視為高頻電路，反之，則視為低頻電路。根據(jù)經(jīng)驗法則，對于低于1MHz的電路，采用單點(diǎn)接地較好；對于高于10MHz，則采用多點(diǎn)接地為佳。對于介于兩者之間的頻率而言，只要最長傳輸線的長度L小于/20，則可采用單點(diǎn)接地以避免公共阻抗耦合。對于接地的一般選取原則如下：（l）低頻電路(10MHz)，建議采用多點(diǎn)接地；（3）高低