印刷電路板的抗干擾設(shè)計(jì)原則

admin · 發(fā)表于 2013-8-4 22:24:20

一  電源線布置：
1、根據(jù)電流大小，盡量調(diào)寬導(dǎo)線布線。
2、電源線、地線的走向應(yīng)與資料的傳遞方向一致。
3、在印制板的電源輸入端應(yīng)接上10~100μF 的去耦電容。
二  地線布置：
1、數(shù)字地與模擬地分開(kāi)。
2、接地線應(yīng)盡量加粗，致少能通過(guò)3 倍于印制板上的允許電流，一般應(yīng)達(dá)2~3mm。
3、接地線應(yīng)盡量構(gòu)成死循環(huán)回路，這樣可以減少地線電位差。
三  去耦電容配置：
1、印制板電源輸入端跨接10~100μF 的電解電容，若能大于100μF 則更好。
2、每個(gè)集成芯片的Vcc 和GND之間跨接一個(gè)0.01~0.1 μF 的陶瓷電容。如空間不允許，可為每4~10個(gè)芯
片配置一個(gè)1~10μF 的鉭電容。
3、對(duì)抗噪能力弱，關(guān)斷電流變化大的器件，以及ROM、RAM，應(yīng)在Vcc 和GND間接去耦電容。
4、在單片機(jī)復(fù)位端“RESET” 上配以0.01 μF 的去耦電容。
5、去耦電容的引線不能太長(zhǎng)，尤其是高頻旁路電容不能帶引線。
四  器件配置：
1、時(shí)鐘發(fā)生器、晶振和CPU 的時(shí)鐘輸入端應(yīng)盡量靠近且遠(yuǎn)離其它低頻器件。
2、小電流電路和大電流電路盡量遠(yuǎn)離邏輯電路。
3、印制板在機(jī)箱中的位置和方向，應(yīng)保證發(fā)熱量大的器件處在上方。
五  、功率線、交流線和信號(hào)線分開(kāi)走線
功率線、交流線盡量布置在和信號(hào)線不同的板上，否則應(yīng)和信號(hào)線分開(kāi)走線。
六  其它原則：
1、總線加10K 左右的上拉電阻，有利于抗干擾。
2、布線時(shí)各條地址線盡量一樣長(zhǎng)短，且盡量短。
3、PCB 板兩面的線盡量垂直布置，防相互干擾。
4、去耦電容的大小一般取C=1/F，F(xiàn) 為數(shù)據(jù)傳送頻率。
5、不用的管腳通過(guò)上拉電阻（10K 左右）接Vcc，或與使用的管腳并接。
6、發(fā)熱的元器件（如大功率電阻等）應(yīng)避開(kāi)易受溫度影響的器件（如電解電容等）。
7、采用全譯碼比線譯碼具有較強(qiáng)的抗干擾性。
   為扼制大功率器件對(duì)微控制器部分?jǐn)?shù)字元元電路的干擾及數(shù)字電路對(duì)模擬電路的干擾，數(shù)字地`模擬地
在接向公共接地點(diǎn)時(shí)，要用高頻扼流環(huán)。這是一種圓柱形鐵氧體磁性材料，軸向上有幾個(gè)孔，用較粗的銅
線從孔中穿過(guò)，繞上一兩圈, 這種器件對(duì)低頻信號(hào)可以看成阻抗為零, 對(duì)高頻信號(hào)干擾可以看成一個(gè)電感..( 由
于電感的直流電阻較大, 不能用電感作為高頻扼流圈).
   當(dāng)印刷電路板以外的信號(hào)線相連時(shí)，通常采用屏蔽電纜。對(duì)于高頻信號(hào)和數(shù)字信號(hào)，屏蔽電纜的兩端
都接地，低頻模擬信號(hào)用的屏蔽電纜，一端接地為好。
   對(duì)噪聲和干擾非常敏感的電路或高頻噪聲特別嚴(yán)重的電路，應(yīng)該用金屬罩屏蔽起來(lái)。鐵磁屏蔽對(duì)
500KHz 的高頻噪聲效果并不明顯，薄銅皮屏蔽效果要好些。使用鏍絲釘固定屏蔽罩時(shí)，要注意不同材料接
觸時(shí)引起的電位差造成的腐蝕
七  用好去耦電容
   集成電路電源和地之間的去耦電容有兩個(gè)作用：一方面是本集成電路的蓄能電容，另一方面旁路掉該
器件的高頻噪聲。數(shù)字電路中典型的去耦電容值是 0.1μF 。這個(gè)電容的分布電感的典型值是 5μH。0.1μF 的
去耦電容有5μ H 的分布電感，它的并行共振頻率大約在7MHz 左右，也就是說(shuō)，對(duì)于10MHz以下的噪聲
有較好的去耦效果，對(duì)40MHz以上的噪聲幾乎不起作用。
1μF、10μF 的電容，并行共振頻率在20MHz以上，去除高頻噪聲的效果要好一些。
   每10片左右集成電路要加一片充放電電容，或1 個(gè)蓄能電容，可選10μF 左右。最好不用電解電容，
電解電容是兩層薄膜卷起來(lái)的，這種卷起來(lái)的結(jié)構(gòu)在高頻時(shí)表現(xiàn)為電感。要使用鉭電容或聚碳酸酯電容。
   去耦電容的選用并不嚴(yán)格，可按C=1/F，即10MHz取0.1μF,100MHz 取0.01 μF。
   在焊接時(shí)去耦電容的引腳要盡量短，長(zhǎng)的引腳會(huì)使去耦電容本身發(fā)生自共振。例如1000pF的瓷片電容
引腳長(zhǎng)度為6.3mm 時(shí)自共振的頻率約35MHz，引腳長(zhǎng)12.6mm 時(shí)為32MHz。
八  降低噪聲和電磁干擾的經(jīng)驗(yàn)
印刷電路板的抗干擾設(shè)計(jì)原則
1. 可用串個(gè)電阻的辦法，降低控制電路上下沿跳變速率。
2. 盡量讓時(shí)鐘信號(hào)電路周圍的電勢(shì)趨近于0，用地線將時(shí)鐘區(qū)圈起來(lái)，時(shí)鐘線要盡量短。
3. I/O 驅(qū)動(dòng)電路盡量靠近印制板邊。
4. 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。
5. 盡量用45°折線而不用90°折線,  布線以減小高頻信號(hào)對(duì)外的發(fā)射與耦合。
6. 時(shí)鐘線垂直于I/O 線比平行于I/O 線干擾小。
6. 元件的引腳要盡量短。
8. 石英晶振下面和對(duì)噪聲特別敏感的元件下面不要走線。
9. 弱信號(hào)電路、低頻電路周圍地線不要形成電流環(huán)路。
10.  需要時(shí)，線路中加鐵氧體高頻扼流圈，分離信號(hào)、噪聲、電源、地。
印制板上的一個(gè)過(guò)孔大約引起0.6pF 的電容；一個(gè)集成電路本身的封裝材料引起 2pF~10pF的分布電容；一
個(gè)線路板上的接插件，有520μH 的分布電感；一個(gè)雙列直插的24引腳集成電路插座，引入 4μH~18μ H 的
分布電感。
數(shù)字電路、單片機(jī)的抗干擾設(shè)計(jì)
在電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，為了少走彎路和節(jié)省時(shí)間，應(yīng)充分考慮并滿足抗干擾性  的要求，避免在
設(shè)計(jì)完成后再去進(jìn)行抗干擾的補(bǔ)救措施。形成干擾的基本要素有三個(gè)：
  （1）干擾源，指產(chǎn)生干擾的元件、設(shè)備或信號(hào)，用數(shù)學(xué)語(yǔ)言描述如下：du/dt， 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(guò)
導(dǎo)線的傳導(dǎo)和空間的輻射。
  （3）敏感器件，指容易被干擾的對(duì)象。如：A/D、D/A 變換器，單片機(jī)，數(shù)字IC，  弱信號(hào)放大
器等。
抗干擾設(shè)計(jì)的基本原則是：抑制干擾源，切斷干擾傳播路徑，提高敏感器件的  抗干擾性能。
（類似于傳染病的預(yù)防）
1  抑制干擾源
   抑制干擾源就是盡可能的減小干擾源的du/dt，di/dt 。這是抗干擾設(shè)計(jì)中最優(yōu)  先考慮和最重要的原則，
常常會(huì)起到事半功倍的效果。  減小干擾源的du/dt主要是通過(guò)在干擾源兩端并聯(lián)電容來(lái)實(shí)現(xiàn)。減小干擾源
的di/dt 則是在干擾源回路串聯(lián)電感或電阻以及增加續(xù)流二極管來(lái)實(shí)現(xiàn)。
   抑制干擾源的常用措施如下：
  （1）繼電器線圈增加續(xù)流二極管，消除斷開(kāi)線圈時(shí)產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)干擾。僅加  續(xù)流二極管會(huì)使繼電
器的斷開(kāi)時(shí)間滯后，增加穩(wěn)壓二極管后繼電器在單位時(shí)間內(nèi)可動(dòng)作更多的次數(shù)。
  （2）在繼電器接點(diǎn)兩端并接火花抑制電路（一般是RC 串聯(lián)電路，電阻一般選幾K  到幾十K，電容
選0.01uF ），減小電火花影響。
  （3）給電機(jī)加濾波電路，注意電容、電感引線要盡量短。
  （4）電路板上每個(gè)IC要并接一個(gè)0.01 μF～0.1μF 高頻電容，以減小IC對(duì)電源的  影響。注意高頻電
  3
容的布線，連線應(yīng)靠近電源端并盡量粗短，否則，等于增大了電容的等效串聯(lián)電阻，會(huì)影響濾波效果。
  （5）布線時(shí)避免90度折線，減少高頻噪聲發(fā)射。
  （6）可控硅兩端并接RC抑制電路，減小可控硅產(chǎn)生的噪聲（這個(gè)噪聲嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)把可控硅擊穿的）。
  按干擾的傳播路徑可分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩類。
所謂傳導(dǎo)干擾是指通過(guò)導(dǎo)線傳播到敏感器件的干擾。高頻干擾噪聲和有用信號(hào)的頻帶不同，可以通過(guò)
在導(dǎo)線上增加濾波器的方法切斷高頻干擾噪聲的傳播，有時(shí)也可加隔離光耦來(lái)解決。電源噪聲的危害最大，
要特別注意處理。所謂輻射干擾是指通過(guò)空間輻射傳播到敏感器件的干擾。  一般的解決方法是增加干擾源
與敏感器件的距離，用地線把它們隔離和在敏感器件上加蔽罩。
2  切斷干擾傳播路徑的常用措施如下：
  （1）充分考慮電源對(duì)單片機(jī)的影響。電源做得好，整個(gè)電路的抗干擾就解決了一大半。許多單片機(jī)對(duì)
電源噪聲很敏感,  要給單片機(jī)電源加濾波電路或穩(wěn)壓器，以減小電源噪聲對(duì)單片機(jī)的干擾。比如，可以利
用磁珠和電容組成π 形濾波電路，當(dāng)然條件要求不高時(shí)也可用100Ω 電阻代替磁珠。
  （2）如果單片機(jī)的 I/O 口用來(lái)控制電機(jī)等噪聲器件，在 I/O 口與噪聲源之間應(yīng)加隔離（增加π 形濾波
電路）。  控制電機(jī)等噪聲器件，在I/O 口與噪聲源之間應(yīng)加隔離（增加π 形濾波電路）。
  （3）注意晶振布線。晶振與單片機(jī)引腳盡量靠近，用地線把時(shí)鐘區(qū)隔離起來(lái)，晶振外殼接地并固定。
此措施可解決許多疑難問(wèn)題。
  （4）電路板合理分區(qū)，如強(qiáng)、弱信號(hào)，數(shù)字、模擬信號(hào)。盡可能把干擾源  （如電機(jī)，繼電器）與敏
感元件（如單片機(jī)）遠(yuǎn)離。
  （5）用地線把數(shù)字區(qū)與模擬區(qū)隔離，數(shù)字地與模擬地要分離，最后在一點(diǎn)接于電源地。A/D、D/A 芯
片布線也以此為原則，廠家分配A/D、D/A 芯片  引腳排列時(shí)已考慮此要求。
  （6）單片機(jī)和大功率器件的地線要單獨(dú)接地，以減小相互干擾。  大功率器件盡可能放在電路板邊緣。
  （7）在單片機(jī)I/O 口，電源線，電路板連接線等關(guān)鍵地方使用抗干擾元件  如磁珠、磁環(huán)、電源濾波
器，屏蔽罩，可顯著提高電路的抗干擾性能。
3  提高敏感器件的抗干擾性能
提高敏感器件的抗干擾性能是指從敏感器件這邊考慮盡量減少對(duì)干擾噪聲  的拾取，以及從不正常狀態(tài)
盡快恢復(fù)的方法。
  提高敏感器件抗干擾性能的常用措施如下：
  （1）布線時(shí)盡量減少回路環(huán)的面積，以降低感應(yīng)噪聲。
  （2）布線時(shí)，電源線和地線要盡量粗。除減小壓降外，更重要的是降低耦合噪聲。
  （3）對(duì)于單片機(jī)閑置的 I/O 口，不要懸空，要接地或接電源。其它 IC的閑置  端在不改變系統(tǒng)邏輯的
情況下接地或接電源。
  （4）對(duì)單片機(jī)使用電源監(jiān)控及看門狗電路，如：IMP809，IMP706，IMP813，X25043，X25045等，
可大幅度提高整個(gè)電路的抗干擾性能。
  （5）在速度能滿足要求的前提下，盡量降低單片機(jī)的晶振和選用低速數(shù)字  電路。
  （6）IC器件盡量直接焊在電路板上，少用IC座。
我先說(shuō)說(shuō)我在這方面的經(jīng)驗(yàn):
軟件方面：
  1、我習(xí)慣于將不用的代碼空間全清成“0”，因?yàn)檫@等效于NOP ，可在程序跑飛時(shí)歸位；
  2、在跳轉(zhuǎn)指令前加幾個(gè)NOP ，目的同1；
  3、在無(wú)硬件WatchDog時(shí)可采用軟件模擬WatchDog，以監(jiān)測(cè)程序的運(yùn)行；
  4、涉及處理外部器件參數(shù)調(diào)整或設(shè)置時(shí)，為防止外部器件因受干擾而出錯(cuò)可定時(shí)將參數(shù)重新發(fā)送一遍，
這樣可使外部器件盡快恢復(fù)正確；
  5、通訊中的抗干擾，可加數(shù)據(jù)校驗(yàn)位，可采取3 取2 或5 取3 策略；
  6、在有通訊線時(shí)，如 I^2C 、三線制等，實(shí)際中我們發(fā)現(xiàn)將 Data 線、CLK線、INH 線常態(tài)置為高，其抗干擾效果要好過(guò)置為低。
硬件方面：
  1、地線、電源線的部線肯定重要了！
  2、線路的去偶；
  3、數(shù)、模地的分開(kāi)；
  4、每個(gè)數(shù)字元件在地與電源之間都要104 電容；
  5、在有繼電器的應(yīng)用場(chǎng)合，尤其是大電流時(shí)，防繼電器觸點(diǎn)火花對(duì)電路的干擾，可在繼電器線圈間并
一104 和二極管，在觸點(diǎn)和常開(kāi)端間接472 電容，效果不錯(cuò)！
  6、為防I/O 口的串?dāng)_，可將I/O 口隔離，方法有二極管隔離、門電路隔離、光偶隔離、電磁隔離等；
  7、當(dāng)然多層板的抗干擾肯定好過(guò)單面板，但成本卻高了幾倍。
  8、選擇一個(gè)抗干擾能力強(qiáng)的器件比之任何方法都有效，我想這點(diǎn)應(yīng)該最重要。因?yàn)槠骷焐牟蛔闶?br /> 很難用外部方法去彌補(bǔ)的，但往往抗干擾能力強(qiáng)的就貴些，抗干擾能力差的就便宜，正如臺(tái)灣的東東便宜
但性能卻大打折扣一樣！主要看各位的應(yīng)用場(chǎng)合.
   印制電路板(PC8) 是電子產(chǎn)品中電路元件和器件的支撐件．它提供電路元件和器件之間的電氣連接。隨
著電于技術(shù)的飛速發(fā)展，PGB 的密度越來(lái)越高。PCB 設(shè)計(jì)的好壞對(duì)抗干擾能力影響很大．因此，在進(jìn)行PCB
設(shè)計(jì)時(shí)．必須遵守PCB 設(shè)計(jì)的一般原則，并應(yīng)符合抗干擾設(shè)計(jì)的要求。