印制板設(shè)計(jì)原則和抗干擾措施摘[共7頁]

1、印制電路板設(shè)計(jì)原則和抗干擾措施要使電子電路獲得最佳性能，元器件的布且及導(dǎo)線的布設(shè)是很重要的。為了設(shè)計(jì) 質(zhì)量好、造價(jià)低的PCB應(yīng)遵循以下一般原則： 1. 布局 首先，要考慮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；過小，則散熱不好，且鄰近線條易受干擾。在確定PCB 尺寸后再確定特殊元件的位置。最后，根據(jù)電路的功能單元，對(duì)電路的全部 元 器件進(jìn)行布局。 在確定特殊元件的位置時(shí)要遵守以下原則： (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)和相互間的電磁 干擾。易受干擾的元器件不能相互挨得太近，輸入和輸出元件應(yīng)盡量遠(yuǎn)離。 (2)某些元器件或?qū)?/p>

2、線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。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。 根據(jù)電路的功能單元對(duì)電路的全部元器件進(jìn)行布局時(shí)，要符合以下原則： (1)按照電路的流程安排各個(gè)功能電路單元的位置，使布局便于信號(hào)流通，并使 信號(hào)盡可能保持一致的方向。 (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。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。 (3)在高頻下工作的電路，要考慮元器件之間的分布參數(shù)。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

3、板邊緣一般不小于2mm。電路板的最佳形狀矩形。長寬比為3：2成4：3。電路板面尺寸大于200x150mm時(shí)應(yīng)考慮電路板所 受的機(jī)械強(qiáng)度。 2布線 布線的原則如下： (1)輸入輸出端用的導(dǎo)線應(yīng)盡量避免相鄰平行。最好加線間地線， 以免發(fā)生反饋藕合。 (2)印制攝導(dǎo)線的最小寬度主要由導(dǎo)線與絕緣基扳間的粘附強(qiáng)度和 流過它們的電流值決定。當(dāng)銅箔厚度為 0.05mm、寬度為 1 15mm 時(shí) 通過 2A的電流，溫度不會(huì)高于3，因此導(dǎo)線寬度為1.5mm可滿足要求。 對(duì)于集成電路，尤其是數(shù)字電路，通常選0.020.3mm導(dǎo)線寬度。當(dāng)然，只要允許， 還是盡可能用寬線尤其是電源線和地線。導(dǎo)線的最小間距主要由最壞情

4、況下的 線間絕緣電阻和擊穿電壓決定。對(duì)于集成電路，尤其是數(shù)字電路，只要工藝允許， 可使間距小至58mm。 (3)印制導(dǎo)線拐彎處一般取圓弧形，而直角或夾角在高頻電路中會(huì)影響電氣性能。 此外，盡量避免使用大面積銅箔，否則長時(shí)間受熱時(shí)，易發(fā)生銅箔膨脹和脫落 現(xiàn)象。必須用大面積銅箔時(shí)，最好用柵格狀這樣有利于排除銅箔與基板間粘合劑 受熱產(chǎn)生的揮發(fā)性氣體。 3.焊盤 焊盤中心孔要比器件引線直徑稍大一些。焊盤太大易形成虛焊。焊盤外徑 D一般不小于(d+1.2)mm，其中d為引線孔徑。對(duì)高密度的數(shù)字電路，焊盤最小直徑 可取(d+1.0)mm。 PCB及電路抗干擾措施 印制電路板的抗干擾設(shè)計(jì)與具體電路有著密切的

5、關(guān)系，這里僅就PCB抗干擾設(shè)計(jì)的 幾項(xiàng)常用措施做一些說明。 1.電源線設(shè)計(jì) 根據(jù)印制線路板電流的大小，盡量加租電源線寬度，減少環(huán)路電阻。 同時(shí)、使電源線、地線的走向和數(shù)據(jù)傳遞的方向一致，這樣有助于增強(qiáng)抗噪聲能力。 2地線設(shè)計(jì) 地線設(shè)計(jì)的原則是： (1)數(shù)字地與模擬地分開。若線路板上既有邏輯電路又有線性電路，應(yīng)使它們盡量 分開。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。 (2)接地線應(yīng)盡量加粗。若接地線用很紉的線條，則接地電位隨電流的變化而變化， 使抗噪性能降低。因此應(yīng)將接地線加粗

6、，使它能通過三倍于印制板上的允許電流。 如有可能，接地線應(yīng)在23mm以上。 (3)接地線構(gòu)成閉環(huán)路。只由數(shù)字電路組成的印制板，其接地電路布成團(tuán)環(huán)路大多 能提高抗噪聲能力。 3.退藕電容配置 PCB設(shè)計(jì)的常規(guī)做法之一是在印制板的各個(gè)關(guān)鍵部位配置適當(dāng)?shù)?退藕電容。退藕電容的一般配置原則是： (1)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。 (2)原則上每個(gè)集成電路芯片都應(yīng)布置一個(gè)0.01pF的瓷片電容，如遇印制板空隙 不夠，可每48個(gè)芯片布置一個(gè)1 10pF的但電容。 (3)對(duì)于抗噪能力弱、關(guān)斷時(shí)電源變化大的器件，如 RAM、ROM存儲(chǔ)器件，應(yīng)在芯片 的電源線和

7、地線之間直接接入退藕電容。(4)電容引線不能太長，尤其是高頻旁路 電容不能有引線。此外，還應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：(1）在印制板中有接觸器、繼電器、 按鈕等元件時(shí)操作它們時(shí)均會(huì)產(chǎn)生較大火花放電，必須采用附圖所示的 RC 電路 來吸收放電電流。一般 R 取 1 2K，C取2.2 47UF。(2)CMOS的輸入阻抗很高， 且易受感應(yīng)，因此在使用時(shí)對(duì)不用端要接地或接正電源。其他：1.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(hào)線，通常信號(hào)線寬為：0.20.3mm,最細(xì)寬度可達(dá)0.050.07mm,電源線為1.22.5 mm 。對(duì)數(shù)字電路的PCB可用寬的地導(dǎo)線組成一個(gè)回路, 即構(gòu)

8、成一個(gè)地網(wǎng)來使用(模擬電路的地不能這樣使用) 用大面積銅層作地線用,在印制板上把沒被用上的地方都與地相連接作為地線用。2.數(shù)字電路與模擬電路的共地處理 現(xiàn)在有許多PCB不再是單一功能電路（數(shù)字或模擬電路），而是由數(shù)字電路和模擬電路混合構(gòu)成的。因此在布線時(shí)就需要考慮它們之間互相干擾問題，特別是地線上的噪音干擾。 數(shù)字電路的頻率高，模擬電路的敏感度強(qiáng)，對(duì)信號(hào)線來說，高頻的信號(hào)線盡可能遠(yuǎn)離敏感的模擬電路器件，對(duì)地線來說，整人PCB對(duì)外界只有一個(gè)結(jié)點(diǎn)，所以必須在PCB內(nèi)部進(jìn)行處理數(shù)、模共地的問題，而在板內(nèi)部數(shù)字地和模擬地實(shí)際上是分開的它們之間互不相連，只是在PCB與外界連接的接口處（如插頭等）。數(shù)字地

9、與模擬地有一點(diǎn)短接，請(qǐng)注意，只有一個(gè)連接點(diǎn)。也有在PCB上不共地的，這由系統(tǒng)設(shè)計(jì)來決定。 數(shù)字電路是工作在0/1導(dǎo)通或截止?fàn)顟B(tài)，這兩個(gè)狀態(tài)電流較小，在翻轉(zhuǎn)時(shí)電流電流才較大?？墒菙?shù)字電路往往是大家都在同一時(shí)鐘信號(hào)下，同一瞬間觸發(fā)翻轉(zhuǎn)。這瞬間電流很大很大。而且大家都一同流向地線，即使地線電阻在微歐級(jí)，也會(huì)產(chǎn)生毫伏級(jí)甚至更高的脈沖電電壓。而模擬電路往往是微弱信號(hào)進(jìn)行放大和處理。想想看，如果在同一地線，這個(gè)脈沖電壓就很容易耦合到放大器的輸入端，將對(duì)模擬電路產(chǎn)生很大的干擾。最好的辦法是把地線分塊，當(dāng)然往往最后還要把他們連接的，至于怎么連接？也是很有講究的。3.在大面積的接地（電）中，常用元器件的腿與其連

10、接，對(duì)連接腿的處理需要進(jìn)行綜合的考慮，就電氣性能而言，元件腿的焊盤與銅面滿接為好，但對(duì)元件的焊接裝配就存在一些不良隱患如：焊接需要大功率加熱器。容易造成虛焊點(diǎn)。所以兼顧電氣性能與工藝需要，做成十字花焊盤，稱之為熱隔離（heat shield）俗稱熱焊盤（Thermal），這樣，可使在焊接時(shí)因截面過分散熱而產(chǎn)生虛焊點(diǎn)的可能性大大減少。多層板的接電（地）層腿的處理相同。 4. 印制線路板的走線：印制導(dǎo)線的布設(shè)應(yīng)盡可能的短，在高頻回路中更應(yīng)如此；印制導(dǎo)線的拐彎應(yīng)成圓角，而直角或尖角在高頻電路和布線密度高的情況下會(huì)影響電氣性能；當(dāng)兩面板布線時(shí)，兩面的導(dǎo)線宜相互垂直、斜交、或彎曲走線，避免相互平行，以減

11、小寄生耦合作為電路的輸入及輸出用的印制導(dǎo)線應(yīng)盡量避免相鄰平行，以免發(fā)生回授，在這些導(dǎo)線之間最好加接地線。印制導(dǎo)線的寬度：導(dǎo)線寬度應(yīng)以能滿足電氣性能要求而又便于生產(chǎn)為宜，它的最小值以承受的電流大小而定，但最小不宜小于0.2mm，在高密度、高精度的印制線路中，導(dǎo)線寬度和間距一般可取0.3mm；導(dǎo)線寬度在大電流情況下還要考慮其溫升，單面板實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)銅箔厚度為50m、導(dǎo)線寬度11.5mm、通過電流2A時(shí)，溫升很小，因此，一般選用11.5mm寬度導(dǎo)線就可能滿足設(shè)計(jì)要求而不致引起溫升；印制導(dǎo)線的公共地線應(yīng)盡可能地粗，可能的話，使用大于23mm的線條，這點(diǎn)在帶有微處理器的電路中尤為重要，因?yàn)楫?dāng)?shù)鼐€過細(xì)時(shí)，

12、由于流過的電流的變化，地電位變動(dòng)，微處理器定時(shí)信號(hào)的電平不穩(wěn)，會(huì)使噪聲容限劣化；在DIP封裝的IC腳間走線，可應(yīng)用1010與1212原則，即當(dāng)兩腳間通過2根線時(shí)，焊盤直徑可設(shè)為50mil、線寬與線距都為10mil，當(dāng)兩腳間只通過1根線時(shí)，焊盤直徑可設(shè)為64mil、線寬與線距都為12mil。5. 當(dāng)焊盤直徑為1.5mm時(shí)，為了增加焊盤抗剝強(qiáng)度，可采用長不小于1.5mm，寬為1.5mm和長圓形焊盤，此種焊盤在集成電路引腳焊盤中最常見。對(duì)于超出上表范圍的焊盤直徑可用下列公式選?。褐睆叫∮?.4mm的孔：Dd0.53直徑大于2mm的孔：Dd1.52式中：（D焊盤直徑，d內(nèi)孔直徑）關(guān)于單片機(jī)硬件抗干擾的

13、措施2.1 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主要是通過在干擾源兩端并聯(lián)電容來實(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

14、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)0.01F0.1 F高頻電容，以減小IC對(duì)電源的影響。注意高頻電容的布線，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）。2.2 切斷干擾傳播路徑 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，可以通過在導(dǎo)線上增加濾波器的方法切斷高頻干擾噪聲的傳播，

15、有時(shí)也可加隔離光耦來解決。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屏蔽罩。 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形濾波電路，當(dāng)然條件要求不高時(shí)也可用100電阻代替磁珠。 （2）如果單片機(jī)的I/O口用來控制電機(jī)等噪聲器件，在I/O口與噪聲源之間應(yīng)加隔離（增加形濾波電路）。 （3）注

16、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，晶振外殼接地并固定。 （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。 （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。 2.3 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

17、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， X5043，X5045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。 2.4 其它常用抗干擾措施 （1）交流端用電感電容濾波:去掉高頻低頻干擾脈沖。 （2）變壓器雙隔離措施:變壓器初級(jí)輸入端串接電容,初、次級(jí)線圈間屏蔽層與初級(jí)間電容中心接點(diǎn)接大地,次級(jí)外屏蔽層接印制板地,這是硬件抗干擾的關(guān)鍵手段。次級(jí)加低通濾波器:吸收變壓器產(chǎn)生的浪涌電壓。 （3）采用集成式直流穩(wěn)壓電源: 有過流、過壓、過熱等保護(hù)作用。 （4）I/O口采用光電、磁電、繼電器隔離，同時(shí)去掉公共地。 （5）通訊線用雙絞線:排除平行互感。 （6）防雷電用光纖隔離最為有效。 （7）A/D轉(zhuǎn)換用隔離放大器或采用現(xiàn)場