PCB抗干擾可靠性設計資料

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。PCB抗干擾可靠性設計可靠性設計與分析題目：PCB抗干擾可靠性設計班級：自動化0902姓名：學號：20090321TOCo1-3hzuHYPERLINKl_Toc3254121761引言PAGEREF_Toc325412176h3HYPERLINKl_Toc3254121772干擾形成方式PAGEREF_Toc325412177h3HYPERLINKl_Toc3254121782.1PCB電路板干擾耦合途徑PAGEREF_Toc325412178h3HYPERLINKl_Toc3254121792.2P

2、CB電路板上干擾源產(chǎn)生方式PAGEREF_Toc325412179h3HYPERLINKl_Toc3254121802.3PCB電路板上的敏感源PAGEREF_Toc325412180h4HYPERLINKl_Toc3254121813提高PCB線路板抗干擾措施PAGEREF_Toc325412181h4HYPERLINKl_Toc3254121823.1減小耦合回路PAGEREF_Toc325412182h4HYPERLINKl_Toc3254121833.1.1減小地線、電源耦合回路PAGEREF_Toc325412183h4HYPERLINKl_Toc3254121843.1.2減小敏感

3、源信號的耦合回路PAGEREF_Toc325412184h5HYPERLINKl_Toc3254121853.1.3減小線路板邊緣的耦合回路PAGEREF_Toc325412185h5HYPERLINKl_Toc3254121863.2抑制干擾源PAGEREF_Toc325412186h5HYPERLINKl_Toc3254121873.2.1增加去耦電容PAGEREF_Toc325412187h5HYPERLINKl_Toc3254121883.2.2電路濾波吸收PAGEREF_Toc325412188h5HYPERLINKl_Toc3254121894結束語PAGEREF_Toc32541

4、2189h6HYPERLINKl_Toc3254121905參考文獻PAGEREF_Toc325412190h61引言隨著科學技術的不斷發(fā)展，列車也向著高速發(fā)展，列車車載系統(tǒng)中逐步采用高速數(shù)字電路。在列車上有許多干擾源，包括各類變壓器、風機、受電弓、空氣壓縮機等產(chǎn)生的電磁干擾，影響著列車內(nèi)高速數(shù)字電路的正常工作。此外，為保證乘車環(huán)境和工作環(huán)境的舒適，車上還配備有空調(diào)、電熱器、通風機等各類電器設備，他們同樣對外產(chǎn)生著電磁輻射，影響到高速數(shù)字電路的正常工作。因此，在列車上如此復雜的環(huán)境中，如何確保高速數(shù)字信號的可靠，將變得尤為重要。這些問題如果不處理好將導致信號失真，時序錯誤，系統(tǒng)不穩(wěn)定等諸多情況

5、，會帶來不可估計的損失。為保證列車通信、控制等系統(tǒng)的正常運行，設備的抗干擾設計與功能設計同樣重要。在設計初必須考慮數(shù)字電路干擾的抑制問題，否則很難達到高速數(shù)字電路抗干擾要求。因此首先應當提高數(shù)字電路板的抗干擾能力及減小電路輻射，避免在設計完成之后再去進行電路板的抗干擾的補救措施。2干擾形成方式干擾形成的三個基本方式:干擾源、耦合途徑、敏感源。下面分別從這幾個方面進行闡述。2.1PCB電路板干擾耦合途徑PCB電路板上干擾主要有共模干擾和差模干擾。差模干擾是由信號回路產(chǎn)生的，共模干擾是由電纜上的共模電流產(chǎn)生。對于印制電路板主要指其差模干擾，因為其差模干擾的頻率范圍為電路信號所占有的整個頻段，不僅能

6、通過其導線耦合到各敏感源器件，同時電流環(huán)還會耦合進外部產(chǎn)生的各類干擾，影響正常的工作系統(tǒng)。減小差模干擾的主要方法是布線時盡量減短走線長度，減小信號環(huán)路面積。2.2PCB電路板上干擾源產(chǎn)生方式高速數(shù)字電路各類干擾的主要產(chǎn)生原因是由電源自身固有噪聲頻率及外部線路上各類變化的di/dt、du/dt產(chǎn)生，由于電路板上存在電源回路、信號回路、高速信號回路及附屬在線路上的各類容性、感性負載，因此當信號產(chǎn)生跳變時都將產(chǎn)生一個尖峰沖擊形成噪聲，而這些噪聲將通過各回路的電流環(huán)沿路傳導，因此應當抑制電源自身的固有噪聲及各種高速數(shù)字跳變引起的噪聲。抑制電路自身或者各類突變信號產(chǎn)生的噪聲，最好的抑制方式就是去耦和濾波

7、。這樣既減少了自身的噪聲也能夠吸收外部對其的影響，提高自身的抗干擾能力。圖1簡要說明在各個電路階段所產(chǎn)生的噪聲。圖1各個電路階段噪聲的產(chǎn)生2.3PCB電路板上的敏感源對于高速數(shù)字信號敏感源主要是指容易受到外部干擾的對象，例如:A/D、D/A變換器，邏輯控制器，單片機，晶振，數(shù)字IC，弱信號放大器等。這些器件的穩(wěn)定性直接關系到電路板的系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和工作精度，因此對于這些敏感源要做好相應的保護，提高自身的抗干擾能力。3提高PCB線路板抗干擾措施3.1減小耦合回路減小耦合的主要方法是減小信號環(huán)路面積，其中主要應該解決地線、電源、敏感信號源及板邊的環(huán)路面積。3.1.1減小地線、電源耦合回路地線阻抗

8、是造成線路板上地線噪聲的主要原因，因此應該盡量減小地線阻抗，可以采取地平面或網(wǎng)格地。對于高速數(shù)字電路板應該采用多層板，以減小環(huán)路面積，將中間層作為電源或地層，并且盡量保證電源與地相鄰的層間距盡量小;讓每一信號層都有一對應的地線層，信號線與其地回路構成的環(huán)面積要盡可能小，環(huán)面積越小，對外的干擾越少。針對這一特點，在地平面分割時，要考慮到地平面與重要信號走線的分布，防止由于地平面開槽等帶來的問題，信號線不能跨越地平面和電源平面分隔區(qū)，防止形成大的地線回路。同時電源層應該比地線層內(nèi)縮3mm左右的距離，這樣將能夠抑制70%以上的電源干擾。如圖2所示圖2電源層比地線層內(nèi)縮示意圖3.1.2減小敏感源信號的

9、耦合回路對于敏感信號例如:周期性信號，如時鐘信號、模擬信號、地址總線的低位信號等產(chǎn)生干擾較強，也是設計高速數(shù)字電路的關鍵所在。印制板上關鍵信號布線應該按照從高到低的原則走線(排序方式:高到低:模擬信號-復位信號-I2C-時鐘信號-讀寫信號-高速、射頻信號-數(shù)據(jù)總線-地址總線);關鍵信號布線盡量走內(nèi)層;并要配小電容并聯(lián)進行濾波;信號層只有通過地平面隔離后的兩個層，才可以平行走線;信號線應盡可能使其互連線最短;印制板上高頻連線的元件盡可能靠近走線短;以減少高頻信號的分布參數(shù)和電磁干擾，這樣才能夠提高敏感信號源的抗干擾能力。3.1.3減小線路板邊緣的耦合回路印制電路板的板邊處理是否合理，決定著是否能

10、夠更加有效地抑制信號的對外干擾。為防止高速數(shù)字電路通過板邊對外干擾，應該嚴格控制其布線位置，讓其盡量靠近印制板內(nèi)部。高頻等干擾較強信號線不應該走到板的邊緣，以防止無對應地層耦合回路，產(chǎn)生信號對外的干擾泄漏，如圖3所示圖3線路板邊的耦合回路3.2抑制干擾源抑制干擾源就是盡可能地減小干擾源du/dt、di/dt產(chǎn)生的影響。減小干擾源du/dt主要通過在干擾源兩端并聯(lián)電容，增加去耦和濾波實現(xiàn)。減小干擾源di/dt主要通過在干擾源中串聯(lián)電感或增加續(xù)流二極管來實現(xiàn)，例如:在繼電器中增加續(xù)流二極管，能夠消除斷開線圈時產(chǎn)生的反電動勢干擾。3.2.1增加去耦電容去耦電容是把輸出信號的干擾作為濾除對象。在芯片附

11、加并聯(lián)去耦電容就可以消除電源自激及抑制電平變化的沖擊，能夠讓電源噪聲及電平變化的沖擊以最短的路徑回流到地線，增加抗干擾能力。為了很好地抑制噪聲，應盡可能為每一芯片配備去耦電容，并且去耦電容盡量靠近芯片電源和地管腳擺放。去耦電容的取值一般為0.01-0.1uf，可以按照C=1/F，既10MHZ取0.1uf，100MHZ取0.01uf，頻率越高，去耦電容取值應該越小。3.2.2電路濾波吸收對于容易產(chǎn)生毛刺的突變信號應該采取相應的濾波形式，抑制高速信號的突變產(chǎn)生的高頻毛刺。濾波的方法一般采用無源元件電容或電感配合電阻，利用其對電壓、電流的儲能特性達到濾波的目的。常采用RC濾波電路，當電壓突然升高時，

12、并聯(lián)電容C能夠儲存能量，而當電壓下降時釋放能量，從而使負載濾波后電壓比較平滑，減少高頻噪聲。但為了不影響正常的高頻信號波形，也不能取值太大，盡量使用小電容。根據(jù)電路的總阻抗及高頻信號的帶寬、上升時間、根據(jù)計算及經(jīng)驗得出濾波電容C的選擇大小參考下表1:系統(tǒng)工作頻率越高使用濾波電容取值應該越小。表1各種情況下濾波電容的選取低速接口10-100KB/s高速接口2MB/s低速COMSTTL上升時間Tr(us)0.515010010帶寬Bw(MHz)0.3263.232總阻抗R()120100300100-150最大電容(CpF)2400150100304結束語高速數(shù)字電路的抗干擾設計的可靠性對整個電子

13、、電氣設備的整體性能有著深遠的影響，任何產(chǎn)品的可靠性應從設計的源頭抓起，只有切實把握印制電路的可靠性設計才能保證產(chǎn)品的可靠性，真正提升印制板的可靠性能。通過各類圖示能夠看出按照方法改進后的高速數(shù)字印制電路板能夠減小自身產(chǎn)生的噪聲，同時提高自身的抗干擾能力。從研發(fā)成本的經(jīng)濟考慮，在設計初期考慮電路的抗干擾問題將能夠節(jié)約大量重復設計費用。此方法在時代電氣公司技術中心內(nèi)部推廣取得了很好的實踐效果，提高單板一次性成功概率，既節(jié)約設計成本，也提高了設計效率。5參考文獻1朱增青,陳建軍,宋宗鳳,林立廣.區(qū)間參數(shù)桿系結構非概率可靠性指標的改進仿射算法J.工程力學.2010(02)2姜臻祺.適合軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)(ISCS)運營組織體系相關問題的探討J.地下工程與隧道.2009(04)3劉哲鋒.航天產(chǎn)品可靠性框圖自動評估系統(tǒng)實現(xiàn)與研究J.裝備指揮技術學院學報.2009(06)4魏曉東.地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)建設關鍵問題分析J.現(xiàn)代城市軌道交通.2009(06)5黃旭虹,陳林.北京地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)運行和維護模式探討J.現(xiàn)代城市軌道交通.2009(06)6陳國華,張根保,任顯林