PCB抗干擾可靠性設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)可靠性設(shè)計(jì)與分析題目：PCB抗干擾可靠性設(shè)計(jì)班級(jí)：自動(dòng)化0902姓名：學(xué)號(hào)：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(hào)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(jié)束語(yǔ)PAGEREF_Toc32541

4、2189h6HYPERLINKl_Toc3254121905參考文獻(xiàn)PAGEREF_Toc325412190h61引言隨著科學(xué)技術(shù)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(fēng)機(jī)、受電弓、空氣壓縮機(jī)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(fēng)機(jī)等各類電器設(shè)備，他們同樣對(duì)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(fù)雜的環(huán)境中，如何確保高速數(shù)字信號(hào)的可靠，將變得尤為重要。這些問(wèn)題如果不處理好將導(dǎo)致信號(hào)失真，時(shí)序錯(cuò)誤，系統(tǒng)不穩(wěn)定等諸多情況

5、，會(huì)帶來(lái)不可估計(jì)的損失。為保證列車通信、控制等系統(tǒng)的正常運(yùn)行，設(shè)備的抗干擾設(shè)計(jì)與功能設(shè)計(jì)同樣重要。在設(shè)計(jì)初必須考慮數(shù)字電路干擾的抑制問(wèn)題，否則很難達(dá)到高速數(shù)字電路抗干擾要求。因此首先應(yīng)當(dāng)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(shè)計(jì)完成之后再去進(jìn)行電路板的抗干擾的補(bǔ)救措施。2干擾形成方式干擾形成的三個(gè)基本方式:干擾源、耦合途徑、敏感源。下面分別從這幾個(gè)方面進(jìn)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(hào)回路產(chǎn)生的，共模干擾是由電纜上的共模電流產(chǎn)生。對(duì)于印制電路板主要指其差模干擾，因?yàn)槠洳钅８蓴_的頻率范圍為電路信號(hào)所占有的整個(gè)頻段，不僅能

6、通過(guò)其導(dǎo)線耦合到各敏感源器件，同時(shí)電流環(huán)還會(huì)耦合進(jìn)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(shí)盡量減短走線長(zhǎng)度，減小信號(hào)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(hào)回路、高速信號(hào)回路及附屬在線路上的各類容性、感性負(fù)載，因此當(dāng)信號(hào)產(chǎn)生跳變時(shí)都將產(chǎn)生一個(gè)尖峰沖擊形成噪聲，而這些噪聲將通過(guò)各回路的電流環(huán)沿路傳導(dǎo)，因此應(yīng)當(dāng)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(hào)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(duì)其的影響，提高自身的抗干擾能力。圖1簡(jiǎn)要說(shuō)明在各個(gè)電路階段所產(chǎn)生的噪聲。圖1各個(gè)電路階段噪聲的產(chǎn)生2.3PCB電路板上的敏感源對(duì)于高速數(shù)字信號(hào)敏感源主要是指容易受到外部干擾的對(duì)象，例如:A/D、D/A變換器，邏輯控制器，單片機(jī)，晶振，數(shù)字IC，弱信號(hào)放大器等。這些器件的穩(wěn)定性直接關(guān)系到電路板的系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和工作精度，因此對(duì)于這些敏感源要做好相應(yīng)的保護(hù)，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(hào)環(huán)路面積，其中主要應(yīng)該解決地線、電源、敏感信號(hào)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(yīng)該盡量減小地線阻抗，可以采取地平面或網(wǎng)格地。對(duì)于高速數(shù)字電路板應(yīng)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(hào)層都有一對(duì)應(yīng)的地線層，信號(hào)線與其地回路構(gòu)成的環(huán)面積要盡可能小，環(huán)面積越小，對(duì)外的干擾越少。針對(duì)這一特點(diǎn)，在地平面分割時(shí)，要考慮到地平面與重要信號(hào)走線的分布，防止由于地平面開槽等帶來(lái)的問(wèn)題，信號(hào)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(shí)電源層應(yīng)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(hào)的

9、耦合回路對(duì)于敏感信號(hào)例如:周期性信號(hào)，如時(shí)鐘信號(hào)、模擬信號(hào)、地址總線的低位信號(hào)等產(chǎn)生干擾較強(qiáng)，也是設(shè)計(jì)高速數(shù)字電路的關(guān)鍵所在。印制板上關(guān)鍵信號(hào)布線應(yīng)該按照從高到低的原則走線(排序方式:高到低:模擬信號(hào)-復(fù)位信號(hào)-I2C-時(shí)鐘信號(hào)-讀寫信號(hào)-高速、射頻信號(hào)-數(shù)據(jù)總線-地址總線);關(guān)鍵信號(hào)布線盡量走內(nèi)層;并要配小電容并聯(lián)進(jìn)行濾波;信號(hào)層只有通過(guò)地平面隔離后的兩個(gè)層，才可以平行走線;信號(hào)線應(yīng)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(hào)的分布參數(shù)和電磁干擾，這樣才能夠提高敏感信號(hào)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(hào)的對(duì)外干擾。為防止高速數(shù)字電路通過(guò)板邊對(duì)外干擾，應(yīng)該嚴(yán)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(qiáng)信號(hào)線不應(yīng)該走到板的邊緣，以防止無(wú)對(duì)應(yīng)地層耦合回路，產(chǎn)生信號(hào)對(duì)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(guò)在干擾源兩端并聯(lián)電容，增加去耦和濾波實(shí)現(xiàn)。減小干擾源di/dt主要通過(guò)在干擾源中串聯(lián)電感或增加續(xù)流二極管來(lái)實(shí)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(shí)產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)干擾。3.2.1增加去耦電容去耦電容是把輸出信號(hào)的干擾作為濾除對(duì)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(yīng)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(yīng)該越小。3.2.2電路濾波吸收對(duì)于容易產(chǎn)生毛刺的突變信號(hào)應(yīng)該采取相應(yīng)的濾波形式，抑制高速信號(hào)的突變產(chǎn)生的高頻毛刺。濾波的方法一般采用無(wú)源元件電容或電感配合電阻，利用其對(duì)電壓、電流的儲(chǔ)能特性達(dá)到濾波的目的。常采用RC濾波電路，當(dāng)電壓突然升高時(shí)，

12、并聯(lián)電容C能夠儲(chǔ)存能量，而當(dāng)電壓下降時(shí)釋放能量，從而使負(fù)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(hào)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(hào)的帶寬、上升時(shí)間、根據(jù)計(jì)算及經(jīng)驗(yàn)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(yīng)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(shí)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(jié)束語(yǔ)高速數(shù)字電路的抗干擾設(shè)計(jì)的可靠性對(duì)整個(gè)電子

13、、電氣設(shè)備的整體性能有著深遠(yuǎn)的影響，任何產(chǎn)品的可靠性應(yīng)從設(shè)計(jì)的源頭抓起，只有切實(shí)把握印制電路的可靠性設(shè)計(jì)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(guò)各類圖示能夠看出按照方法改進(jìn)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(shí)提高自身的抗干擾能力。從研發(fā)成本的經(jīng)濟(jì)考慮，在設(shè)計(jì)初期考慮電路的抗干擾問(wèn)題將能夠節(jié)約大量重復(fù)設(shè)計(jì)費(fèi)用。此方法在時(shí)代電氣公司技術(shù)中心內(nèi)部推廣取得了很好的實(shí)踐效果，提高單板一次性成功概率，既節(jié)約設(shè)計(jì)成本，也提高了設(shè)計(jì)效率。5參考文獻(xiàn)1朱增青,陳建軍,宋宗鳳,林立廣.區(qū)間參數(shù)桿系結(jié)構(gòu)非概率可靠性指標(biāo)的改進(jìn)仿射算法J.工程力學(xué).2010(02)2姜臻祺.適合軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)(ISCS)運(yùn)營(yíng)組織體系相關(guān)問(wèn)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(dòng)評(píng)估系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與研究J.裝備指揮技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào).2009(06)4魏曉東.地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)關(guān)鍵問(wèn)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(yùn)行和維護(hù)模式探討J.現(xiàn)代城市軌道交通.2009(06)6陳國(guó)華,張根保,任顯林