印刷電路板（PCB）的電磁兼容設(shè)計(jì)

　　(8) PCB電容

　　在多層板上，由分離電源面和地面的絕緣薄層產(chǎn)生了PCB電容。在單層板上，電源線和地線的平行布放也將存在這種電容效應(yīng)。PCB電容的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它具有非常高的頻率響應(yīng)和均勻的分布在整個(gè)面或整條線上的低串連電感，它等效于一個(gè)均勻分布在整個(gè)板上的去耦電容。沒有任何一個(gè)單獨(dú)的分立元件具有這個(gè)特性。

　　(9)高速電路與低速電路

　　布放高速電路和元件時(shí)應(yīng)使其更接近接地面，而低速電路和元件應(yīng)使其接近電源面。

　　(10)地的銅填充

　　在某些模擬電路中，沒有用到的電路板區(qū)域是由一個(gè)大的接地面來覆蓋，以此提供屏蔽和增加去耦能力。但是假如這片銅區(qū)是懸空的(比如它沒有和地連接),那么它可能表現(xiàn)為一個(gè)天線，并將導(dǎo)致電磁兼容問題。

　　(11)多層PCB中的接地面和電源面

　　在多層PCB中，推薦把電源面和接地面盡可能近的放置在相鄰的層中，以便在整個(gè)板上產(chǎn)生一個(gè)大的PCB電容。速度最快的關(guān)鍵信號(hào)應(yīng)當(dāng)臨近接地面的一邊，非關(guān)鍵信號(hào)則布置靠近電源面。

　　(12)電源要求

　　當(dāng)電路需要不止一個(gè)電源供給時(shí)，采用接地將每個(gè)電源分離開。但是在單層PCB中多點(diǎn)接地是不可能的。一種解決方法是把從一個(gè)電源中引出的電源線和地線同其他的電源線和地線分隔開，這同樣有助于避免電源之間的噪聲耦合。

　　5．模擬數(shù)字混合線路板的設(shè)計(jì)如何降低數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)間的相互干擾呢？

　　有兩個(gè)基本原則：第一個(gè)原則是盡可能減小電流環(huán)路的面積；第二個(gè)原則是系統(tǒng)只采用一個(gè)參考面。相反，如果系統(tǒng)存在兩個(gè)參考面，就可能形成一個(gè)偶極天線(注：小型偶極天線的輻射大小與線的長度。流過的電流大小以及頻率成正比)；而如果信號(hào)不能通過盡可能小的環(huán)路返回，就可能形成一個(gè)大的環(huán)狀天線(注：小型環(huán)狀天線的輻射大小與環(huán)路面積。流過環(huán)路的電流大小以及頻率的平方成正比)。在設(shè)計(jì)中要盡可能避免這兩種情況。

　　有人建議將混合信號(hào)電路板上的數(shù)字地和模擬地分割開，這樣能實(shí)現(xiàn)數(shù)字地和模擬地之間的隔離。盡管這種方法可行，但是存在很多潛在的問題，在復(fù)雜的大型系統(tǒng)中問題尤其突出。最關(guān)鍵的問題是不能跨越分割間隙布線，一旦跨越了分割間隙布線，電磁輻射和信號(hào)串?dāng)_都會(huì)急劇增加。在PCB設(shè)計(jì)中最常見的問題就是信號(hào)線跨越分割地或電源而產(chǎn)生EMI問題。

　　了解電流回流到地的路徑和方式是優(yōu)化混合信號(hào)電路板設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。許多設(shè)計(jì)工程師僅僅考慮信號(hào)電流從哪兒流過，而忽略了電流的具體路徑。如果必須對(duì)地線層進(jìn)行分割，而且必須通過分割之間的間隙布線，可以先在被分割的地之間進(jìn)行單點(diǎn)連接，形成兩個(gè)地之間的連接橋，然后通過該連接橋布線。這樣，在每一個(gè)信號(hào)線的下方都能夠提供一個(gè)直接的電流回流路徑，從而使形成的環(huán)路面積很校采用光隔離器件或變壓器也能實(shí)現(xiàn)信號(hào)跨越分割間隙。對(duì)于前者，跨越分割間隙的是光信號(hào)；在采用變壓器的情況下，跨越分割間隙的是磁常還有一種可行的辦法是采用差分信號(hào)：信號(hào)從一條線流入從另外一條信號(hào)線返回，這種情況下，不需要地作為回流路徑。

　　在實(shí)際工作中一般傾向于使用統(tǒng)一地，將PCB分區(qū)為模擬部分和數(shù)字部分。模擬信號(hào)在電路板所有層的模擬區(qū)內(nèi)布線，而數(shù)字信號(hào)在數(shù)字電路區(qū)內(nèi)布線。在這種情況下，數(shù)字信號(hào)返回電流不會(huì)流入到模擬信號(hào)的地。只有將數(shù)字信號(hào)布線在電路板的模擬部分之上或者將模擬信號(hào)布線在電路板的數(shù)字部分之上時(shí)，才會(huì)出現(xiàn)數(shù)字信號(hào)對(duì)模擬信號(hào)的干擾。出現(xiàn)這種問題并不是因?yàn)闆]有分割地，真正原因是數(shù)字信號(hào)布線不適當(dāng)。

　　在將A/D轉(zhuǎn)換器的模擬地和數(shù)字地管腳連接在一起時(shí)，大多數(shù)的A/D轉(zhuǎn)換器廠商會(huì)建議：將AGND和DGND管腳通過最短的引線連接到同一個(gè)低阻抗的地上。如果系統(tǒng)僅有一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器，上面的問題就很容易解決。將地分割開，在A/D轉(zhuǎn)換器下面把模擬地和數(shù)字地部分連接在一起。采取該方法時(shí)，必須保證兩個(gè)地之間的連接橋?qū)挾扰cIC等寬，并且任何信號(hào)線都不能跨越分割間隙。如果系統(tǒng)中A/D轉(zhuǎn)換器較多，例如10個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器怎樣連接呢？如果在每一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器的下面都將模擬地和數(shù)字地連接在一起，則產(chǎn)生多點(diǎn)相連，模擬地和數(shù)字地之間的隔離就毫無意義。而如果不這樣連接，就違反了廠商的要求。

　　最好的辦法是開始時(shí)就用統(tǒng)一地。將統(tǒng)一的地分為模擬部分和數(shù)字部分。這樣的布局布線既滿足了IC器件廠商對(duì)模擬地和數(shù)字地管腳低阻抗連接的要求，同時(shí)又不會(huì)形成環(huán)路天線或偶極天線而產(chǎn)生EMC問題。

　　混合信號(hào)PCB設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的過程，設(shè)計(jì)過程要注意以下幾點(diǎn)：

　　(1) PCB分區(qū)為獨(dú)立的模擬部分和數(shù)字部分。

　　(2)合適的元器件布局。

　　(3) A/D轉(zhuǎn)換器跨分區(qū)放置。

　　(4)不要對(duì)地進(jìn)行分割。在電路板的模擬部分和數(shù)字部分下面敷設(shè)統(tǒng)一地。

　　(5)在電路板的所有層中，數(shù)字信號(hào)只能在電路板的數(shù)字部分布線；模擬信號(hào)只能在電路板的模擬部分布線。

　　(6)實(shí)現(xiàn)模擬和數(shù)字電源分割。

　　(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(hào)線要位于緊鄰大面積地的布線層上。

　　(9)分析返回地電流實(shí)際流過的路徑和方式。

　　(10)采用正確的布線規(guī)則。

　　6．PCB設(shè)計(jì)時(shí)的電路措施

　　我們?cè)谠O(shè)計(jì)電子線路時(shí)，比較多考慮的是產(chǎn)品的實(shí)際性能，而不會(huì)太多考慮產(chǎn)品的電磁兼容特性和電磁騷擾的抑制及電磁抗干擾特性。用這樣的電路原理圖進(jìn)行PCB的排板時(shí)為達(dá)到電磁兼容的目的，必須采取必要的電路措施，即在其電路原理圖的基礎(chǔ)上增加必要的附加電路，以提高其產(chǎn)品的電磁兼容性能。實(shí)際PCB設(shè)計(jì)中可采用以下電路措施：

　　(1)可用在PCB走線上串接一個(gè)電阻的辦法，降低控制信號(hào)線上下沿跳變速率。

　　(2)盡量為繼電器等提供某種形式的阻尼(高頻電容。反向二極管等)。

　　(3)對(duì)進(jìn)入印制板的信號(hào)要加濾波，從高噪聲區(qū)到低噪聲區(qū)的信號(hào)也要加濾波，同時(shí)用串終端電阻的辦法，減小信號(hào)反射。

　　(4) MCU無用端要通過相應(yīng)的匹配電阻接電源或接地?；蚨x成輸出端，集成電路上該接電源。地的端都要接，不要懸空。

　　(5)閑置不用的門電路輸入端不要懸空，而是通過相應(yīng)的匹配電阻接電源或接地。閑置不用的運(yùn)放正輸入端接地，負(fù)輸入端接輸出端。

　　(6)為每個(gè)集成電路設(shè)一個(gè)高頻去耦電容。每個(gè)電解電容邊上都要加一個(gè)小的高頻旁路電容。

　　(7)用大容量的鉭電容或聚酯電容而不用電解電容作電路板上的充放電儲(chǔ)能電容。使用管狀電容時(shí)，外殼要接地。

　　7．結(jié)束語、

　　印制線路板是電子產(chǎn)品最基本的部件，也是絕大部分電子元器件的載體。當(dāng)一個(gè)產(chǎn)品的印制線路板設(shè)計(jì)完成后，可以說其核心電路的騷擾和抗擾特性就基本已經(jīng)確定下來了，要想再提高其電磁兼容特性，就只能通過接口電路的濾波和外殼的屏蔽來“圍追堵截”了，這樣不但大大增加了產(chǎn)品的后續(xù)成本，也增加了產(chǎn)品的復(fù)雜程度，降低了產(chǎn)品的可靠性?？梢哉f一個(gè)好的印制線路板可以解決大部分的電磁騷擾問題，只要同時(shí)在接口電路排板時(shí)增加適當(dāng)瞬態(tài)抑制器件和濾波電路就可以同時(shí)解決大部分抗擾度問題。印制線路板的電磁兼容設(shè)計(jì)是一個(gè)技巧性很強(qiáng)的工作，同時(shí)，也需要大量的經(jīng)驗(yàn)積累。一個(gè)電磁兼容設(shè)計(jì)良好的印制板是一個(gè)完美的“工藝品”，是無法抄襲和照搬的。但這并不是說我們的印制線路板就不必考慮產(chǎn)品的電磁兼容性能，只有通過外圍電路和外殼進(jìn)行補(bǔ)救了。只要我們?cè)赑CB設(shè)計(jì)中能遵守本文所羅列的設(shè)計(jì)規(guī)則，也可以解決大部分的電磁兼容問題，再通過少量的外圍瞬態(tài)抑制器件和濾波電路及適當(dāng)?shù)耐鈿て帘魏驼_的接地，就可以完成一個(gè)滿足電磁兼容要求的產(chǎn)品。若我們注意平時(shí)的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)的積累和總結(jié)，最終我們也可以成為PCB“工藝品”設(shè)計(jì)大師，設(shè)計(jì)出自己的PCB“工藝極品”。