列車用高速數(shù)字PCB電路板抗干擾設計

摘 要:詳細闡明了高速數(shù)字印制電路板在設計時應該注意的問題，闡明了在列車車載系統(tǒng)中高速數(shù)字電路將會受到哪些方面的影響，以及產(chǎn)生這些影響的原因，針對具體問題提出設計高速電路時應該采取的幾種方法。實踐證明，采取這些方法設計的電路能夠極大提高產(chǎn)品的抗干擾性能。

　　1 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， 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。

　　2.1 PCB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。

　　2.2 PCB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。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

　　2.3 PCB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。