列車用高速數(shù)字PCB電路板抗干擾設(shè)計(jì)

摘 要:詳細(xì)闡明了高速數(shù)字印制電路板在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)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(huì)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(shè)計(jì)高速電路時(shí)應(yīng)該采取的幾種方法。實(shí)踐證明，采取這些方法設(shè)計(jì)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(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)字信號的可靠，將變得尤為重要。這些問題如果不處理好將導(dǎo)致信號失真，時(shí)序錯(cuò)誤，系統(tǒng)不穩(wěn)定等諸多情況， 會(huì)帶來不可估計(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。

　　2.1 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?yàn)槠洳钅８蓴_的頻率范圍為電路信號所占有的整個(gè)頻段，不僅能通過其導(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(fù)載，因此當(dāng)信號產(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(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

　　2.3 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(jī)，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(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。