在線谘詢
印製電路板設計原則和抗幹擾措施  
時間:2015/6/9 16:47:16 點擊: 編輯:

     

    內容:印製電路板(PCB)是電子產品中電路元件和器件的支撐件.它提供電路元件和器件之間的電氣連接。隨著電於技術的飛速發展,PGB的密度越來越高。PCB設計的好壞對抗幹擾能力影響很大.因此,在進行PCB設計時.必須遵守PCB設計的一般原則,並應符合抗幹擾設計的要求。  

    PCB設計的一般原則 

    要使電子電路獲得****性能,元器件的布且及導線的布設是很重要的。為了設計質量好、造價低的PCB.應遵循以下一般原則:     1.布局 

    首先,要考慮PCB尺寸大小。PCB尺寸過大時,印製線條長,阻抗增加,抗噪聲能力下降,成本也增加;過小,則散熱不好,且鄰近線條易受幹擾。在確定PCB尺寸後.再確定特殊元件的位置。**後,根據電路的功能單元,對電路的全部元器件進行布局。     在確定特殊元件的位置時要遵守以下原則: 

    (1)盡可能縮短高頻元器件之間的連線,設法減少它們的分布參數和相互間的電磁幹擾。易受幹擾的元器件不能相互挨得太近,輸入和輸出元件應盡量遠離。 

    (2)某些元器件或導線之間可能有較高的電位差,應加大它們之間的距離,以免放電引出意外短路。帶高電壓的元器件應盡量布置在調試時手不易觸及的地方。 

    (3)重量超過15g的元器件、應當用支架加以固定,然後焊接。那些又大又重、發熱量多的元器件,不宜裝在印製板上,而應裝在整機的機箱底板上,且應考慮散熱問題。熱敏元件應遠離發熱元件。 

    (4)對於電位器、可調電感線圈、可變電容器、微動開關等可調元件的布局應考慮整機的結構要求。若是機內調節,應放在印製板上方便於調節的地方;若是機外調節,其位置要與調節旋鈕在機箱麵板上的位置相適應。 

    (5)應留出印製扳定位孔及固定支架所占用的位置。 

根據電路的功能單元.對電路的全部元器件進行布局時,要符合以下原則: 

    (1)按照電路的流程安排各個功能電路單元的位置,使布局便於信號流通,並使信號盡可能保持一致的方向。 

    (2)以每個功能電路的核心元件為中心,圍繞它來進行布局。元器件應均勻、整齊、緊湊地排列在PCB上.盡量減少和縮短各元器件之間的引線和連接。 

    (3)在高頻下工作的電路,要考慮元器件之間的分布參數。一般電路應盡可能使元器件平行排列。這樣,不但美觀.而且裝焊容易.易於批量生產。  

    (4)位於電路板邊緣的元器件,離電路板邊緣一般不小於2mm。電路板的****形狀為矩形。長寬比為3243。電路板麵尺寸大於200x150mm時.應考慮電路板所受的機械強度。  

    2.布線 

    布線的原則如下; 

    (1)輸入輸出端用的導線應盡量避免相鄰平行。****加線間地線,以免發生反饋藕合。     (2)印製攝導線的**小寬度主要由導線與絕緣基扳間的粘附強度和流過它們的電流值決定。  

    當銅箔厚度為0.05mm、寬度為1~15mm時.通過2A的電流,溫度不會高於3℃,因此導線寬度為1.5mm可滿足要求。對於集成電路,尤其是數字電路,通常選0.02~0.3mm導線寬度。當然,隻要允許,還是盡可能用寬線.尤其是電源線和地線。 

導線的**小間距主要由**壞情況下的線間絕緣電阻和擊穿電壓決定。對於集成電路,尤其是數字電路,隻要工藝允許,可使間距小至5~8mm 

    (3)印製導線拐彎處一般取圓弧形,而直角或夾角在高頻電路中會影響電氣性能。此外,盡量避免使用大麵積銅箔,否則.長時間受熱時,易發生銅箔膨脹和脫落現象。必須用大麵積銅箔時,****用柵格狀.這樣有利於排除銅箔與基板間粘合劑受熱產生的揮發性氣體。  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    3.焊盤 

    焊盤中心孔要比器件引線直徑稍大一些。焊盤太大易形成虛焊。焊盤外徑D一般不小於(d+1.2)mm,其中d為引線孔徑。對高密度的數字電路,焊盤**小直徑可取(d+1.0)mm  

    PCB及電路抗幹擾措施 

    印製電路板的抗幹擾設計與具體電路有著密切的關係,這裏僅就PCB抗幹擾設計的幾項常用措施做一些說明。     1.電源線設計 

    根據印製線路板電流的大小,盡量加租電源線寬度,減少環路電阻。同時、使電源線、地線的走向和數據傳遞的方向一致,這樣有助於增強抗噪聲能力。     2.地段設計 

    地線設計的原則是; 

    (1)數字地與模擬地分開。若線路板上既有邏輯電路又有線性電路,應使它們盡量分開。低頻電路的地應盡量采用單點並聯接地,實際布線有困難時可部分串聯後再並聯接地。高頻電路宜采用多點串聯接地,地線應短而租,高頻元件周圍盡量用柵格狀大麵積地箔。 

    (2)接地線應盡量加粗。若接地線用很紉的線條,則接地電位隨電流的變化而變化,使抗噪性能降低。因此應將接地線加粗,使它能通過三倍於印製板上的允許電流。如有可能,接地線應在2~3mm以上。 

    (3)接地線構成閉環路。隻由數字電路組成的印製板,其接地電路布成團環路大多能提高抗噪聲能力。 

    3.退藕電容配置 

    PCB設計的常規做法之一是在印製板的各個關鍵部位配置適當的退藕電容。退藕電容的一般配置原則是: 

    (1)電源輸入端跨接10~100uf的電解電容器。如有可能,接100uF以上的更好。     (2)原則上每個集成電路芯片都應布置一個0.01pF的瓷片電容,如遇印製板空隙不夠,可每4~8個芯片布置一個1~10pF的但電容。 

    (3)對於抗噪能力弱、關斷時電源變化大的器件,如RAMROM存儲器件,應在芯片的電源線和地線之間直接接入退藕電容。 

    (4)電容引線不能太長,尤其是高頻旁路電容不能有引線。此外,還應注意以下兩點:     (1在印製板中有接觸器、繼電器、按鈕等元件時.操作它們時均會產生較大火花放電,必須采用附圖所示的RC電路來吸收放電電流。一般R1~2KC2.2~47UF 

    (2CMOS的輸入阻抗很高,且易受感應,因此在使用時對不用端要接地或接正電源。    

印製電路板的可靠性設計-去耦電容配置   

--------------------------------------------------------------------------------     

--------------------------------------------------------------------------------   

在直流電源回路中,負載的變化會引起電源噪聲。例如在數字電路中,當電路從一個狀態轉換為另一種狀態時,就會在電源線上產生一個很大的尖峰電流,形成瞬變的噪聲電壓。配置去耦電容可以抑製因負載變化而產生的噪聲,是印製電路板的可靠性設計的一種常規做法,配置原則如下:  

  ●電源輸入端跨接一個10100uF的電解電容器,如果印製電路板的位置允許,采用100uF以上的電解電容器的抗幹擾效果會更好。  

  ●為每個集成電路芯片配置一個0.01uF的陶瓷電容器。如遇到印製電路板空間小而裝

 

 

 

 

 

 

 

 

 

不下時,可每410個芯片配置一個110uF鉭電解電容器,這種器件的高頻阻抗特別小,在500kHz20MHz範圍內阻抗小於1Ω,而且漏電流很小(0.5uA以下)。  

  ●對於噪聲能力弱、關斷時電流變化大的器件和ROMRAM等存儲型器件,應在芯片的電源線(Vcc)和地線(GND)間直接接入去耦電容。  

  ●去耦電容的引線不能過長,特別是高頻旁路電容不能帶引線。          

印製電路板的可靠性設計    

    目前電子器材用於各類電子設備和係統仍然以印製電路板為主要裝配方式。實踐證明,即使電路原理圖設計正確,印製電路板設計不當,也會對電子設備的可靠性產生不利影響。例如,如果印製板兩條細平行線靠得很近,則會形成信號波形的延遲,在傳輸線的終端形成反射噪聲。因此,在設計印製電路板的時候,應注意采用正確的方法。  一、地線設計  

    在電子設備中,接地是控製幹擾的重要方法。如能將接地和屏蔽正確結合起來使用,可解決大部分幹擾問題。電子設備中地線結構大致有係統地、機殼地(屏蔽地)、數字地(邏輯地)和模擬地等。在地線設計中應注意以下幾點: 1.正確選擇單點接地與多點接地 

      在低頻電路中,信號的工作頻率小於1MHz,它的布線和器件間的電感影響較小,而接地電路形成的環流對幹擾影響較大,因而應采用一點接地。當信號工作頻率大於10MHz時,地線阻抗變得很大,此時應盡量降低地線阻抗,應采用就近多點接地。當工作頻率在110MHz時,如果采用一點接地,其地線長度不應超過波長的1/20,否則應采用多點接地法。 

2.將數字電路與模擬電路分開 

      電路板上既有高速邏輯電路,又有線性電路,應使它們盡量分開,而兩者的地線不要相混,分別與電源端地線相連。要盡量加大線性電路的接地麵積。 3.盡量加粗接地線 

      若接地線很細,接地電位則隨電流的變化而變化,致使電子設備的定時信號電平不穩,抗噪聲性能變壞。因此應將接地線盡量加粗,使它能通過三位於印製電路板的允許電流。如有可能,接地線的寬度應大於3mm 4.將接地線構成閉環路 

       設計隻由數字電路組成的印製電路板的地線係統時,將接地線做成閉環路可以明顯的提高抗噪聲能力。其原因在於:印製電路板上有很多集成電路元件,尤其遇有耗電多的元件時,因受接地線粗細的限製,會在地結上產生較大的電位差,引起抗噪聲能力下降,若將接地結構成環路,則會縮小電位差值,提高電子設備的抗噪聲能力。   

二、電磁兼容性設計 

    電磁兼容性是指電子設備在各種電磁環境中仍能夠協調、有效地進行工作的能力。電磁兼容性設計的目的是使電子設備既能抑製各種外來的幹擾,使電子設備在特定的電磁環境中能夠正常工作,同時又能減少電子設備本身對其它電子設備的電磁幹擾. 1.選擇合理的導線寬度 

    由於瞬變電流在印製線條上所產生的衝擊幹擾主要是由印製導線的電感成分造成的,因此應盡量減小印製導線的電感量。印製導線的電感量與其長度成正比,與其寬度成反比,因而短而精的導線對抑製幹擾是有利的。時鍾引線、行驅動器或總線驅動器的信號線常常載有大的瞬變電流,印製導線要盡可能地短。對於分立元件電路,印製導線寬度在1.5mm左右時,即可完全滿足要求;對於集成電路,印製導線寬度可在0.21.0mm之間選擇

2.采用正確的布線策略 

    采用平等走線可以減少導線電感,但導線之間的互感和分布電容增加,如果布局允許,****采用井字形網狀布線結構,具體做法是印製板的一麵橫向布線,另一麵縱向布

 

 

 

 

 

 

 

 

 

線,然後在交叉孔處用金屬化孔相連。  

    為了抑製印製板導線之間的串擾,在設計布線時應盡量避免長距離的平等走線,盡可能拉開線與線之間的距離,信號線與地線及電源線盡可能不交叉。在一些對幹擾十分敏感的信號線之間設置一根接地的印製線,可以有效地抑製串擾

    為了避免高頻信號通過印製導線時產生的電磁輻射,在印製電路板布線時,還應注意以下幾點:  

●盡量減少印製導線的不連續性,例如導線寬度不要突變,導線的拐角應大於90度禁止環狀走線等。  

●時鍾信號引線**容易產生電磁輻射幹擾,走線時應與地線回路相靠近,驅動器應緊挨著連接器。  

●總線驅動器應緊挨其欲驅動的總線。對於那些離開印製電路板的引線,驅動器應緊緊挨著連接器。  

●數據總線的布線應每兩根信號線之間夾一根信號地線。****是緊緊挨著**不重要的地址引線放置地回路,因為後者常載有高頻電流。  

●在印製板布置高速、中速和低速邏輯電路時,應按照圖1的方式排列器件  

3.抑製反射幹擾 

    為了抑製出現在印製線條終端的反射幹擾,除了特殊需要之外,應盡可能縮短印製線的長度和采用慢速電路。必要時可加終端匹配,即在傳輸線的末端對地和電源端各加接一個相同阻值的匹配電阻。根據經驗,對一般速度較快的TTL電路,其印製線條長於10cm以上時就應采用終端匹配措施。匹配電阻的阻值應根據集成電路的輸出驅動電流及吸收電流的****值來決定.    

三、去耦電容配置 

    在直流電源回路中,負載的變化會引起電源噪聲。例如在數字電路中,當電路從一個狀態轉換為另一種狀態時,就會在電源線上產生一個很大的尖峰電流,形成瞬變的噪聲電壓。配置去耦電容可以抑製因負載變化而產生的噪聲,是印製電路板的可靠性設計的一種常規做法,配置原則如下

●電源輸入端跨接一個10100uF的電解電容器,如果印製電路板的位置允許,采用100uF以上的電解電容器的抗幹擾效果會更好

●為每個集成電路芯片配置一個0.01uF的陶瓷電容器。如遇到印製電路板空間小而裝不下時,可每410個芯片配置一個110uF鉭電解電容器,這種器件的高頻阻抗特別小,在500kHz20MHz範圍內阻抗小於1Ω,而且漏電流很小(0.5uA以下)。 

●對於噪聲能力弱、關斷時電流變化大的器件和ROMRAM等存儲型器件,應在芯片的電源線(Vcc)和地線(GND)間直接接入去耦電容

●去耦電容的引線不能過長,特別是高頻旁路電容不能帶引線    

四、印製電路板的尺寸與器件的布置 

    印製電路板大小要適中,過大時印製線條長,阻抗增加,不僅抗噪聲能力下降,成本也高;過小,則散熱不好,同時易受臨近線條幹擾.  

    在器件布置方麵與其它邏輯電路一樣,應把相互有關的器件盡量放得靠近些,這樣可以獲得較好的抗噪聲效果。如圖2所示。時種發生器、晶振和CPU的時鍾輸入端都易產生噪聲,要相互靠近些。易產生噪聲的器件、小電流電路、大電流電路等應盡量遠離邏輯電路,如有可能,應另做電路板,這一點十分重要.    

五、熱設計 

    從有利於散熱的角度出發,印製版****是直立安裝,板與板之間的距離一般不應小於2cm,而且器件在印製版上的排列方式應遵循一定的規則:  

    ·對於采用自由對流空氣冷卻的設備,****是將集成電路(或其它器件)按縱長方式

  

排列,如圖3示;對於采用強製空氣冷卻的設備,****是將集成電路(或其它器件)按橫長方式排列,如圖4所示.  

·     同一塊印製板上的器件應盡可能按其發熱量大小及散熱程度分區排列,發熱量小或耐熱性差的器件(如小信號晶體管、小規模集成電路、電解電容等)放在冷卻氣流的**上流(入口處),發熱量大或耐熱性好的器件(如功率晶體管、大規模集成電路等)放在冷卻氣流**下遊 

    ·在水平方向上,大功率器件盡量靠近印製板邊沿布置,以便縮短傳熱路徑;在垂直方向上,大功率器件盡量靠近印製板上方布置,以便減少這些器件工作時對其它器件溫度的影響。 

·     對溫度比較敏感的器件****安置在溫度****的區域(如設備的底部),千萬不要將它放在發熱器件的正上方,多個器件****是在水平麵上交錯布局 

·設備內印製板的散熱主要依靠空氣流動,所以在設計時要研究空氣流動路徑,合理配置器件或印製電路板。空氣流動時總是趨向於阻力小的地方流動,所以在印製電路板上配置器件時,要避免在某個區域留有較大的空域。整機中多塊印製電路板的配置也應注意同樣的問題

    大量實踐經驗表明,采用合理的器件排列方式,可以有效地降低印製電路的溫升,從而使器件及設備的故障率明顯下降 

    以上所述隻是印製電路板可靠性設計的一些通用原則,印製電路板可靠性與具體電路有著密切的關係,在設計中不還需根據具體電路進行相應處理,才能****程度地保證印製電路板的可靠性。  (


上一條:沒有了!  下一條:如何有效的解決幹擾問題

在線客服

網上銷售/何經理
點擊這裏給我發消息
技術支持/舒工
點擊這裏給我發消息
何經理
點擊這裏給我發消息