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如何去抑制电子设备中电磁干扰的产生?


PCB元器件布局要求
其他一些降低噪声与电磁干扰的方法

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刘勉励

2021-4-21 15:28:19
  电磁干扰广泛存在于各类电子电气设备中,各种电子电气设备在工作时或多或少都会向外发射电磁波,这种电磁波会对整个设备正常工作造成干扰。在电子产品设计中由于对电磁兼容性的考虑不足,致使一些电气和电子产品不合格,因此作者就该问题总结了一些应注意的要点。
  地线连接
  模拟和数字威廉希尔官方网站 拥有独立的电源和地线通路,尽量加宽这两部分威廉希尔官方网站 的电源与地线,或采用分开的电源层与接地层,以便减小电源与地线回路的阻抗,减小任何可能在电源与地线回路中的干扰电压。
  单独工作的PCB的模拟地和数字地可在系统接地点附近单点汇接,如电源电压一致,模拟和数字威廉希尔官方网站 的电源在电源入口单点汇接,如电源电压不一致,在两电源较近处并-1~2μf的电容,给两电源问的信号返回电流提供通路。
  理想的地线是一个零阻抗,零电位的物理实体,它不仅是信号的参考点,而且电流流过时不会产生电压降。在实际的电气电子设备中,这种理想地线是不存在的,当电流流过地线时必然会产生电压降。据此可根据地线中干扰形成机理可归结为以下两点,第一,减小低阻抗和电源馈线阻抗。第二,正确选择接地方式和阻隔地环路,按接地方式来分有悬浮地、单点接地、多点接地、混合接地。如果敏感线的干扰主要来自外部空间或系统外壳,此时可采用悬浮地的方式加以解决,但是悬浮地设备容易产生静电积累,当电荷达到一定程度后,会产生静电放电,所以悬浮地不宜用于一般的电子设备。
  PCB元器件布局要求
  威廉希尔官方网站 元件和信号通路的布局必须最大限度地减少无用信号的相互耦合:
  (1)低电子信号通道不能靠近高电平信号通道和无滤波的电源线,包括能产生瞬态过程的威廉希尔官方网站 。
  (2)高、中、低速逻辑威廉希尔官方网站 在PCB上要用不同区域。
  (3)安排威廉希尔官方网站 时要使得信号线长度最小。
  (4)保证相邻板之间、同一板相邻层面之间、同一层面相邻布线之间不能有过长的平行信号线。
  (5)电磁干扰(EMI)滤波器要尽可能靠近EMI源,并放在同一块线路板上。
  (6)DC/DC变换器、开关元件和整流器应尽可能靠近变压器放置,以使其导线长度最小。
  (7)尽可能靠近整流二极管放置调压元件和滤波电容器。
  (8)印制板按频率和电流开关特性分区,噪声元件与非噪声元件要距离再远一些。
  (9)对噪声敏感的布线不要与大电流,高速开关线平行。
  多层板设计
  在多层板设计中电源平面应靠近接地平面,并且安排在接地平面之下。这样可以利用两金属平板问的电容作电源的平滑电容,同时接地平面还对电源平面上分布的辐射电流起到屏蔽作用;为了产生通量对消作用布线层应安排与整块金属平面相邻;在中间层的印制线条形成平面波导,在表面形成微带线,两者传输特性不同;时钟威廉希尔官方网站 和高频威廉希尔官方网站 是主要的干扰和辐射源,一定要单独安排、远离敏感威廉希尔官方网站 ;所有的具有一定电压的印制板都会向空间辐射电磁能量,为减小这个效应,印制板的物理尺寸都应该比最靠近的接地板的物理尺寸小20H,其中H是两个印制板面的间距。按照一般典型印制板尺寸,20H一般为3mm左右,
  为避免发生两条印制线间距比较小时所引起的电磁串扰,应保持任何线条间距不小于2倍的印制线条宽度,即不小于2W,w为印制线路的宽度。
  设置去耦电容
  好的高频去耦电容可以去除高到1GHZ的高频成份。陶瓷片电容或多层陶瓷电容的高频特性较好。设计印刷线路板时,每个集成威廉希尔官方网站 的电源,地之间都要加一个去耦电容。去耦电容有两个作用:一方面是本集成威廉希尔官方网站 的蓄能电容,提供和吸收该集成威廉希尔官方网站 开门关门瞬间的充放电能:另一方面旁路掉该器件的高频噪声。
  抑制线间的电磁耦合
  减小干扰源和敏感威廉希尔官方网站 的环路面积。最好的办法是使用双绞线和屏蔽线,让信号线与接地线(或载流回路)扭绞在一起,以便使信号与接地线(或载流回路)之间的距离最近;增大线间的距离,使得干扰源与受感应的线路之间的互感尽可能地小;如有可能,使得干扰源的线路与受感应的线路呈直角(或接近直角)布线,这样可大大降低两线路间的耦合;
  其他一些降低噪声与电磁干扰的方法
  (1)用地线将时钟区圈起来,时钟线尽量短。
  (2)尽量为继电器等提供某种形式的阻尼。
  (3)使用满足系统要求的最低频率时钟。
  (4)时钟产生器尽量靠近到用该时钟的器件。石英晶体振荡器外壳要接地。
  (5)I/O驱动威廉希尔官方网站 尽量靠近印刷板边,让其尽快离开印刷板。对进入印制板的信号要加滤波,从高噪声区来的信号也要加滤波,同时用串终端电阻的办法,减小信号反射。
  (6)闲置不用的门威廉希尔官方网站 输入端不要悬空,闲置不用的运放正输入端接地,负输入端接输出端。
  (7)印制板尽量使用45度折线而不用90度折线布线以减小高频信号对外的发射与耦合。
  (8)时钟、总线、片选信号要远离I/O线和接插件。
  (9)模拟电压输入线、参考电压端要尽量远离数字威廉希尔官方网站 信号线,特别是时钟。
  对A/D类器件,数字部分与模拟部分宁可统一下也不要交叉。
  (10)石英晶体下面以及对噪声敏感的器件下面不要走线。
  结论
  在PCB设计中要处分考虑到各种干扰所产生的影响,完整的设计能够有效拟制电磁干扰,缩短产品设计周期,提高系统稳定性和可靠性。
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