PCB设计原则之抗干扰

caroline11

具有微处理器的电子系统，抗干扰和电磁兼容性是设计过程中必须考虑的问题，特别是对于时钟频率高、总线周期快的系统；含有大功率、大电流驱动电路的系统；含微弱模拟信号以及高精度 A/D 变换电路的系统。为增加系统抗电磁干扰能力应考虑采取以下措施：

1）选用时钟频率低的微处理器。只要控制器性能能够满足要求，时钟频率越低越好，低的时钟可以有效降低噪声和提高系统的抗干扰能力。由于方波中包含各种频率成分，其高频成分很容易成为噪声源，一般情况下，时钟频率 3 倍的高频噪声是最具危险性的。

2）减小信号传输中的畸变。当高速信号（信号频率高=上升沿和下降沿快的信号）在铜膜线上传输时，由于铜膜线电感和电容的影响，会使信号发生畸变，当畸变过大时，就会使系统工作不可靠。一般要求，信号在电路板上传输的铜膜线越短越好，过孔数目越少越好。典型值：长度不超过 25cm，过孔数不超过 2 个。

3）减小信号间的交叉干扰。当一条信号线具有脉冲信号时，会对另一条具有高输入阻抗的弱信号线产生干扰，这时需要对弱信号线进行隔离，方法是加一个接地的轮廓线将弱信号包围起来，或者是增加线间距离，对于不同层面之间的干扰可以采用增加电源和地线层面的方法解决。

4）减小来自电源的噪声。电源在向系统提供能源的同时，也将其噪声加到所供电的系统中，系统中的复位、中断以及其它一些控制信号最易受外界噪声的干扰，所以，应该适当增加电容来滤掉这些来自电源的噪声。

5）注意电路板与元器件的高频特性。在高频情况下，电路板上的铜膜线、焊盘、过孔、电阻、电容、接插件的分布电感和电容不容忽略。由于这些分布电感和电容的影响，当铜膜线的长度为信号或噪声波长的 1/20 时，就会产生天线效应，对内部产生电磁干扰，对外发射电磁波。 一般情况下，过孔和焊盘会产生 0.6pF 的电容，一个集成电路的封装会产生 2~6pF 的电容，一个电路板的接插件会产生 520mH 的电感，而一个 DIP-24 插座有 18nH 的电感，这些电容和电感对低时钟频率的电路没有任何影响，而对于高时钟频率的电路必须给予注意。

6）元件布置要合理分区。元件在电路板上排列的位置要充分考虑抗电磁干扰问题。原则之一就是各个元件之间的铜膜线要尽量的短，在布局上，要把模拟电路、数字电路和产生大噪声的电路（继电器、大电流开关等）合理分开，使它们相互之间的信号耦合最小。

7）处理好地线。按照前面提到的单点接地或多点接地方式处理地线。将模拟地、数字地、大功率器件地分开连接，再汇聚到电源的接地点。 电路板以外的引线要用屏蔽线，对于高频和数字信号，屏蔽电缆两端都要接地，低频模拟信号用的屏蔽线，一般采用单端接地。对噪声和干扰非常敏感的电路或高频噪声特别严重的电路应该用金属屏蔽罩屏蔽。

8）去耦电容。去耦电容以瓷片电容或多层陶瓷电容的高频特性较好。设计电路板时，每个集成电路的电源和地线之间都要加一个去耦电容。去耦电容有两个作用，一方面是本集成电路的储能电容，提供和吸收该集成电路开门和关门瞬间的充放电电能，另一方面，旁路掉该器件产生的高频噪声。数字电路中典型的去耦电容为 0.1μF，这样的电容有 5nH 的分布电感，可以对 10MHz 以下的噪声有较好的去耦作用。一般情况下，选择 0.01~0.1μF 的电容都可以。

一般要求没 10 片左右的集成电路增加一个 10μF 的充放电电容。 另外，在电源端、电路板的四角等位置应该跨接一个 10~100μF 的电容。