关于PCB设计中的电磁兼容问题分析

发表时间:2019/4/18   来源:《电力设备》2018年第30期   作者:蒋威 林献水
[导读] 摘要:对于电子系统以及电子设备开发设计阶段,需要对电磁兼容性指标进行重视,同时相应的国际标准也出台了。
        (无锡中微爱芯电子有限公司  江苏无锡  214000)
        摘要:对于电子系统以及电子设备开发设计阶段,需要对电磁兼容性指标进行重视,同时相应的国际标准也出台了。因此,在对电路板实际的布局和布线当中,对电磁干扰相应方面需要重视。尽管能够确保电路原理图的准确性,但是对电路板没有合理设计,也会使得电磁干扰问题产生,将电子设备的可靠性降低。所以,在对PCB设计的实际设计当中就需要加强对电磁兼容性的重视。
        关键词:PCB设计;电磁兼容;问题
        1电磁兼容技术概述
        1.1干扰新路
        相对于电子装置当中的单元电路,在设计和选用当中需要采用抗干扰能力强以及辐射比较小的线路布局方式。信号比较小的放大器需要进行线性动态的增加,以此来对电路自身的承载能力提高,将非线性损失降低。在甲类状况当中所运行的功率放大器之后,通常会产生一些谐波;在乙类工作当中,需要采用推挽的方式对二次谐波进行控制。对于射频放大当中所采用的丙类状态,为了能够将谐波电平进行抑制,需要加强对高Q滤波器和锐调谐波器的合理应用。
        1.2科学布局电路与器件
        对于一些很容易产生影响的单元电路以及一些敏感元器件在应用中,需要尽可能的将干扰源远离;将输出口和输入口合理的阻隔;将一些低电平和高电平电缆以及脉冲引线合理的分布。
        1.3合理的电磁屏蔽
        对于干扰源需要采用屏蔽体进行包封,以此来对向外传播的电磁波辐射进行防止;相对于一些会对电路产生干扰的情况需要应用屏蔽器进行包封处理,以此将不良的能量进入情况阻止。电磁屏蔽当中尽可能的将一些远场辐射和进场感应灯所产生的电磁干扰途径进行阙短,并且也会对于相应的电子设备散热产生很大的影响,这样就会使得维修工作产生很大的难度,将成本提升,因此就需要科学合理的对其实施设计。
        1.4科学设置接地系统
        对低阻抗地线合理设置,以此来将设备和单元电路当中的屏蔽层以及接地系统限号电路屏蔽体合理的设计,并且对环路干扰系统合理的进行阻隔设计。
        2 PCB设计中常见的电磁兼容问题
        为了能够对于PCB设计当中所存在的电磁兼容问题合理的处理,首先就需要对其中所存在的相关电磁干扰问题进行熟悉,除此之外,还需要对其机理以及传播方式进行明确,在此基础上提出相应的处理方式,通常,PCB板当中所存在的电磁干扰主要有三类,分别是传导干扰、串音干扰以及辐射干扰。
        第一,传导干扰。传导干扰主要就是采用导线耦合以及共模抗耦合对其他的电路产生影响。比如,噪音在进入电路当中的某个系统,对于该电源当中的相关电路也会产生很大的影响。图1表示的是噪音通过共模阻抗耦合,电路1 与电路2 共同使用一根导线来对电源电压以及接地回路进行获取,若是电路1当中的电压升高,这样电路2当中的电压就会由于共同电源和两个回路当中的阻抗降低,在这当中,接地回路也是这样。
 
        图1共模阻抗耦合
        第二,辐射干扰。由空间电磁波辐射所产生的干扰为辐射干扰。电缆和内部线路之间的共模电流辐射主要是其主要内容。在传输线当中,电磁波对其照射之后会产生场到线的耦合状态,该线路当中所产生的分布小电压源可以有效的将其分为共模和差模分量。
        第三,串音干扰。这种问题主要值得就是信号干扰和其靠近的另外信号路径产生干扰。从该定义当中可以知道,串音干扰的产生很多都是和某个信号比较接近的电路和导体中产生,比如,PCB中的低电平信号,在某个带状线路当中存在,通常平行布线长度大于十二厘米时,就会出现串音干扰问题。然而由于串音干扰还能够从电场采用互容和磁场通常互感所造成的,因此,对于这种串音干扰问题,首先就需要从电磁互容和磁场互感方面加强重视,并且对其主要的原因进行综合分析,这样就能够很好的对该问题合理的处理。
        3 PCB设计中的电磁兼容的应用措施
        3.1合理布置元器件
        首先需要对元器件进行合理分组,其主要就是为了能够将印制板当中的空间进行分割处理,按照相同的组别进行置放,使得其在空间当中避免每一组元器件产生干扰,一般需要按照电源的电压实施分组处理,然后按照高低速以及数字和模拟电流大小实施分组处理。将一些不相容的器件合理设置,例如,一些比较重要的集成电路和发热的元器件需要合理的设置,将一些磁性元器件进行屏蔽,对件,CUP时钟发生器和一些比较敏感的元器件需要保持距离。根据电路板当中的元器件实际位置对连接器和引脚位置进行确定,尽可能的将印刷版一侧进行所有连接器的防治,在这当中还需要避免从两侧将电流引出,以此来对共模电流辐射降低。
        在印制板中布置高速、中速和低速逻辑电路时,应按图3 的方式排列器件。
        3.2选择印制板电路板
        电路板在印制当中的种类主要有单面、双面和多层板,相对于一些中密度和低密度电路和比较低集成性的电路通常会使用单面和双面板。相对于多层板的应用,通常主要在一些高集成度芯片以及高密度布线的数字电路当中应用比较多。同时,在印制板中布置高速、中速和低速逻辑电路时,应按图2的方式排列器件。
 
        图2混合电路元件布局
        3.3布置地线
        第一,相对于地线层上部的沟,多层板信号层中的高速信号轨线不能进行横跨;第二,只需要对地线引脚在A/D变换器芯片当中进行设置,并且在数字地桥和模拟器的连接部位进行该芯片的设置,以此来避免回流数字信号产生绕沟运行;第三,避免在地线沟进行上跨连接器,这主要是因为沟两侧的地电位有着一定的差异,采用外接电缆
        之后,使得其往往会产生共模辐射干扰;第四,通常在对双面板地线的设置中,按照井字形的网状结构来设置,即一层设置相应的和其垂直的地线,一层设置为梳形地线,继而通过过滤孔将其进行交叉连接。由于网状结构可以将信号电流自身的环路面积进行减小,同时尽量进行对地线的设置进行加粗处理,以此来对地线当中的分布电感降低。
        3.4布置电源线
        为了能够对印制板当中的电源实施供电,可以进行数字逻辑器的设置,同时在线路当中确保其具有瞬态变化的电流,所以在整个线路当中具有电磁空间辐射对其的干扰。在线路当中电感的存在会使得其出现共阻抗耦干扰,还会使得供电电压震荡和对集成片的速度产生影响。一般主要就是将供电线路和滤波去耦减少,以此来避免电源存在的干扰问题。
        采用轨线对双板实施供电。一般尽量进行轨线的加粗处理,同时将其进行接近,还需要对供电环路的面积降低和缩小,电源供电线路也不能产生重叠。然而,若是印刷版当中的布线密度很大,这样就很难实现该要求,而是需要在电路板当中进行小型电源母线的插入,以此实现供电。
        3.5布置信号线
        若是信号线不相容,就需要将电流大小和电压高低等进行远离,不能和布线进行平行。不相同层当中的信号在走向方面进行垂直设置,这样就能够将线路当中的电磁场和电场耦合干扰降低。最好能够根据信号的流向顺序进行信号的布置,避免其输入的信号折回。在有必要时需要在双面板高速信号两侧进行隔离地线的设置。同时还需要根据时钟线长短对高速时钟线进行布置,确保其具有相应的屏蔽作用。另外,需要对信号阻抗匹配问题加强重视。相对于阻抗匹配问题来讲,其主要就是信号线的特性阻抗需要和信号线的负载能够相同。特性阻抗和地线的相关物理因素有着直接的联系,都是属于固定信号。若是阻抗匹配不是很合理,就会导致传输信号出现反射,使得在数字波形中出现振荡现象,这样也就会使得逻辑混乱问题产生。通常,信号线当中的负载芯片比较温度。信号走向当中自身的特性阻抗产生改变就会使得信号不匹配问题。所以,在布线当中,就需要采用科学合理的措施,保证信号线在全程布置中特性阻抗相同。
        结语
        总之,对于PCB设计当中干扰问题是一项实践性比较强的工作,因此,在这当中就需要将实践和理论有效结合,这样才能够对问题合理处理,在设计中设计人员需要按照相应的要求,确保能够对电磁兼容相关知识有效认识,只有加强对PCB的合理设计,才可以对干扰实现有效抑制,这样就能够将系统自身的抗干扰能力提升,以此来对系统稳定性和可靠性提升。
        参考文献:
        [1]李延庆,马勇.浅谈PCB设计中的电磁兼容问题[J].汽车实用技术,2014(11):1-3.
        [2]杨婧婧.PCB的电磁兼容设计[J].机床电器,2012,39(04):53-55.
        [3]林若波.PCB电磁兼容设计中的电源和接地研究[J].电子测试,2007(01):92-94.
 
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