印刷電路板（PCB）開發(fā)技術(shù)中電磁兼容研究

電磁兼容性(EMC， Electromagnetic Compatibility)是指電子設(shè)備在各種電磁環(huán)境中仍能夠協(xié)調(diào)、有效地進(jìn)行工作的能力。電磁兼容性設(shè)計(jì)的目的是使電子設(shè)備既能抑制各種外來的干擾，使電子設(shè)備在特定的電磁環(huán)境中能夠正常工作，同時(shí)又能減少電子設(shè)備本身對(duì)其它電子設(shè)備的電磁干擾。印刷電路板(PCB)設(shè)計(jì)中的電磁兼容性涉及多方面因數(shù)，以下主要從三大部分加以闡述，具體選擇要綜合各方面因數(shù)。

一 印刷電路板整體布局及器件布置

1.一個(gè)產(chǎn)品的成功與否，一是要注重內(nèi)在質(zhì)量，二是兼顧整體的美觀，兩者都較完美才能認(rèn)為該產(chǎn)品是成功的；在一個(gè)PCB板上，元件的布局要求要均衡，疏密有序，不能頭重腳輕或一頭沉，過孔要盡量少；電路板的最佳形狀為矩形。長寬比為3：2或4：3;4 層板比雙面板噪聲低20dB.6層板比4層板噪聲低10dB，經(jīng)濟(jì)條件允許時(shí)盡量用多層板。

2.電路板一般分模擬電路區(qū)(怕干擾)，數(shù)字電路區(qū)(怕干擾、又產(chǎn)生干擾)，功率驅(qū)動(dòng)區(qū)(干擾源)，故步板時(shí)要合理地分成三區(qū)。

3.器件一般選擇功耗低，穩(wěn)定性好的器件，而且盡量少用高速器件。

4.線條有講究：有條件做寬的線決不做細(xì);高壓及高頻線應(yīng)園滑，不得有尖銳的倒角，拐彎也不得采用直角。地線應(yīng)盡量寬，最好使用大面積敷銅，這對(duì)接地點(diǎn)問題有相當(dāng)大的改善。

5.外時(shí)鐘是高頻的噪聲源，除能引起對(duì)本應(yīng)用系統(tǒng)的干擾之外，還可能產(chǎn)生對(duì)外界的干擾，使電磁兼容檢測不能達(dá)標(biāo)。在對(duì)系統(tǒng)可靠性要求很高的應(yīng)用系統(tǒng)中，選用頻率低的單片機(jī)是降低系統(tǒng)噪聲的原則之一。以8051單片機(jī)為例，最短指令周期1?s時(shí)，外時(shí)鐘是12MHz。而同樣速度的Motorola 單片機(jī)系統(tǒng)時(shí)鐘只需4MHz，更適合用于工控系統(tǒng)。近年來，一些生產(chǎn)8051兼容單片機(jī)的廠商也采用了一些新技術(shù)，在不犧牲運(yùn)算速度的前提下將對(duì)外時(shí)鐘的需求降至原來的1/3.而Motorola 單片機(jī)在新推出的68HC08系列以及其16/32位單片機(jī)中普遍采用了內(nèi)部鎖相環(huán)技術(shù)，將外部時(shí)鐘頻率降至32KHz，而內(nèi)部總線速度卻提高到8MHz乃至更高。

6.布線要有合理的走向：如輸入/輸出，交流/直流，強(qiáng)/弱信號(hào)，高頻/低頻，高壓/低壓等……，它們的走向應(yīng)該是呈線形的(或分離)，不得相互交融。其目的是防止相互干擾。最好的走向是按直線，但一般不易實(shí)現(xiàn)，最不利的走向是環(huán)形。對(duì)于是直流，小信號(hào)，低電壓PCB設(shè)計(jì)的要求可以低些。所以“合理”是相對(duì)的。上下層之間走線的方向基本垂直。整個(gè)板子的不想要均勻，能不擠的不要擠在一齊。

7.在器件布置方面與其它邏輯電路一樣，應(yīng)把相互有關(guān)的器件盡量放得靠近些，這樣可以獲得較好的抗噪聲效果。時(shí)鐘發(fā)生器、晶振和CPU的時(shí)鐘輸入端都易產(chǎn)生噪聲，要相互靠近些，特別是晶振下方不要走信號(hào)線。易產(chǎn)生噪聲的器件、小電流電路、大電流電路等應(yīng)盡量遠(yuǎn)離邏輯電路，如有可能，應(yīng)另做電路板，這一點(diǎn)十分重要。二 地線技術(shù)SkE安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)

1.模擬電路和數(shù)字電路在元件布局圖的設(shè)計(jì)和布線方法上有許多相同和不同之處。模擬電路中，由于放大器的存在，由布線產(chǎn)生的極小噪聲電壓，都會(huì)引起輸出信號(hào)的嚴(yán)重失真，在數(shù)字電路中，TTL噪聲容限為0.4V～0.6V，CMOS噪聲容限為Vcc的0.3～0.45倍，故數(shù)字電路具有較強(qiáng)的抗干擾的能力。良好的電源和地總線方式的合理選擇是儀器可靠工作的重要保證，相當(dāng)多的干擾源是通過電源和地總線產(chǎn)生的，其中地線引起的噪聲干擾最大。

2.數(shù)字地與模擬地分開(或一點(diǎn)接地)，地線加寬，要根據(jù)電流決定線寬，一般來說越粗越好(100mil線經(jīng)約通過1到2A的電流)。地線>電源線>信號(hào)線是線寬的合理選擇。

3.電源線和地線盡可能靠近，整塊印刷板上的電源與地要呈“井”字形分布，以便使分布線電流達(dá)到均衡。

4.為減少線間串?dāng)_，必要時(shí)可增加印刷線條間距離，在其安插一些零伏線作為線間隔離。特別是輸入輸出信號(hào)間，

三 去耦、濾波、隔離三大技術(shù)

1.去耦、濾波、隔離是硬件抗干擾常用的三大措施。

2.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；原則上每個(gè)集成電路芯片都應(yīng)布置一個(gè)0.01pF的瓷片電容，如遇印制板空隙不夠，可每4~8個(gè)芯片布置一個(gè)1~10pF的但電容；對(duì)于抗噪能力弱、關(guān)斷時(shí)電源變化大的器件，如RAM、ROM存儲(chǔ)器件，應(yīng)在芯片的電源線和地線之間直接接入退藕電容。

3.濾波指各類信號(hào)按頻率特性分類并控制它們的方向。常用的有各種低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器。低通濾波器用在接入的交流電源線上，旨在讓50周的交流電順利通過，將其它高頻噪聲導(dǎo)入大地。低通濾波器的配置指標(biāo)是插入損耗，選擇的低通濾波器插入損耗過低起不到抑制噪聲的作用，而過高的插入損耗會(huì)導(dǎo)致“漏電”，影響系統(tǒng)的人身安全性。高通、帶通濾波器則應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)中對(duì)信號(hào)的處理要求選擇使用。

4.典型的信號(hào)隔離是光電隔離。使用光電隔離器件將單片機(jī)的輸入