印刷电路板设计常用规则

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印刷电路板设计常用规则

  在设计印刷电路板的时候,要考虑抗干扰的问题,如果电路原理图设计正确,印刷电路板设计不当,也会对电子设备的可靠性产生不利影响。在设计中,采用抗干扰的措施很多,笔者将其中常用措施整理如下,与大家分享。

  1.地线、电源线设计在电子设备中,接地是控制干扰的重要方法。如能将接地和屏蔽正确结合起来使用,可解决大部分干扰问题。当电路板上信号频率小于1MHz,由于布线和元件之间的电磁感应影响很小,而接地电路形成的环流对于扰的影响较大,所以要采用一点接地,使其不形成回路。当信号频率高于10MlHz时,由于布线的电感效应明显,地线阻抗变得很大,此时接地电路形成的环流就不再是主要问题了,所以应采用多点接地,尽量降低地线阻抗。当工作频率在1-10MHz时,如果采用一点接地,其地线长度不应超过波长的l/20,否则应采用多点接地法。电路板上既有数字电路,又有模拟电路,应使它们尽量分开,而两者的地线不要相混,分别与电源端地线相连,而且尽量加大模拟电路引出端的接地面积。如果地线很细的话,则地线电阻将会较大,造成接地电位随电流的变化而变化,致使信号电平不稳,导致电路的抗干扰能力下降。因此应将接地线尽量加粗,在布线空间允许的情况下,要保证主要地线的宽度至少在2—3mm以上,元件引脚上的接地线应该在1.5mm左右。

  设计只由数字电路组成的印刷电路板的地线系统时,将接地线做成闭环路可以明显地提高抗噪声能力。其原因在于:印刷电路板上有很多集成电路元件,尤其遇有耗电多的元件时,因受接地线粗细的限制,会在接地结上产生较大的电位差,引起抗噪声能力下降,若将接地结构成环路,则会缩小电位差值,提高电子设备的抗干扰能力。

  电源线的布置要根据电流的大小尽量加粗走线宽度。在布线工作的最后,用地线将电路板的底层没有走线的地方铺满。对于单片机闲置的I\O口,不要悬空,要接地或接电源。其它IC的闲置端在不改变系统逻辑的情况下接地或接电源。

  2.电磁兼容性设计电磁兼容性是指电子设备在各种电磁环境中仍能够协调、有效地进行工作的能力。电磁兼容性设计的目的是使电子设备既能抑制各种外来的干扰,使电子设备在特定的电磁环境中能够正常工作,同时又能减少电子设备本身对其它电子设备的电磁干扰。

  由于瞬变电流在印制线条上所产生的冲击干扰主要是由印制导线的电感成分造成的,因此应尽量减小印制导线的电感量。印制导线的电感量与其长度成正比,与其宽度成反比,因而短而宽的导线对抑制干扰是有利的。时钟引线、行驱动器或总线驱动器的信号线常常载有大的瞬变电流,印制导线要尽可能的短。对于分立元件电路,印制导线宽度在1.5mm左右时,即可完全满足要求;对于集成电路,印制导线宽度可在0.2—1.0mm之间选择。

  采用正确的布线策略。采用平等走线可以减少导线电感,但导线之间的互感和分布电容增加,如果布局允许,最好采用井字形网状布线结构,具体做法是印制板的一面横向布线,另一面纵向布线,然后在交叉孔处用金属化孔相连。为了抑制印制板导线之间的串扰,在设计布线时应尽量避免长距离的平等走线,尽可能拉开线与线之间的距离,信号线与地线及电源线尽可能不交叉。在一些对干扰十分敏感的信号线之间设置一根接地的印制线,可以有效地抑制串扰。由于电路板的一个过孔会带来大约10pF的电容效应,此时对高频电路将会引入太多的干扰,所以在布线时应尽可能地减少过孔数。过孔多还会造成电路板的机械强度降低。

  为了避免高频信号通过印制导线时产生的电磁辐射,在印刷电路板布线时,还应注意以下几点:

  (1)尽量减少印制导线的不连续性,例如导线宽度不要突变,导线的拐角应大于90度,禁止环状走线等。

  (2)时钟信号引线最容易产生电磁辐射干扰,走线时应与地线回路相靠近,驱动器应紧挨着连接器。

  (3)总线驱动器应紧挨其欲驱动的总线。对于那些离开印刷电路板的引线,驱动器应紧紧挨着连接器。

  (4)数据总线的布线应每两根信号线之间夹一根信号地线。最好是紧紧挨着最不重要的地址引线放置地回路,因为后者常载有高频电流。

  3.去耦电容配置在直流电源回路中,负载的变化会引起电源噪声。配置去耦电容可以抑制因负载变化而产生的噪声,是印制电路板的可靠性设计的一种常规做法,配置原则如下:

  (1)印刷电路板的电源输入端跨接一个10~100μF的电解电容器,如果印制电路板的位置允许,采用100μF以上的电解电容器的抗干扰效果会更好。

  (2)每个集成电路芯片放置一个0.01μF的瓷片电容。

  另外,对于输入输出的模拟信号,与单片机之间最好通过光耦进行隔离。

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