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電磁兼容設計中的幾個(gè)“機密”
日期：2024-06-21 02:08
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摘要：一、電磁兼容性設計
電磁兼容性是指電子設備在各種電磁環(huán)境中仍能夠協(xié)調、有效地進(jìn)行工作的能力。電磁兼容性設計的目的是使電子設備既能抑制各種外來(lái)的干擾，使電子設備在特定的電磁環(huán)境中能夠正常工作，同時(shí)又能減少電子設備本身對其它電子設備的電磁干擾。
1.選擇合理的導線(xiàn)寬度
由于瞬變電流在印制線(xiàn)條上所產(chǎn)生的沖擊干擾主要是由印制導線(xiàn)的電感成分造成的，因此應盡量減小印制導線(xiàn)的電感量。印制導線(xiàn)的電感量與其長(cháng)度成正比，與其寬度成反比，因而短而精的導線(xiàn)對抑制干擾是有利的。時(shí)鐘引線(xiàn)...
一、電磁兼容性設計
電磁兼容性是指電子設備在各種電磁環(huán)境中仍能夠協(xié)調、有效地進(jìn)行工作的能力。電磁兼容性設計的目的是使電子設備既能抑制各種外來(lái)的干擾，使電子設備在特定的電磁環(huán)境中能夠正常工作，同時(shí)又能減少電子設備本身對其它電子設備的電磁干擾。
1.選擇合理的導線(xiàn)寬度
由于瞬變電流在印制線(xiàn)條上所產(chǎn)生的沖擊干擾主要是由印制導線(xiàn)的電感成分造成的，因此應盡量減小印制導線(xiàn)的電感量。印制導線(xiàn)的電感量與其長(cháng)度成正比，與其寬度成反比，因而短而精的導線(xiàn)對抑制干擾是有利的。時(shí)鐘引線(xiàn)、行驅動(dòng)器或總線(xiàn)驅動(dòng)器的信號線(xiàn)常常載有大的瞬變電流，印制導線(xiàn)要盡可能地短。對于分立元件電路，印制導線(xiàn)寬度在1.5mm左右時(shí)，即可完全滿(mǎn)足要求；對于集成電路，印制導線(xiàn)寬度可在0.2～1.0mm之間選擇。
2.采用正確的布線(xiàn)策略
采用平等走線(xiàn)可以減少導線(xiàn)電感，但導線(xiàn)之間的互感和分布電容增加，如果布局允許，*好采用井字形網(wǎng)狀布線(xiàn)結構，具體做法是印制板的一面橫向布線(xiàn)，另一面縱向布線(xiàn)，然后在交叉孔處用金屬化孔相連。
為了抑制印制板導線(xiàn)之間的串擾，在設計布線(xiàn)時(shí)應盡量避免長(cháng)距離的平等走線(xiàn)，盡可能拉開(kāi)線(xiàn)與線(xiàn)之間的距離，信號線(xiàn)與地線(xiàn)及電源線(xiàn)盡可能不交叉。在一些對干擾十分敏感的信號線(xiàn)之間設置一根接地的印制線(xiàn)，可以有效地抑制串擾。
為了避免高頻信號通過(guò)印制導線(xiàn)時(shí)產(chǎn)生的電磁輻射，在印制電路板布線(xiàn)時(shí)，還應注意以下幾點(diǎn)：
●盡量減少印制導線(xiàn)的不連續性，例如導線(xiàn)寬度不要突變，導線(xiàn)的拐角應大于90度禁止環(huán)狀走線(xiàn)等。
●時(shí)鐘信號引線(xiàn)*容易產(chǎn)生電磁輻射干擾，走線(xiàn)時(shí)應與地線(xiàn)回路相靠近，驅動(dòng)器應緊挨著(zhù)連接器。
●總線(xiàn)驅動(dòng)器應緊挨其欲驅動(dòng)的總線(xiàn)。對于那些離開(kāi)印制電路板的引線(xiàn)，驅動(dòng)器應緊緊挨著(zhù)連接器。
●數據總線(xiàn)的布線(xiàn)應每?jì)筛盘柧€(xiàn)之間夾一根信號地線(xiàn)。*好是緊緊挨著(zhù)*不重要的地址引線(xiàn)放置地回路，因為后者常載有高頻電流。
3.抑制反射干擾
為了抑制出現在印制線(xiàn)條終端的反射干擾，除了特殊需要之外，應盡可能縮短印制線(xiàn)的長(cháng)度和采用慢速電路。必要時(shí)可加終端匹配，即在傳輸線(xiàn)的末端對地和電源端各加接一個(gè)相同阻值的匹配電阻。根據經(jīng)驗，對一般速度較快的TTL電路，其印制線(xiàn)條長(cháng)于10cm以上時(shí)就應采用終端匹配措施。匹配電阻的阻值應根據集成電路的輸出驅動(dòng)電流及吸收電流的*大值來(lái)決定。
二、去耦電容配置
在直流電源回路中，負載的變化會(huì )引起電源噪聲。例如在數字電路中，當電路從一個(gè)狀態(tài)轉換為另一種狀態(tài)時(shí)，就會(huì )在電源線(xiàn)上產(chǎn)生一個(gè)很大的尖峰電流，形成瞬變的噪聲電壓。配置去耦電容可以抑制因負載變化而產(chǎn)生的噪聲，是印制電路板的可靠性設計的一種常規做法，配置原則如下：
●電源輸入端跨接一個(gè)10～100uF的電解電容器，如果印制電路板的位置允許，采用100uF以上的電解電容器的抗干擾效果會(huì )更好。
●為每個(gè)集成電路芯片配置一個(gè)0.01uF的陶瓷電容器。如遇到印制電路板空間小而裝不下時(shí)，可每4～10個(gè)芯片配置一個(gè)1～10uF鉭電解電容器，這種器件的高頻阻抗特別小，在500kHz～20MHz范圍內阻抗小于1Ω，而且漏電流很?。?.5uA以下）。
●對于噪聲能力弱、關(guān)斷時(shí)電流變化大的器件和ROM、RAM等存儲型器件，應在芯片的電源線(xiàn)（Vcc）和地線(xiàn)（GND）間直接接入去耦電容。
●去耦電容的引線(xiàn)不能過(guò)長(cháng)，特別是高頻旁路電容不能帶引線(xiàn)。
三、印制電路板的尺寸與器件的布置
印制電路板大小要適中，過(guò)大時(shí)印制線(xiàn)條長(cháng)，阻抗增加，不僅抗噪聲能力下降，成本也高；過(guò)小，則散熱不好，同時(shí)易受臨近線(xiàn)條干擾。
在器件布置方面與其它邏輯電路一樣，應把相互有關(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)種發(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。易產(chǎn)生噪聲的器件、小電流電路、大電流電路等應盡量遠離邏輯電路，如有可能，應另做電路板，這一點(diǎn)十分重要。
四、熱設計
從有利于散熱的角度出發(fā)，印制版*好是直立安裝，板與板之間的距離一般不應小于2cm，而且器件在印制版上的排列方式應遵循一定的規則：
·對于采用自由對流空氣冷卻的設備，*好是將集成電路（或其它器件）按縱長(cháng)方式排列，對于采用強制空氣冷卻的設備，*好是將集成電路（或其它器件）按橫長(cháng)方式排列。
·同一塊印制板上的器件應盡可能按其發(fā)熱量大小及散熱程度分區排列，發(fā)熱量小或耐熱性差的器件（如小信號晶體管、小規模集成電路、電解電容等）放在冷卻氣流的*上流（入口處），發(fā)熱量大或耐熱性好的器件（如功率晶體管、大規模集成電路等）放在冷卻氣流*下游。
·在水平方向上，大功率器件盡量靠近印制板邊沿布置，以便縮短傳熱路徑；在垂直方向上，大功率器件盡量靠近印制板上方布置，以便減少這些器件工作時(shí)對其它器件溫度的影響?！囟缺容^敏感的器件*好安置在溫度*低的區域（如設備的底部），千萬(wàn)不要將它放在發(fā)熱器件的正上方，多個(gè)器件*好是在水平面上交錯布局。
·設備內印制板的散熱主要依靠空氣流動(dòng)，所以在設計時(shí)要研究空氣流動(dòng)路徑，合理配置器件或印制電路板?？諝饬鲃?dòng)時(shí)總是趨向于阻力小的地方流動(dòng)，所以在印制電路板上配置器件時(shí)，要避免在某個(gè)區域留有較大的空域。整機中多塊印制電路板的配置也應注意同樣的問(wèn)題。
大量實(shí)踐經(jīng)驗表明，采用合理的器件排列方式，可以有效地降低印制電路的溫升，從而使器件及設備的故障率明顯下降。
電磁兼容性是指電子設備在各種電磁環(huán)境中仍能夠協(xié)調、有效地進(jìn)行工作的能力。電磁兼容性設計的目的是使電子設備既能抑制各種外來(lái)的干擾，使電子設備在特定的電磁環(huán)境中能夠正常工作，同時(shí)又能減少電子設備本身對其它電子設備的電磁干擾。
1.選擇合理的導線(xiàn)寬度
由于瞬變電流在印制線(xiàn)條上所產(chǎn)生的沖擊干擾主要是由印制導線(xiàn)的電感成分造成的，因此應盡量減小印制導線(xiàn)的電感量。印制導線(xiàn)的電感量與其長(cháng)度成正比，與其寬度成反比，因而短而精的導線(xiàn)對抑制干擾是有利的。時(shí)鐘引線(xiàn)、行驅動(dòng)器或總線(xiàn)驅動(dòng)器的信號線(xiàn)常常載有大的瞬變電流，印制導線(xiàn)要盡可能地短。對于分立元件電路，印制導線(xiàn)寬度在1.5mm左右時(shí)，即可完全滿(mǎn)足要求；對于集成電路，印制導線(xiàn)寬度可在0.2～1.0mm之間選擇。
2.采用正確的布線(xiàn)策略
采用平等走線(xiàn)可以減少導線(xiàn)電感，但導線(xiàn)之間的互感和分布電容增加，如果布局允許，*好采用井字形網(wǎng)狀布線(xiàn)結構，具體做法是印制板的一面橫向布線(xiàn)，另一面縱向布線(xiàn)，然后在交叉孔處用金屬化孔相連。
為了抑制印制板導線(xiàn)之間的串擾，在設計布線(xiàn)時(shí)應盡量避免長(cháng)距離的平等走線(xiàn)，盡可能拉開(kāi)線(xiàn)與線(xiàn)之間的距離，信號線(xiàn)與地線(xiàn)及電源線(xiàn)盡可能不交叉。在一些對干擾十分敏感的信號線(xiàn)之間設置一根接地的印制線(xiàn)，可以有效地抑制串擾。
為了避免高頻信號通過(guò)印制導線(xiàn)時(shí)產(chǎn)生的電磁輻射，在印制電路板布線(xiàn)時(shí)，還應注意以下幾點(diǎn)：
●盡量減少印制導線(xiàn)的不連續性，例如導線(xiàn)寬度不要突變，導線(xiàn)的拐角應大于90度禁止環(huán)狀走線(xiàn)等。
●時(shí)鐘信號引線(xiàn)*容易產(chǎn)生電磁輻射干擾，走線(xiàn)時(shí)應與地線(xiàn)回路相靠近，驅動(dòng)器應緊挨著(zhù)連接器。
●總線(xiàn)驅動(dòng)器應緊挨其欲驅動(dòng)的總線(xiàn)。對于那些離開(kāi)印制電路板的引線(xiàn)，驅動(dòng)器應緊緊挨著(zhù)連接器。
●數據總線(xiàn)的布線(xiàn)應每?jì)筛盘柧€(xiàn)之間夾一根信號地線(xiàn)。*好是緊緊挨著(zhù)*不重要的地址引線(xiàn)放置地回路，因為后者常載有高頻電流。
3.抑制反射干擾
為了抑制出現在印制線(xiàn)條終端的反射干擾，除了特殊需要之外，應盡可能縮短印制線(xiàn)的長(cháng)度和采用慢速電路。必要時(shí)可加終端匹配，即在傳輸線(xiàn)的末端對地和電源端各加接一個(gè)相同阻值的匹配電阻。根據經(jīng)驗，對一般速度較快的TTL電路，其印制線(xiàn)條長(cháng)于10cm以上時(shí)就應采用終端匹配措施。匹配電阻的阻值應根據集成電路的輸出驅動(dòng)電流及吸收電流的*大值來(lái)決定。
二、去耦電容配置
在直流電源回路中，負載的變化會(huì )引起電源噪聲。例如在數字電路中，當電路從一個(gè)狀態(tài)轉換為另一種狀態(tài)時(shí)，就會(huì )在電源線(xiàn)上產(chǎn)生一個(gè)很大的尖峰電流，形成瞬變的噪聲電壓。配置去耦電容可以抑制因負載變化而產(chǎn)生的噪聲，是印制電路板的可靠性設計的一種常規做法，配置原則如下：
●電源輸入端跨接一個(gè)10～100uF的電解電容器，如果印制電路板的位置允許，采用100uF以上的電解電容器的抗干擾效果會(huì )更好。
●為每個(gè)集成電路芯片配置一個(gè)0.01uF的陶瓷電容器。如遇到印制電路板空間小而裝不下時(shí)，可每4～10個(gè)芯片配置一個(gè)1～10uF鉭電解電容器，這種器件的高頻阻抗特別小，在500kHz～20MHz范圍內阻抗小于1Ω，而且漏電流很?。?.5uA以下）。
●對于噪聲能力弱、關(guān)斷時(shí)電流變化大的器件和ROM、RAM等存儲型器件，應在芯片的電源線(xiàn)（Vcc）和地線(xiàn)（GND）間直接接入去耦電容。
●去耦電容的引線(xiàn)不能過(guò)長(cháng)，特別是高頻旁路電容不能帶引線(xiàn)。
三、印制電路板的尺寸與器件的布置
印制電路板大小要適中，過(guò)大時(shí)印制線(xiàn)條長(cháng)，阻抗增加，不僅抗噪聲能力下降，成本也高；過(guò)小，則散熱不好，同時(shí)易受臨近線(xiàn)條干擾。
在器件布置方面與其它邏輯電路一樣，應把相互有關(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)種發(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。易產(chǎn)生噪聲的器件、小電流電路、大電流電路等應盡量遠離邏輯電路，如有可能，應另做電路板，這一點(diǎn)十分重要。
四、熱設計
從有利于散熱的角度出發(fā)，印制版*好是直立安裝，板與板之間的距離一般不應小于2cm，而且器件在印制版上的排列方式應遵循一定的規則：
·對于采用自由對流空氣冷卻的設備，*好是將集成電路（或其它器件）按縱長(cháng)方式排列，對于采用強制空氣冷卻的設備，*好是將集成電路（或其它器件）按橫長(cháng)方式排列。
·同一塊印制板上的器件應盡可能按其發(fā)熱量大小及散熱程度分區排列，發(fā)熱量小或耐熱性差的器件（如小信號晶體管、小規模集成電路、電解電容等）放在冷卻氣流的*上流（入口處），發(fā)熱量大或耐熱性好的器件（如功率晶體管、大規模集成電路等）放在冷卻氣流*下游。
·在水平方向上，大功率器件盡量靠近印制板邊沿布置，以便縮短傳熱路徑；在垂直方向上，大功率器件盡量靠近印制板上方布置，以便減少這些器件工作時(shí)對其它器件溫度的影響?！囟缺容^敏感的器件*好安置在溫度*低的區域（如設備的底部），千萬(wàn)不要將它放在發(fā)熱器件的正上方，多個(gè)器件*好是在水平面上交錯布局。
·設備內印制板的散熱主要依靠空氣流動(dòng)，所以在設計時(shí)要研究空氣流動(dòng)路徑，合理配置器件或印制電路板?？諝饬鲃?dòng)時(shí)總是趨向于阻力小的地方流動(dòng)，所以在印制電路板上配置器件時(shí)，要避免在某個(gè)區域留有較大的空域。整機中多塊印制電路板的配置也應注意同樣的問(wèn)題。
大量實(shí)踐經(jīng)驗表明，采用合理的器件排列方式，可以有效地降低印制電路的溫升，從而使器件及設備的故障率明顯下降。
