印制板设计原则和抗干扰方法摘

1、印制电路板设计原那么和抗干扰措施要使电子电路获得最正确性能，元器件的布且及导线的布设是很重要的。为了设计质量好、造价低的PCB.应遵循以下一般原那么：1. 布局首先，要考虑 PCB尺寸大小。PCB尺寸过大时，印制线条长，阻抗增加，抗噪声能力下降，本钱也增加；过小，那么散热不好，且邻近线条易受干扰。在确定PCB尺寸后.再 确定特殊元件的位置。最后，根据电路的功能单元，对电路的全部元器件进展布局。在确定特殊元件的位置时要遵守以下原那么：尽可能缩短高频元器件之间的连线，设法减少它们的分布参数和相互间的电磁干扰。易受干扰的元器件不能相互挨得太近，输入和输出元件应尽量远离。某些元器件或导线之间可能有较高

2、的电位差，应加大它们之间的距离，以免放电引出意外短路。带高电压的元器件应尽量布置在调试时手不易触及的地方。根据电路的功能单元.对电路的全部元器件进展布局时，要符合以下原那么：(1) 按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置，使布局便于信号流通，并使信号尽可能 保持一致的方向。(2) 以每个功能电路的核心元件为中心，围绕它来进展布局。元器件应均匀、整齐、紧凑地 排列在PCB上尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接。(3) 在高频下工作的电路，要考虑元器件之间的分布参数。一般电路应尽可能使元器件平行排列。这样，不但美观.而且装焊容易易于批量生产。(4) 位于电路板边缘的元器件，离电路板边缘一般不小

3、于2mm。电路板的最正确形状矩形。长宽比为3 : 2成4: 3。电路板面尺寸大于 200x150mm时应考虑电路板所受的机械强度。2 布线布线的原那么如下：(1) 输入输出端用的导线应尽量防止相邻平行。最好加线间地线，以免发生反应藕合。印制摄导线的最小宽度主要由导线与绝缘基扳间的粘附强度和流过它们的电流值决定。当铜箔厚度为0.05mm、宽度为1 15mm时.通过2A的电流，温度不会高于3C,因此.导 线宽度为1.5mm可满足要求。对于集成电路，尤其是数字电路，通常选0.020.3mm导线宽 度。当然，只要允许，还是尽可能用宽线尤其是电源线和地线。导线的最小间距主要由最 坏情况下的线间绝缘电阻和

4、击穿电压决定。对于集成电路，尤其是数字电路，只要工艺允许，可使间距小至58mm。(3)印制导线拐弯处一般取圆弧形，而直角或夹角在高频电路中会影响电气性能。此外，尽 量防止使用大面积铜箔，否那么长时间受热时，易发生铜箔膨胀和脱落现象。必须用大面积铜箔时，最好用栅格状这样有利于排除铜箔与基板间粘合剂受热产生的挥发性气体。3焊盘焊盘中心孔要比器件引线直径稍大一些。焊盘太大易形成虚焊。焊盘外径D一般不小于(d+1.2)mm，其中d为引线孔径。对高密度的数字电路，焊盘最小直径可取(d+1.0)mm。PCB及电路抗干扰措施印制电路板的抗干扰设计与具体电路有着密切的关系，这里仅就PCB抗干扰设计的几项常用措

5、施做一些说明。1.电源线设计根据印制线路板电流的大小，尽量加租电源线宽度，减少环路电阻。同时、使 电源线、地线的走向和数据传递的方向一致，这样有助于增强抗噪声能力。2 地线设计地线设计的原那么是：(1) 数字地与模拟地分开。假设线路板上既有逻辑电路又有线性电路，应使它们尽量分开。低频电路的地应尽量采用单点并联接地，实际布线有困难时可局部串联后再并联接地。高频电路宜采用多点串联接地，地线应短而粗，高频元件周围尽量用栅格状大面积地箔。(2) 接地线应尽量加粗。假设接地线用很纫的线条，那么接地电位随电流的变化而变化，使 抗噪性能降低。因此应将接地线加粗，使它能通过三倍于印制板上的允许电流。如有可能，

6、 接地线应在23mm以上。(3) 接地线构成闭环路。只由数字电路组成的印制板，其接地电路布成团环路大多能提高抗 噪声能力。3.退藕电容配置 PCB设计的常规做法之一是在印制板的各个关键部位配置适当的退藕 电容。退藕电容的一般配置原那么是：(1)电源输入端跨接10 100uf的电解电容器。如有可能，接100uF以上的更好。原那么上每个集成电路芯片都应布置一个O.O1pF的瓷片电容，如遇印制板空隙不够，可每48个芯片布置一个1 10pF的但电容。对于抗噪能力弱、关断时电源变化大的器件，如RAM、ROM存储器件，应在芯片的电源线和地线之间直接接入退藕电容。(4) 电容弓I线不能太长，尤其是高频旁路电

7、容不能有引线。此外，还应注意以下两点:(1在印制板中有接触器、继电器、按钮等元件时操作它们时均会产生较大火花放电，必 须采用附图所示的 RC电路来吸收放电电流。一般 R取1 2K, C取2.2 47UF。 (2)CM0S的输入阻抗很高，且易受感应，因此在使用时对不用端要接地或接正电源。其他：1尽量加宽电源、地线宽度，最好是地线比电源线宽，它们的关系是：地线电源线信号线，通常信号线宽为：0.20.3mm,最细宽度可达 0.050.07mm,电源线为1.22.5 mm。对数字电 路的PCB可用宽的地导线组成一个回路，即构成一个地网来使用(模拟电路的地不能这样使用 ) 用大面积铜层作地线用，在印制板

8、上把没被用上的地方都与地相连接作为地线用。2. 数字电路与模拟电路的共地处理现在有许多PCB不再是单一功能电路数字或模拟电路，而是由数字电路和模拟电路混合构成的。因此 在布线时就需要考虑它们之间互相干扰问题，特别是地线上的噪音干扰。数字电路的频率高， 模拟电路的敏感度强， 对信号线来说，高频的信号线尽可能远离敏感的模拟 电路器件，对地线来说，整人PCB对外界只有一个结点，所以必须在PCB部进展处理数、模共地的问题，而在板部数字地和模拟地实际上是分开的它们之间互不相连，只是在PCB与外界连接的接口处如插头等。数字地与模拟地有一点短接，请注意，只有一个连接点。也有在PCB上不共地的，这由系统设计来

9、决定。数字电路是工作在 0/1导通或截止状态，这两个状态电流较小，在翻转时电流电流才较大。可是数字电路往往是大家都在同一时钟信号下，同一瞬间触发翻转。这瞬间电流很大很大。而且大家都一同流向地线， 即使地线电阻在微欧级，也会产生毫伏级甚至更高的脉冲电电压。而模拟电路往往是微弱信号进展放大和处理。想想看，如果在同一地线， 这个脉冲电压就很容易耦合到放大器的输入端，将对模拟电路产生很大的干扰。最好的方法是把地线分块，当然往往最后还要把他们连接的，至于怎么连接？也是很有讲究的。3. 在大面积的接地电中，常用元器件的腿与其连接，对连接腿的处理需要进展综合的考虑，就电气性能而言，元件腿的焊盘与铜面满接为好

10、，但对元件的焊接装配就存在一些不良隐患如： 焊接需要大功率加热器。容易造成虚焊点。 所以兼顾电气性能与工艺需要，做成十字花焊盘,称之为热隔离heat shield丨俗称热焊盘Thermal，这样，可使在焊接时因截面过分散热而产 生虚焊点的可能性大大减少。多层板的接电地层腿的处理一样。4印制线路板的走线：印制导线的布设应尽可能的短，在高频回路中更应如此；印制导线的拐弯应成圆角，而直角或尖角在高频电路和布线密度高的情况下会影响电气性能；当两面板布线时， 两面的导线宜相互垂直、斜交、或弯曲走线，防止相互平行，以减小寄生耦合作为电路的输入及输岀用的印制导线应尽量防止相邻平行，以免发生回授，在这些导线之

11、间最好加接地线。印制导线的宽度：导线宽度应以能满足电气性能要求而又便于生产为宜，它的最小值以承受的电流大小而定，但最小不宜小于0.2mm，在高密度、高精度的印制线路中，导线宽度和间距一般可取0.3mm ;导线宽度在大电流情况下还要考虑其温升，单面板实验说明，当铜箔厚度为50卩m、导线宽度1 1.5mm、通过电流2A时，温升很小，因此，一般选用 1 1.5mm宽度导线就可 能满足设计要求而不致引起温升；印制导线的公共地线应尽可能地粗，可能的话，使用大于23mm的线条，这点在带有微处理器的电路中尤为重要，因为当地线过细时，由于流过的电流的变化，地电位变动，微处理器定时信号的电平不稳，会使噪声容限劣

12、化；在DIP封装的IC脚间走线，可应用10 10与12- 12原那么，即当两脚间通过2根线时，焊盘直径可设为50mil、线宽与线距都为10mil，当两脚间只通过1根线时，焊盘直径可设为 64mil、线宽与线距都为 12mil。5.当焊盘直径为1.5mm时，为了增加焊盘抗剥强度，可采用长不小于1.5mm，宽为1.5mm和长圆形焊盘，此种焊盘在集成电路引脚焊盘中最常见。对于超出上表围的焊盘直径可用以下公式选取：直径小于 0.4mm的孔：D/ d = 0.53直径大于2mm的孔：D/d= 1.52式中：D 焊盘直径，d 孔直径关于单片机硬件抗干扰的措施2.1抑制干扰源抑制干扰源就是尽可能的减小干扰源

13、的du/dt， di/dt。这是抗干扰设计中最优先考虑和最重要的原那么，常常会起到事半功倍的效果。减小干扰源的du/dt主要是通过在干扰源两端并联电容来实现。减小干扰源的di/dt那么是在干扰源回路串联电感或电阻以及增加续流二极管来实现。抑制干扰源的常用措施如下：1继电器线圈增加续流二极管，消除断开线圈时产生的反电动势干扰。仅加续流二极管会使继电器的断开时间滞后，增加稳压二极管后继电器在单位时间可动作更多的次数。2在继电器接点两端并接火花抑制电路一般是RC串联电路，电阻一般选几K到几十K，电容选0.01uF，减小电火花影响。3给电机加滤波电路，注意电容、电感引线要尽量短。4电路板上每个IC要并

14、接一个0.01卩F0.1卩F高频电容，以减小IC对电源的影响。注意 高频电容的布线，连线应靠近电源端并尽量粗短，否那么，等于增大了电容的等效串联电阻，会影响滤波效果。5布线时防止90度折线，减少高频噪声发射。6可控硅两端并接 RC抑制电路，减小可控硅产生的噪声这个噪声严重时可能会把可控硅 击穿的。2.2切断干扰传播路径按干扰的传播路径可分为传导干扰和辐射干扰两类。所谓传导干扰是指通过导线传播到敏感器件的干扰。高频干扰噪声和有用信号的频带不同，可以通过在导线上增加滤波器的方法切断高频干扰噪声的传播，有时也可加隔离光耦来解决。 电源噪声的危害最大，要特别注意处理。所谓辐射干扰是指通过空间辐射传播到

15、敏感器件的干扰。一般的解决方法是增加干扰源与敏感器件的距离，用地线把它们隔离和在敏感器件上加屏蔽罩。切断干扰传播路径的常用措施如下：1充分考虑电源对单片机的影响。电源做得好，整个电路的抗干扰就解决了一大半。许多 单片机对电源噪声很敏感，要给单片机电源加滤波电路或稳压器，以减小电源噪声对单片机的干 扰。比方，可以利用磁珠和电容组成n形滤波电路，当然条件要求不高时也可用100 Q电阻代替磁珠。2如果单片机的I/O 口用来控制电机等噪声器件，在I/O 口与噪声源之间应加隔离增加n形滤波电路。3注意晶振布线。晶振与单片机引脚尽量靠近，用地线把时钟区隔离起来，晶振外壳接地并固定。4电路板合理分区，如强、

16、弱信号，数字、模拟信号。尽可能把干扰源如电机、继电器 与敏感元件如单片机远离。5用地线把数字区与模拟区隔离。数字地与模拟地要别离，最后在一点接于电源地。A/D、D/A芯片布线也以此为原那么。6单片机和大功率器件的地线要单独接地，以减小相互干扰。大功率器件尽可能放在电路 板边缘。7在单片机I/O 口、电源线、电路板连接线等关键地方使用抗干扰元件如磁珠、磁环、电源滤波器、屏蔽罩，可显著提高电路的抗干扰性能。2.3提高敏感器件的抗干扰性能提高敏感器件的抗干扰性能是指从敏感器件这边考虑尽量减少对干扰噪声的拾取，以及从不正常状态尽快恢复的方法。提高敏感器件抗干扰性能的常用措施如下：1布线时尽量减少回路环

17、的面积，以降低感应噪声。2布线时，电源线和地线要尽量粗。除减小压降外，更重要的是降低耦合噪声。3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。4丨对单片机使用电源监控及看门狗电路，如：IMP809，IMP706，IMP813， X5043，X5045等，可大幅度提高整个电路的抗干扰性能。5在速度能满足要求的前提下，尽量降低单片机的晶振和选用低速数字电路。6IC器件尽量直接焊在电路板上，少用IC座。2.4其它常用抗干扰措施1交流端用电感电容滤波：去掉高频低频干扰脉冲。2变压器双隔离措施：变压器初级输入端串接电容 ，初、次级线圈间屏蔽层与初级间电容中心 接点接，次级外屏蔽层接印制板地，这是硬件抗干扰的关键手段。次级加低通滤波器：吸收变压器产生的浪涌电压。3采用集成式直流稳压电源：有过流、过压、过热等保护作用。4I/O 口采用光电、磁电、继电器隔离，同时去掉公共地。5通讯线用双绞线：排除平行互感。6防雷电用光纤隔离最为有效。7A/D转换用隔离放大器或采用现