CB制板及产品调试培训教材

PCB制板及产品调试

项目1：电子钟PCB制板及电路调试

电子钟PCB制板及电路调试的典型工作任务分析-学习目标，-学习与工作内容，-学时要求，-教学方法与组织形式说明，-学业评价方式。

电磁兼容的英文为ElectromagneticCompatibility，简称EMC。电磁兼容技术是一门迅速发展的综合性交叉学科，研究PCB设计中的电场与磁场的兼容性。

EMC技术涉及的频率范围0~400GHz，研究PCB设计中的电场与磁场的兼容性。设备和系统的设计、研制、生产、使用和维护都要运用EMC技术。

10.1电磁兼容的基本知识电磁波作为一种资源，已在0～400GHz宽频范围内广泛地用于信息技术产品中。伴之而来的电磁干扰也从低频段到微波波段，无孔不入地辐射或传导至设备系统以及周围的环境，给设备甚至社会生产活动和人体健康带来了越来越严重的危害。10.1.1电磁兼容及相关概念设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中的任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。

1、设备或系统产生的电磁干扰，不应对周围造成不能承受的影响；也不应对周围环境造成不能承受的“污染”；

2、设备或系统对来自周围的电磁干扰，应具有足够的防御能力。研究内容：电磁兼容设计、电磁兼容测试、电磁兼容标准及EMC预测。EMC的三要素：干扰源、耦合通路和敏感体。切断任何一项都可解决电磁兼容问题。电磁环境是由空间、时间和频谱三大要要素组成的。

2.电磁兼容相关概念电磁干扰（EMI）会引起设备、传输通道或系统性能下降。电子系统受干扰的路径主要是通过电源、信号线或控制电缆、场渗透，最后经过天线直接进入；

另外还有电缆耦合（其它设备的传导干扰），电子系统内部场耦合（其它设备的辐射干扰），电子外部耦合到内部场，宽带发射机天线系统，外部环境场等等。

电磁骚扰（ElectromagneticDisturbance）是指任何可能引起设备、装置或系统性能降低或者对有生命或者无生命物质产生损害作用的电磁现象。电磁骚扰有下列三种表现表形式：电磁噪声、无用信号或传播媒介自身的变化。电磁辐射：是以电磁波形式由波源发射到空间的现象或以电磁波的形式存在于空间的现象。“电磁辐射”一词的含义有时也可引伸，电磁感应现象也包含在内。电磁噪声（ElectromagneticNoise）是一种明显不传送信息的时变电磁现象，它可与有用信号叠加或组合，有时也称为电磁环境。共模干扰(CM)和差模干扰(DM)：共模干扰存在于电源任何一相线与大地或中线与大地间。共模干扰有时也称纵模干扰、不对称干扰或接地干扰，是载流导体与大地之间的干扰。差模干扰存在于电源相线与中线及相线与相线之间。差模干扰也称常模干扰、横模干扰或对称干扰，这是载流导体之间的干扰。共模干扰表明干扰是由辐射或串扰耦合到电路中来的。而差模干扰则表明干扰是源于同一条电源电路的。高能量、高频率、高密度的发射源增多，会使系统的辐射加重，干扰信号增强。电磁辐射污染己被世界卫生组织列为必须严加控制的现代公害之一。据调查，长期接受高频电磁辐射，会对眼睛、神经系统、生殖系统、心血管系统、消化系统及骨组织造成严重的不良影响，甚至危及生命。

10.1.2电磁兼容的三要素

电磁兼容的三要素是干扰源、耦合途径、敏感设备。切断以上任何一项都可解决电磁兼容问题。解决电磁兼容问题要从以下方面入手研究：电磁骚扰源，包括其频域和时域特性、产生的机理以及抑制措施等；电磁骚扰传播特性；敏感设备抗干扰的能力；电磁兼容性问题的测量方法；系统内及系统间的电磁兼容性。

1．干扰源传导干扰、空空间干扰2．耦合途径径电磁干扰的传传播途径有通通过电源线、、信号线、地地线、大地等等途径传播的的“传导干扰扰’’(ConductedInterference)，也有通通过空间直接接传播的“空空间干扰”(RadiatedInterference)。前者者归属于频率率较高的部分分(>30MHz)，后后者则是较低低频的部分(<30MHz)。传导干扰是指指一个电网络络信号通过导导电介质，耦耦合(干扰)到另一个电电网络。比如开空调时时，室内的荧荧光灯会出现现瞬间变暗的的现象，这是是因为大量电电流流向空调调，电压急速速下降，利用用同_电源的的荧光灯受到到影响。通常常采用的解决决方法是通过过去耦来消除除传导性干扰扰，比如给发发生源及被干干扰设备的电电源线安装滤滤波器，或者者将信号线改改为光纤。辐射干扰是指指干扰源通过过空间，把信信号耦合(干干扰)到另一一个电网络。。在高速PCB及系统设计计中，高频信信号线、集成成电路的管脚脚、各类接插插件等都可能能成为具有天天线特性的辐辐射干扰源，，能发射电磁磁波并影响其其他系统或本本系统内其他他子系统的正正常工作。由由于传播途径径是空间，解解决辐射干扰扰的方法除前前面所讲的滤滤波之外，还还要对设备进进行屏蔽方能能有效。辐射发射有两两种基本类型型：差模(DM)和共模模(CM)。。一般设备的的电源线和通通信线路，这这两根导线作作为往返线路路输送电力或或信号。干扰电压和电电流分为两种种：一种是两两根导线分别别作为往返线线路传输；另另一种是两根根导线作去路路，地线作返返回路传输。。前者就是““差模”，后后者是“共模模”。干扰信号侵入入线路和接地地之间，干扰扰电流在两条条线上各流过过二分之一，，以地为公共共回路，这种种干扰是比较较容易消除的的。干扰电压和电电流分为两种种：一种是两两根导线分别别作为往返线线路传输；另另一种是两根根导线作去路路，地线作返返回路传输。。前者就是““差模”，后后者是“共模模”。干扰信号侵入入线路和接地地之间，干扰扰电流在两条条线上各流过过二分之一，，以地为公共共回路，这种种干扰是比较较容易消除的的。但在实际电路路中，由于两两根导线终端端与地线之间间的阻抗不平平衡，会出现现模式的相互互转换。即通通过导线传递递的一种模式式在终端反射射时，使共模模信号干扰会会转化为不易易消除的串扰扰干扰。通常这两种干干扰是同时存存在的，由于于线路阻抗的的不平衡，两两种干扰在传传输中还会相相互转化，所所以情况十分分复杂。总而言之，当当设备和导线线的长度比波波长短时，主主要问题是传传导干扰；当当它们的尺寸寸比波长大时时，主要问题题是辐射干扰扰。3．提高设备备抗耦合干扰扰性能(1)电路性性耦合针对电路性耦耦合的电磁兼兼容设计方法法是：①对共电源内内阻产生的电电磁干扰，可可使用不同的的电源分别供供电。②对共回路导导线产生的电电磁干扰，可可以对导线阻阻抗加以限制制或去耦。共共回路导线的的阻抗包括电电阻和电感。。a限制电阻的的方法：增大大共回路导线线的截面积，，减少共回路路导线的长度度和降低接触触电阻。b限制电感的的方法：减小小共回路导线线的长度和导导线间的距离离。c电路去耦的的方法：去掉掉共回路导线线，而将不同同的回路仅在在一点接地。。③对共地阻抗抗产生的电磁磁干扰，可以以想办法降低低共地阻抗。。④电位隔离。。电位隔离有机机械、电磁、、光电和浮地地4种隔离方方式，其实质质是人为地造造成电位隔离离，以阻止电电路性耦合产产生的电磁干干扰。(2)电容性性耦合任何两个导体体之间都存在在着电容。针对电容性耦耦合的电磁兼兼容设计方法法是：①尽可能减小小干扰源U1的幅值和干干扰源的变化化速度ω。②耦合电容设设计得尽可能能小：加大两两个导体间的的距离，缩短短两个导体的的长度，避免免两个导体平平行走线。④屏蔽屏蔽的目的：：切断干扰源源和被干扰对对象之间的电电力线。屏蔽的方法：：采用与干扰扰源基准电位位相连的屏蔽蔽或者与被干干扰对象基准准电位相连的的屏蔽，或者者上述两者都都用。当导线线的长度小于于工作信号波波长的l／20时，采用用单点接地，，否则采用多多点接地。接接地的长度要要尽可能短。。⑤平衡平衡的目的的：当干扰扰源和被干干扰对象的的基准电位位是相互独独立时，可可以采用平平衡的方法法使干扰源源和被干扰扰对象的耦耦合电容平平衡，以免免除电容性性耦合的电电磁干扰。。平衡的方法法：干扰源源和被干扰扰对象均采采用绞合导导线；采用用四芯导线线使干扰源源和被干扰扰对象的导导线交叉对对称。(3)电感感性耦合任何两个回回路之间存存在着互感感。互感值值与介质的的磁导率触触成正比，，并与两个个回路的几几何尺寸有有关。针对电感性性耦合的电电磁兼容设设计方法是是：①尽可能减减小干扰源源电流的变变化速度。。②尽可能减减小两个回回路的互感感：加大两两个回路间间的距离；；缩短两个个回路的长长度；避免免两个回路路平行走线线；缩小两两个回路的的面积，并并降低重合合度。③屏蔽、屏蔽的目的的：切断干干扰源和被被干扰对象象之间的磁磁力线。屏蔽的方法法：采用铁铁磁性导体体的静态磁磁屏蔽，采采用良导体体感应涡流流的动态磁磁屏蔽。④平衡平衡的目的的：采用平平衡的方法法减小或免免除电感性性耦合的电电磁干扰。。(4)辐射射性耦合辐射性耦合合是电磁场场通过空间间耦合到被被干扰对象象。针对辐射性性耦合的电电磁兼容设设计方法是是：①采用空间间分离的方方法，把容容易相互干干扰的设备备和导线安安排得远一一些，并调调整电磁场场矢量方向向，使接收收设备耦合合的干扰电电磁场最低低。②采用时间间分离方法法，把产生生辐射的设设备和易接接收辐射的的设备安排排在不同的的时间工作作。③采用频率率分离方法法，使产生生辐射的设设备和易接接收辐射的的设备的工工作频率不不同。④采用屏蔽蔽措施，用用屏蔽材料料将被干扰扰对象封闭闭起来，使使其内部电电磁场强度度低于允许许值。屏蔽蔽的效果用用屏蔽系数数来衡量。。⑤减小天线线的有效高高度。⑥减小环线线面积。10．1．．3印刷刷电路板中中的电磁兼兼容问题及及防治措施施电子产品越越来越趋向向高速、宽宽带、高灵灵敏度、高高密度和小小型化，这这种趋势导导致了EMC问题更更加严重。。高速数字字电路PCB是一个个典型的代代表，PCB的电磁磁兼容问题题是目前高高速PCB设计中急急待解决的的技术难题题。电磁兼容的的防治是一一项系统工工程,应该该在设备和和系统设计计、研制、、生产、使使用与维护护的各阶段段都予以充充分的考虑虑和实施。。电磁兼容对对设备的要要求有两个个方面：一一是设备工工作时不会会对外界产产生不良的的电磁干扰扰影响；另另一个是不不能对外界界的电磁干干扰过度敏敏感。前一一方面的要要求称为干干扰发射(EMI)要求，后后一个方面面的要求称称为敏感度度(EMS)或抗扰扰度要求。。对设备的的电磁兼容容要求。可可以进一步步分为传导导发射、辐辐射发射、、传导敏感感度(抗扰扰度)、辐辐射敏感度度(抗扰度度)。1．电磁兼兼容问题（1）印刷刷电路板中中带状线、、电线、电电缆间的串串音和电磁磁耦合印刷电路板板中带状线线、电线、、电缆间的的串音是印印刷电路板板中存在的的最难克服服的问题之之一。这里里所说的串串音是较广广意义上的的串音，不不管其源信信号是有用用信号还是是噪声，串串音用导线线的互容和和互感来表表示。当在EMC预测和解解决EMI问题时，，首先应确确定发射源源的耦合途途径是传输输的、辐射射的、还是是串音的。。一般来说，，在高频时时电容耦合合是主要的的，但如果果源阻抗或或接收器之之一或两者者都采用屏屏蔽电缆并并在屏蔽层层两端接地地，则磁场场耦合将是是主要的。。另外，低低频一般有有较低的电电路阻抗，，电感耦合合是主要的的。通过串音预预测，可以以保证PCB上数字字和模拟信信号适当的的间距。（2）数字字电路PCB使电子子产品的电电磁辐射加加重计算机等电电子设备的的电路一般般都是用数数字电路PCB实现现的，在很很多情况下下，数字电电路PCB产生的辐辐射问题要要比模拟电电路PCB更严重。。由于数字电电路的驱动动电流较大大，致使辐辐射的强度度也较大；；而高速时时钟脉冲和和数字信号号又使得辐辐射频带加加宽。PCB电磁磁辐射分两两种基本类类型：差模模辐射与共共模辐射。。差模辐射射的特点取取决于闭合合环路中电电流特性；；共模辐射射由对地的的干扰(噪噪声)电压压引起。电磁辐射主主要表现在在：对周围围的电子系系统构成窄窄带与宽带带干扰；另另一方面造造成潜在的的信息泄漏漏问题。影响PCB电磁辐射射的因素主主要是PCB的结构构和激励因因素：PCB的结构构不同，其其辐射效果果也不同，，传输带的的长度、回回路面积、、地线走向向、整体布布局等都会会影响到辐辐射效果。。显然，PCB的布局局设计将直直接关系到到整机电磁磁辐射的强强弱。在确确定的激励励状态下，，整机系统统辐射水平平的抑制和和降低，必必须从PCB的辐射射分析及布布局的优化化设计着手手。布线线结结构构的的合合理理设设计计对对降降低低PCB辐辐射射也也具具有有关关键键的的作作用用。。消除除辐辐射射干干扰扰最最有有效效的的方方法法是是采采取取屏屏蔽蔽，，屏屏蔽蔽噪噪声声源源或或屏屏蔽蔽敏敏感感电电路路。。除除屏屏蔽蔽方方法法外外，，还还可可以以通通过过改改变变电电路路设设计计来来提提高高系系统统的的抗抗干干扰扰能能力力。。2．．电电磁磁兼兼容容的的防防治治措措施施解决决电电磁磁兼兼容容问问题题应应从从产产品品的的开开发发阶阶段段开开始始，，并并贯贯穿穿于于整整个个产产品品或或系系统统的的开开发发、、生生产产过过程程。。国内内外外大大量量的的经经验验表表明明，，在在产产品品或或系系统统的的研研制制过过程程中中越越早早注注意意电电磁磁兼兼容容问问题题，，越越可可以以节节约约人人力力与与物物力力。。在控控制制方方法法上上，，除除了了采采用用众众所所周周知知的的抑抑制制干干扰扰传传播播的的技技术术，，如如屏屏蔽蔽、、接接地地、、搭搭接接、、合合理理布布线线等等方方法法以以外外还还可可以以采采取取回回避避和和疏疏导导的的技技术术处处理理，，如如空空间间方方位位分分离离、、频频率率划划分分与与回回避避、、滤滤波波、、吸吸收收和和旁旁路路等等等等，，有有时时这这些些回回避避和和疏疏导导技技术术简简单单而而巧巧妙妙，，可可以以代代替替成成本本费费用用昂昂贵贵而而质质量量体体积积较较大大的的硬硬件件措措施施，，收收到到事事半半功功倍倍的的效效果果。。电磁磁兼兼容容设设计计的的关关键键技技术术是是对对电电磁磁干干扰扰源源的的研研究究，，从从干干扰扰源源处处控控制制其其电电磁磁发发射射。。控控制制干干扰扰源源的的发发射射，，需需要要广广泛泛地地应应用用屏屏蔽蔽(包包括括隔隔离离)、、滤滤波波和和接接地地技技术术。。（1））屏屏蔽蔽屏蔽蔽主主要要是是运运用用各各种种导导电电材材料料，，制制成成壳壳体体与与大大地地连连接接，，以以切切断断静静电电耦耦合合、、感感应应耦耦合合或或交交变变电电磁磁场场耦耦合合的的电电磁磁噪噪声声传传播播途途径径。。电磁屏蔽蔽是电磁磁兼容防防治的重重要手段段。电磁磁屏蔽是是以金属属隔离的的原理来来控制电电磁干扰扰由一个个区域向向另一区区域感应应和辐射射传播的的方法。。屏蔽一般般分为两两种类型型：一类类是静电电屏蔽，，主要用用于防止止静电场场和恒定定磁场的的影响，，另一类类是电磁磁屏蔽，，主要防防止交变变电场、、交变磁磁场以及及防止交交变电磁磁场的影影响。静电屏蔽蔽应具备备两个基基本要点点，即完完善的屏屏蔽体和和良好的的接地。。（2）隔隔离隔离主要要是运用用继电器器、隔离离变压器器或光电电隔离器器等器件件来切断断电磁噪噪声传导导形式的的传播途途径。其其特点是是将两部部分电路路的地线线系统分分隔开来来，切断断通过阻阻抗进行行耦合的的可能。。在一个电电子系统统中，通通道之间间的信号号辐射会会产生电电磁干扰扰。如果果是两个个图像通通道的信信号干扰扰，会产产生图像像叠加、、背景虚虚像等现现象。如如果是两两个音频频通道的的信号干干扰，则则会出现现串音现现象。在印刷电电路板上上，信号号线长距距离高密密度平行行，就有有可能出出现传输输通道干干扰。改改善传输输通道干干扰的方方法是在在设计PCB板板时，高高频信号号之间的的布线尽尽量少平平行，有有条件的的要插入入地线。。（3）滤滤波滤波是在在频域上上处理电电磁噪声声的技术术，为电电磁噪声声提供一一个低阻阻抗通路路，以抑抑制电磁磁干扰。。例如，，电源滤滤波器对对50Hz的电电源频率率呈现高高阻抗，，而对电电磁噪声声频谱呈呈现低阻阻抗。频率管理理是滤波波的重要要手段，，是指运运用干扰扰抑制滤滤波技术术来选择择信号和和抑制干干扰。为为了实现现这两在在功能而而设计的的网络都都称都称称为滤波波器。线路板上上的导线线，是最最有效的的接收和和辐射天天线。由由于导线线的存在在，往往往会在线线路板上上产生过过强的电电磁辐射射。同时时，这些些导线又又能接受受外部的的电磁干干扰，使使电路对对干扰很很敏感。。在导线线上使用用信号滤滤波器是是解决高高频电磁磁干扰辐辐射和接接收很有有效的方方法。脉脉冲信号号的高频频成分很很丰富，，这些高高频成分分可以借借助导线线辐射，，使线路路板的辐辐射超标标。信号号滤波器器的使用用可使脉脉冲信号号的高频频成分大大大减少少。电源线是是电磁干干扰传入入设备和和传出设设备的主主要途径径。通过过电源线线，电网网上的干干扰可以以传入设设备，干干扰设备备的正常常工作。。（4）接接地接地包括括接地体体的设计计、地线线的布置置、接地地线在各各种不同同频率下下的阻抗抗等内容容，不仅仅涉及产产品或系系统的电电气安全全，而且且关联着着电磁兼兼容和其其测量技技术。10．2印印刷电路路板中的的电磁兼兼容设计计方法印刷电路路板(PCB)是电子子产品中中电路元元件和器器件的支支撑件，，PCB中的电电磁兼容容性直接接决定着着产品开开发是否否成功，，决定着着产品抗抗干扰能能力的高高低。要要使电子子电路获获得最佳佳性能，，在进行行PCB设计时时需要深深入分析析PCB设计的的一般原原则及研研究电磁磁兼容性性设计的的一般方方法。常规的EMI控控制技术术一般包包括：元元器件的的合理布布局、连连线的合合理控制制、电源源线、接接地、滤滤波电容容的合理理配置等等。PCB的基基材及PCB层层的选择择、电子子元件及及电子元元件的电电磁特性性、元件件间互连连线的长长宽等都都制约着着PCB的电磁磁兼容性性。无论设备备产生电电磁干扰扰发射还还是受到到外界干干扰的影影响，或或者电路路之间产产生相互互干扰，，电路板板都是问问题的核核心。10．2．1PCB材料料的选择择与电磁磁兼容性性根据产品品的实际际需要及及成本综综合考虑虑PCB层数的的选择，，一般来来说，多多层板能能够较好好地控制制EMI，但太太多的层层也增大大了电磁磁管理的的难度。。多层PCB的的电磁兼兼容设计计要采用用绝缘常常数值按按层次严严格受控控的高性性能绝缘缘电路板板。这种种方法有有利于对对绝缘材材料与邻邻近布线线之间的的电磁场场进行有有效管理理。10．2．2集集成成电路芯芯片的电电磁兼容容问题实际工工作中中，设设计工工程师师通常常认为为自己己能够够接触触到的的EMC问问题就就是PCB板级级设计计。然然而在在考虑虑EMI控控制时时，首首先应应该考考虑对对集成成电路路芯片片的选选择。。如果能能够深深入了了解集集成电电路芯芯片的的内部部特征征，可可以简简化PCB和系系统级级设计计中的的EMI控控制。。1．集集成电电路芯芯片的的EMI来来源PCB中集集成电电路EMI的来来源主主要有有：数数字集集成电电路从从逻辑辑高到到逻辑辑低之之间转转换或或者从从逻辑辑低到到逻辑辑高之之间转转换过过程中中，输输出端端产生生的方方波信信号频频率导导致的的EMI；；信号号电压压和信信号电电流电电场和和磁场场；IC芯芯片自自身的的电容容和电电感等等。2．IC封封装特特征在在电磁磁干扰扰控制制中的的作用用IC封封装通通常包包括硅硅基芯芯片、、一个个小型型的内内部PCB以及及焊盘盘。硅硅基芯芯片安安装在在小型型的PCB上，，通过过绑定定线实实现硅硅基芯芯片与与焊盘盘之间间的连连接，，在某某些封封装中中也可可以实实现直直接连连接。。10．．2．．3滤滤波波设计计对于任任何设设备而而言，，滤波波都是是解决决电磁磁干扰扰的关关键技技术之之一。。因为为设备备中的的导线线是效效率很很高的的接收收和辐辐射天天线，，设备备产生生的大大部分分辐射射发射射都是是通过过各种种导线线实现现的。。滤波器器可以以抑制制交流流电源源线上上输入入的干干扰信信号及及信号号传输输线上上感应应的各各种干干扰。。滤波波器可可分为为交流流电源源滤波波器、、信号号传输输线滤滤波器器和去去耦滤滤波器器。交流滤滤波器器的安安装及及布线线直接接影响响滤波波器的的性能能，在在其安安装布布线中中应注注意以以下几几点：：(1)滤波波器应应安装装在机机柜底底部离离设备备电源源入口口尽可可能近近的部部位，，并加加以绝绝缘，，不要要让未未经过过滤波波器的的电源源线在在机柜柜内迂迂回。。(2)电源源滤波波器的的外壳壳必须须用截截面积积大的的导线线以最最短的的距离离与机机壳连连为一一体，，并尽尽量使使电源源滤波波器的的接地地点与与机壳壳接地地点保保持最最短的的距离离。(3)机壳壳内的的其他他电器器或电电磁开开关等等应从从滤波波器的的前端端引线线接到到负载载，或或为这这些干干扰源源单独独加装装滤波波器。。10．．2．．4电电磁磁兼容容设计计中的的布局局与布布线PCB设计计中的的布局局，是是指PCB上电电子元元件及及配件件的排排列方方式。。对PCB上元元器件件合理理规划划安放放是布布线的的基础础，原原件布布局不不仅会会影响响PCB板板上连连接线线的布布通率率，而而且影影响到到PCB的的电磁磁兼容容性及及整个个产品品的质质量。。良好好的电电磁兼兼容设设计依依赖PCB设计计工程程师对对于产产品设设计原原理、、布线线规则则、电电磁兼兼容控控制技技术的的深刻刻理解解。在PCB设设计中，布布局是一个个复杂的工工作，元器器件布局的的自动化程程度仍然较较低，人工工干预的程程度较高。。PCB中元元器件的布布局应从两两个层面上上考虑，一一个是平面面的，即通通常在PCB设计中中提到的PCB布局局；另外一一个是立体体的元器件件布局，既既要考虑到到元件的大大小、所占占空间，又又要考虑到到元器件的的密度。电路板系统统的布线包包括：芯片片到电路板板、PCB板内互连连以及PCB与外部部器件之间间的三类互互连。在PCB设设计中，互互连点处的的电磁特性性是工程设设计面临的的主要问题题之一，涉涉及器件安安装方法、、布线的隔隔离以及减减少引线电电感的措施施等。1．高频数数字电路PCB的电电磁兼容设设计中的布布局与布线线高频数字电电路PCB布线规则则如下。①高频数字字信号线要要用短线。。②主要信号号线最好集集中在PCB板中心心。③时钟发生生电路应在在板中心附附近，时钟钟扇出应采采用菊链式式或并联布布线。④电源线尽尽可能远离离高频数字字信号线或或用地线隔隔开，电路路的布局必必须减小电电流回路，，电源的分分布必须是是低感应的的(多路设设计)。⑤输入输出出端用的导导线应尽量量避免相邻邻平行。最最好加线间间地线，以以免发生反反馈耦合。。PCB导线线的最小宽宽度主要由由导线与绝绝缘基板间间的黏附强强度和流过过它们的电电流值决定定。当铜箔厚度为0．05mm、宽宽度为1～～1．5mm时，，通过2A的电流流，温度不不会高于3℃。因此此，导线宽宽度为1．．5mm可可满足要求求。对于集集成电路，，尤其是数数字电路，，通常选0．02～～0．3mm导线宽宽度。当然然，只要允允许，还是是尽可能用用宽线，尤尤其是电源源线和地线线。导线的的最小间距距主要由最最坏情况下下的线间绝绝缘电阻和和击穿电压压决定。对对于集成电电路，尤其其是数字电电路，只要要工艺允许许，可使间间距小至5～8mm。⑥印刷线路路板的布线线要注意以以下问题：：·专用零伏伏线，电源源线的走线线宽度大于于等于lmm；·电源线和和地线尽可可能靠近，，整块印刷刷板上的电电源与地要要呈“井””字形分布布，以便使使分布线电电流达到均均衡；·要为模拟拟电路专门门提供一根根零伏线；；为减少线线间串扰，，必要时可可增加印刷刷线条间距距离，注意意安插一些些零伏线作作为线间隔隔离；印刷电路的的插头也要要多安排一一些零伏线线作为线间间隔离；特特别注意电电流流通中中的导线环环路尺寸；；如有可能能在控制线线(于印刷刷板上)的的入口处加加接R-C去耦，以以便消除传传输中可能能出现的干干扰因素；；印刷弧上的的线宽不要要突变，导导线不要突突然拐角(≥90。。)，传输输线拐角要要采用45。角，以以降低回损损。⑦突出引线线存在抽头头电感，要要避免使用用有引线的的组件。高高频环境下下，最好使使用表面安安装组件。。在确定特殊殊元件的位位置除遵循循常规原则则外，在电电磁兼容性性设计中还还要遵循以以下原则：：尽可能缩短短高频元器器件之间的的连线，设设法减少它它们的分布布参数和相相互间的电电磁干扰。。易受干扰扰的元器件件距离不能能太近，输输入和输出出元件应尽尽量远离。。某些元器件件或导线之之间可能有有较高的电电位差，应应加大它们们之间的距距离，避免免放电引出出意外短路路。根据电路的的功能单元元对电路的的全部元器器件进行布布局时，要要符合以下下原则：·按照电路路的流程安安排各个功功能电路单单元的位置置，使布局局便于信号号流通，并并使信号尽尽可能保持持一致的方方向。·以每个功功能电路的的核心元件件为中心，，围绕它来来进行布局局。元器件件应均匀、、整齐、紧紧凑地排列列在PCB上．尽量量减少和缩缩短各元器器件之间的的引线和连连接。·在高频下下工作的电电路，要考考虑元器件件之间的分分布参数。。一般电路路应尽可能能使元器件件平行排列列。这样，，不但美观观，而且装装焊容易，，易于批量量生产。高速PCB的的设计方法必必须能够处理理在较高频段段处产生的较较强电磁场效效应。这些电电磁场能在相相邻信号线或或PCB线上上感生信号，，导致令人讨讨厌的串扰(干扰及总噪噪声)，并且且会损害系统统性能。回损损主要是由阻阻抗不匹配造造成。高回损有两种种负面效应：：一是信号反反射回信号源源会增加系统统噪声，使接接收机更加难难以将噪声和和信号区分开开来；二是任任何反射信号号基本上都会会使信号质量量降低，因为为输入信号的的形状出现了了变化。2．混合信号号电路PCB的电磁兼容容设计中的布布局与布线混合信号电路路PCB是指指PCB中含含有模拟电路路和数字电路路的PCB，，混合信号电电路PCB的的设计很复杂杂，元器件的的布局、布线线以及电源和和地线的处理理将直接影响响到电路性能能和电磁兼容容性能。(1)混合信信号电路PCB的电磁兼兼容设计中的的布线原则①遵守常规的的布线规则。。②在电路板的的所有层中，，数字信号只只能在电路板板的数字部分分布线。在电电路板的所有有层中，模拟拟信号只能在在电路板的模模拟部分布线线。③实现模拟和和数字电源分分割。布线不不能跨越分割割电源之间的的间隙。必须须跨越分割电电源之间间隙隙的信号线要要位于紧邻大大面积地的布布线层上。分分析返回地电电流实际流过过的路径和方方式。(2)混合信信号电路PCB的电磁兼兼容设计中的的布局原则①将PCB分分区为独立的的合理的模拟拟电路区和数数字电路区。。②遵循常规的的元器件布局局原则。③A／D转换换器跨分区放放置。④电源和地线线单独引出，，电源供给处处汇集到一点点，不要对地地进行分割，，在电路板的的模拟部分和和数字部分下下面敷设统一一地。在混合信号电电路PCB设设计中采用统统一地，通过过数字电路和和模拟电路分分区以及合适适的信号布线线，通常可以以解决一些比比较困难的布布局布线问题题，同时也不不会产生因地地分割带来的的一些潜在的的麻烦。在这这种情况下，，元器件的布布局和分区就就成为决定设设计优劣的关关键。如果布布局布线合理理，数字地电电流将限制在在电路板的数数字部分，不不会干扰模拟拟信号。10．3屏屏蔽与搭接接设计屏蔽就是对空空间区域进行行金属的隔离离，以控制电电场、磁场和和电磁波的感感应和辐射。。具体讲，就是是用屏蔽体将将元部件、电电路、组合件件、电缆或整整个系统的干干扰源包围起起来，防止干干扰电磁场向向外扩散，防防止外界电磁磁场的影响。。电磁屏蔽的技技术原理主要要有两种：一一是反射，由由于空气和金金属屏蔽的电电磁阻抗不同同，使入射电电磁电波产生生反射作用。。二是吸收，，进入金属屏屏蔽内的电磁磁波在金属屏屏蔽内传播时时，由于衰减减而产生吸收收作用。屏蔽按机理可可分为电场屏屏蔽、磁场屏屏蔽和电磁场场屏蔽。10-3-1电场屏蔽蔽1．屏蔽机理理将电场感应看看成分布电容容间的耦合。。一般采用电电导率高的材材料作屏蔽体体，并将屏蔽蔽体接地，使使电力线在此此终止，因而而电场不会泄泄漏到屏蔽体体外部。2．设计要点点（1）屏蔽板板靠近受保护护物，同时接接地良好；（2）屏蔽板板的形状对屏屏蔽效能的高高低有明显影影响，全封闭闭的金属盒最最好，但工程程中很难做到；（3）电场屏屏蔽以反射为为主，以良导导体为好，屏屏蔽体的厚度度不宜过大，，而以结构强强度为主要考虑因素。10-3-2磁场屏蔽蔽磁场屏蔽通常常是指对直流流或低频磁场场的屏蔽，其其效果比电场场屏蔽和电磁磁场屏蔽要差差得多。1．屏蔽机理理主要是依靠高高导磁材料所所具有的低磁磁阻，给低频频磁通提供一一个闭合回路路，将其限制制在屏蔽体内，使得得屏蔽体内部部的磁场大为为减弱。2．设计要点点（1）选用高高导磁材料，，如坡莫合金金：（2）增加屏屏蔽体的厚度度，同时要与与设备的重量量相协调，减减小屏蔽体的的磁阻；（3）被屏蔽蔽的物体不要要紧靠屏蔽体体，以尽量减减小通过被屏屏蔽物体体内内的磁通；（4）注意屏屏蔽体的结构构设计，接缝缝、通风孔等等均可能增加加屏蔽体的磁磁阻，从而降降低屏蔽效果果；（5）对于强强磁场的屏蔽蔽可采用双层层磁屏蔽体的的结构。对要屏蔽外部部强磁场的情情况，则屏蔽蔽体的外层选选用不易饱和和的材料，如如硅钢；而内内部可选用容容易达到饱和和的高导磁材材料，如坡莫莫合金等。若若需接地时，，可选用非铁铁磁材料(如如铜、铝)做做支撑件。10-3-3电磁场屏屏蔽电磁场屏蔽是是利用屏蔽体体阻止电磁场场在空间传播播的一种措施施。1．电磁场屏屏蔽的机理（1）当电磁磁波到达屏蔽蔽体表面时，，由于空气与与金属的交界界面上阻抗的的不连续，对对入射波产生生反射。这种种反射不要求求屏蔽材料必必须有一定的的厚度，只要要求交界面上上的不连续。。（2）未被表表面反射掉而而进入屏蔽体体的能量，在在体内向前传传播的过程中中，被屏蔽材材料所衰减，，也就是所谓谓的吸收。（3）在屏蔽蔽体内尚未衰衰减掉的剩余余能量，传到到材料的另_一表面时，，遇到金属一一空气阻抗不不连续的交界界面，会形成成再次反射，，并重新返回回屏蔽体内。。这种反射在在两个金属的的交界面上可可能有多次的的反射。总之，电磁屏屏蔽体对电磁磁的衰减，主主要是利用屏屏蔽体在高频频磁场的作用用下产生反方方向的涡流磁磁场与原磁场场抵消而消除除高频磁场干干扰的。如果果屏蔽体不完完整，则涡流流的效果降低低，导致电磁磁场泄漏，屏屏蔽效果将大大打折扣。2．结构材料料（1）适用于于底板和机壳壳的材料大多多数是良导体体，如铜、铝铝等，可以屏屏蔽电场。主主要的屏蔽机机理是反射信信号而不是吸吸收。（2）磁场的的屏蔽需要铁铁磁材料，如如高导磁率合合金和铁。主主要的屏蔽机机理是吸收而而不是反射。。（3）强电磁磁环境中，要要求材料能屏屏蔽电场和磁磁场两种成分分一因此需要要结构上完好好的铁磁材料料。屏蔽效率率直接受材料料的厚度以及及搭接和接地地方法好坏的的影响。（4）对于塑塑料壳体，应应在其内壁喷喷涂屏蔽层，，或在汽塑时时掺入金属纤纤维。10-3-4搭接1．在底板和和机壳的每一一条缝隙和不不连续处要尽尽可能好地搭搭接。保证接接缝处金属对对金属的接触触，以防止电电磁能的泄漏漏和辐射。2．在可能的的情况下，接接缝应焊接；；在条件受限限制的情况下下，可用点焊焊、小间距的的铆接和用螺螺钉来固定。。3．在不加导导电衬垫时，，螺钉间距一一般应小于最最高工作频率率的1％，至至少不大于l／20波长长。用钉或铆接进进行搭接时，，应首先在缝缝的中部搭接接好，然后逐逐渐向两端延延伸，以防金金属表面的弯弯曲，保证紧紧固有足够的的压力，以便便在有变形应应力、冲击、、震动时保持持表面接触。。4．接缝不平平整的地方或或可移动的面面板处，必须须使用导电衬衬垫或指形弹弹簧材料。5．选择高导导电率的和弹弹性好的衬垫垫。选择衬垫垫时要考虑结结合处使用的的频率。选择择硬韧性材料料做成的衬垫垫，以便划破破金属上的任任何表面。保保证同衬垫材材料配合的金金属表面没有有任何非导电电保护层。6．当需要活活动接触时，，使用指形压压簧，并要注注意保持弹性性指簧的压力力。7．导电橡胶胶衬垫用在铝铝金属表面时时，要注意电电化腐蚀作用用。纯银填料料的橡胶将出出现最严重的的电化腐蚀。。银镀铝填料料的导电橡胶胶是盐雾环境境下用于铝金金属配合表面面的最好衬垫垫材料。10-3-5穿透和开开口1．要注意由由于电缆穿过过机壳使整体体屏蔽效能降降低的程度。。典型的未滤滤波的导线穿穿过屏蔽体时时，屏蔽效能能降低30dB以上。2．电源线进进入机壳时，，全部应通过过滤波器盒。。滤波器的输输入端最好能能穿出到屏蔽蔽机壳外；若若滤波器结构构不宜穿出机机壳，则应在在电源线进入入机壳处专为为滤波器设置置一个隔离舱舱。信号线、、控制线进穿穿出机壳时，，要通过适当当的滤波器。。具有滤波插插针的多芯连连接器适于这这种场合使用用。10-3-5穿透和开开口1．要注意由由于电缆穿过过机壳使整体体屏蔽效能降降低的程度。。典型的未滤滤波的导线穿穿过屏蔽体时时，屏蔽效能能降低30dB以上。2．电源线进进入机壳时，，全部应通过过滤波器盒。。滤波器的输输入端最好能能穿出到屏蔽蔽机壳外；若若滤波器结构构不宜穿出机机壳，则应在在电源线进入入机壳处专为为滤波器设置置一个隔离舱舱。信号线、、控制线进穿穿出机壳时，，要通过适当当的滤波器。。具有滤波插插针的多芯连连接器适于这这种场合使用用。10．4电电源的电磁磁兼容设计供电电源常由由于负载的通通断过渡过程程、半导体器器件的非线性性、脉冲设备备及雷电的耦耦合等因素，，而成为电磁磁干扰源。在直流电源回回路中，负载载的变化会引引起电源噪声声。当电路从从一种状态转转换为另一种种状态时，就就会在电源线线上产生很大大的尖峰电流流，形成瞬变变的噪声电压压。10．4．1电源的的噪声1．电源噪声声的来源在PCB中由由电源和地造造成的电磁兼兼容问题主要要有两种，一一种是电源噪噪声，即是在在该数字电路路系统中，DSP电路、、CPU、动动态存储器件件和其他数字字逻辑电路在在工作过程中中逻辑状态高高速变换，造造成系统电流流和电压变化化而产生的噪噪声，温度变变化时的直流流噪声以及供供电电源本身身产生的噪声声等。另一种种是地线噪声声，即在系统统内，如果在在各部分的地地线之间出现现电位差或者者存在接地阻阻抗便会引起起接地噪声。。2．电源噪声声的影响在众多的电子子产品中大量量地应用了数数字器件、模模拟器件及数数字模拟混合合器件，如DSP芯片、、CPU、动动态RAM、、D／A变换换器和其他数数字逻辑器件件等，当设备备工作时这些些器件同时工工作会使电路路板内的电源源电压和地电电平波动，导导致信号波形形产生尖峰过过冲或衰减震震荡，造成数数字IC电路路的噪声容限限下降，从而而引起误动作作10．4．2电源的的电磁兼容设设计方法根据印制线路路板电流的大大小，尽量加加大电源线宽宽度，减少环环路电阻。同同时，使电源源线、地线的的走向和数据据传递的方向向一致，这样样有助于增强强抗噪声能力力。1．采用交流流电源滤波器器由于交流电源源滤波器是低低通滤波器，，不妨碍低频频电能的通过过，而对高频频电磁干扰呈呈高阻状态，，有较强的抑抑制能力。使用交流电源源滤波器时，，应根据其两两端阻抗和要要求的插入衰衰减系数选择择滤波器的型型式。要注意其承受受电压和导通通电流的能力力，屏蔽与机机壳要电气接接触良好，地地线要尽量短短，截面足够够大，进出线线要远离，而而且滤波器应应尽量靠近供供电电源。2．采用电源源变压器加静静电屏蔽由于电源变压压器一、二次次侧问存在分分布电容，进进入电源变压压器一次侧的的高频干扰能能通过分布电电容耦合到电电源变压器的的二次侧。在在电源变压器器的一、二次次侧间增加静静电屏蔽后，，该屏蔽与绕绕组间形成新新的分布电容容。将屏蔽接地，，可以将高频频干扰通过这这一新的分布布电容引入地地，从而起到到抗电磁干扰扰的作用。静静电屏蔽应选选择导电性好好的材料，且且首尾端不可可闭合，以免免造成短路。。3．脉冲电压压的吸收对脉冲电压的的电磁干扰可可以采用压敏敏电阻、固体体放电管或瞬瞬态电压抑制制二极管来吸吸收。当脉冲冲电压吸收器器件承受一个个高能量的瞬瞬态电压脉冲冲时，其工作作阻抗能够立立即降到很低低，允许通过过很大的电流流、吸收很大大的功率，从从而将电压钳钳制在允许的的范围内。10．4．3电源供供电电路设计计中的退耦电电容电源供电电路路电磁兼容设设计的常规做做法之一是在在印制板的各各个关键部位位配置适当的的退耦电容。。退耦电容可可以抑制因负负载变化而产产生的噪声，，在安装时应应紧靠IC相相应管脚或相相应电路焊接接。退耦电容的一一般配置原则则是：①电源输入端端跨接10~100uF的电解电容容器。如有可可能，接100uF以上上的更好。②原则上每个个集成电路芯芯片都应布置置一个0．01uF的的瓷片电容，，如遇印制板板空隙不够，，可每4～8个芯片布置置一个1～10uF的的钽电容。③对于抗噪能能力弱、关断断时电源变化化大的器件，，如RAM、、ROM存储储器件，应在在芯片的电源源线和地线之之间接入退耦耦电容。④电容引线不不能过长，尤尤其是高频旁旁路电容引线线更应短。⑤在印制线路路板中有接触触器、继电器器、按钮等元元件时，操作作它们时均会会产生较大火火花放电，必必须采用RC电路来吸收收放电电流。。一般R取1～2kΩΩ，C取2．．2～47uF。⑥CMOS的的输入阻抗很很高，且易受受感应，因此此在使用时对对不用端要接接地或接正电电源。⑦使用逻辑电电路时凡能不不用高速逻辑辑电路的就不不用；在电源源与地之间加加去耦电容；；注意长线传传输中的波形形畸变；用R-S触发器器作为按钮与与电子线路之之间配合的缓缓冲。因为地线的阻阻抗总不会是是零，当一个个电流通过有有限阻抗时，，就会产生电电压降。因此此，应该将地地线上的电位位想像为大海海中的波浪一一样，此起彼彼伏。许多电磁干扰扰问题是由地地线产生的，，因为地线电电位是整个电电路工作的基基准电位，如如果地线设计计不当，地线线电位就不稳稳，就会导致致电路故障。。地线的电磁磁兼容设计的的目的是要保保证地线电位位尽量稳定，，从而消除干干扰现象。10．．5．．1地地线线的的阻阻抗抗地线线的的阻阻抗抗引引起起的的地地线线上上各各点点之之间间的的电电位位差差能能够够造造成成电电路路的的误误动动作作，，用用欧欧姆姆表表测测量量地地线线的的电电阻阻时时，，地地线线的的电电阻阻往往往往在在毫毫欧欧姆姆级级，，电电流流流流过过这这么么小小的的电电阻阻时时为为什什么么会会产产生生这这么么大大的的电电压压降降，，导导致致电电路路工工作作的的异异常常。。要明明白白这这个个问问题题，，首首先先要要区区分分开开导导线线的的电电阻阻与与阻阻抗抗两两个个不不同同的的概概念念。。电电阻阻指指的的是是在在直直流流状状态态下下导导线线对对电电流流呈呈现现的的阻阻抗抗，，而而阻阻抗抗指指的的是是交交流流状状态态下下导导线线对对电电流流的的阻阻抗抗，，这这个个阻阻抗抗主主要要是是由由导导线线的的电电感感引引起起的的。。任何何导导线线都都有有电电感感，，当当频频率率较较高高时时，，导导线线的的阻阻抗抗远远大大于于直直流流电电阻阻，，表表10-5-1给给出出的的数数据据说说明明了了这这个个问问题题。。在在实实际际电电路路中中，，造造成成电电磁磁干干扰扰的的信信号号往往往往是是脉脉冲冲信信号号，，脉脉冲冲信信号号包包含含丰丰富富的的高高频频成成分分，，因因此此会会在在地地线线上上产产生生较较大大的的电电压压。。对于于数数字字电电路路而而言言，，电电路路的的工工作作频频率率是是很很高高的的，，因因此此地地线线阻阻抗抗对对数数字字电电路路的的影影响响是是较较大大的的。。如果果将将10Hz时时的的阻阻抗抗近近似似认认为为是是直直流流电电阻阻，，可可以以看看出出当当频频率率达达到到10MHz时时，，对对于于1m长长导导线线，，它它的的阻阻抗抗是是直直流流电电阻阻的的1000倍倍至至10万万倍倍。。因此对于射频频电流，当电电流流过地线线时，电压降降是很大的。。增加导线的直直径对于减小小直流电阻是是十分有效的的，但对于减减少交流阻抗抗的作用很有有限。在电磁磁兼容中，人人们最关心的的交流阻抗。。为了减减少交交流阻阻抗，，一个个有效效的办办法是是多根根导线线并联联。当两根根导线线相距距较远远时，，它们们之间间的互互感很很小，，总电电感相相当于于单根根导线线电感感的一一半。。因此可可以通通过多多条接接地线线来减减小接接地阻阻抗。。但要要注意意的是是，多多根导导线之之间的的距离离不能能过近近。10．．5．．2地地线的的干扰扰机理理由于地地线阻阻抗的的存在在，当当电流流流过过地线线时，，就会会在地地线上上产生生电压压。当当电流流较大大时，，这个个电压压可以以很大大。例例如附附近有有大功功率电电器启启动时时，会会在地地线中中流过过很强强的电电流。。这个个电流流会在在两个个设备备的连连接电电缆上上产生生电压压。由由于电电路的的不平平衡性性，每每根导导线上上的电电流不不同，，因此此会产产生差差模电电压，，对电电路造造成影影响。。由于于这种种干扰扰是电电缆与与地线线构成成的环环路电电流产产生的的，因因此成成为地地环路路干扰扰。地地环路路中的的电流流还可可以由由外界界电磁磁场感感应出出来。。公共阻阻抗干干扰，，当两两个电电路共共用一一段地地线时时，由由于地地线的的阻抗抗，一一个电电路的的地电电位会会受另另一个个电路路工作作电流流的调调制。。这样一一个电电路中中的信信号会会耦合合进另另一个个电路路，这这种耦耦合称称为公公共阻阻抗耦耦合。。公共阻阻抗耦耦合，，在数数字电电路中中，由由于信信号的的频率率较高高，地地线往往往呈呈现较较大的的阻抗抗。这时，，如果果存在在不同同的电电路共共用一一段地地线，，就可可能出出现公公共阻阻抗耦耦合的的问题题。10．．5．．3地地线干干扰对对策1．地地环路路对策策从地环环路干干扰的的机理理可知知，只只要减减少地地环路路中的的电流流就能能减少少地环环路干干扰。。如果能能彻底底消除除地环环路中中的电电流，，则可可以彻彻底解解决地地环路路干扰扰的问问题。。因此，，有以以下几几种解解决地地环路路干扰扰的方方案。。(1)将一一端的的设备备浮地地如果将将一端端电路路浮地地，就就切断断了地地环路路，因因此可可以消消除地地环路路电流流。但但有两两个问问题需需要注注意，，一个个是出出于安安全的的考虑虑，往往往不不允许许电路路浮地地。这这时可可以考考虑将将设备备通过过一个个电感感接地地。这这样对对于50Hz的交交流电电流设设备接接地阻阻抗很很小，，而对对于频频率较较高的的干扰扰信号号，设设备接接地阻阻抗较较大，，减小小了地地环路路电流流。但但这样样做只只能减减小高高频干干扰的的地环环路干干扰。。(2)使用用变压压器实实现设设备之之间的的连接接利用磁磁路将将两个个