PCB部落格 - 减少電磁干擾的PCB板設計原則

PCB電路板 有效抗干擾 設計 是 設計 電子產品, 影響電路工作的可靠性和穩定性. 本文分析了電路板上存在電磁干擾的主要原因, 並總結了電磁干擾的有效抑制和預防方法 PCB板 設計 從電路板的選擇, 電路板組件的佈局, 電源和接地的接線, 以及訊號線的佈線. 措施和原則. 印刷電路板是電子產品中電路元件的載體, 在電路組件之間提供電力連接, 是各種電子設備的基本組成部分. 其效能直接關係到電子設備的質量. 隨著資訊時代的發展和電子技術的發展, 電路的集成度越來越高, 電路板的尺寸越來越小, 電路板上的元件密度越來越高, 電子產品的運行速度越來越快. 因此, 由自身引起的電磁干擾和相容性問題更為突出. 因此, 如何减少電磁干擾 PCB板s已成為當今電子技術的一個熱門話題. 電路板的電磁相容性問題是電子系統能否正常工作的關鍵, 影響電路或系統的可靠性和穩定性. 因此, 在以下情况下，應有效解決電磁干擾問題： 設計慣性導航與制導 PCB板.

關於電磁干擾的原因, 應考慮的减少電磁干擾的措施和原則 PCB板 設計 總結了.
1. 這個 reason for the existence of electromagnetic interference on the circuit board
在 high-speed electronic system composed of switching power supply and microprocessor, 電路板的電磁干擾主要來自現有的射頻干擾源, 組件, 基本環路、差模和共模雜訊.

1.1 這個 source of radio 頻率 interference present on the circuit board
In an intelligent high-speed electronic system, 電路板上的射頻干擾源主要來自微處理器系統, 電源系統和振盪器電路.
1) Microprocessor system
The radio frequency (RF) noise of a microprocessor is generated inside the chip and coupled to the outside in many different possible ways. 它存在於所有輸入端, 輸出, 電源和接地同時進行. 正是潜在的譟音使得微處理器的每一根導線. 脚可能有問題. The problem is noise from the input and output pins (I/O) of the microprocessor. 這些雜訊主要是由晶片內部的時鐘切換產生的, 通過輸入和輸出引脚連接到內部和外部電纜，並輻射出去, 主要表現為短時脈衝波形干擾.
2) Power supply system
The power supply system includes the power regulator and its bypass capacitors on the regulator and microcontroller side. 這些電路是系統中所有射頻能量的來源，並為片上時序電路提供所需的開關電流.
3) Oscillator circuit
The oscillator circuit provides a fast clock signal to the system, 在數位系統中, 因為振盪器的輸出緩衝器是數位的, 將正弦波轉換為方波時，輸出側會產生諧波. 內部操作產生的任何譟音, 例如時鐘緩衝器, 將出現在輸出端，並通過組件耦合傳播.

1.2 Other causes of electromagnetic interference
1) SMD components and through-hole components
SMD devices (SMDs) are better at handling RF energy than leaded chips because of their lower inductive reactance and closer placement of components. 典型的, the lead capacitance of through-hole components will self-oscillate (change from capacitive to inductive) at about 80MHz. 因此, 必須控制80MHz以上的雜訊, 如果在筦道中使用通孔元件，則必須考慮許多嚴重問題 設計.
2) Basic circuit
Each edge transition transmitted from the microprocessor to another chip is a current pulse that flows to the receiving chip, 超出接收器晶片的接地引脚, 然後通過地線回到微處理器的接地引脚, 形成一個基本電路. 這種回路在電路中無處不在, 任何雜訊電壓及其伴隨的電流都會通過阻抗路徑返回其來源, 造成影響. 回路可以是訊號線及其回路路徑, 電源和接地之間的旁路, 微處理器中的晶體振盪器和驅動器, 或從電源電壓調節器返回旁路電容器. 回路的幾何面積越大, 輻射越强, 囙此，我們可以通過控制返回路徑的形狀和阻抗來緩解雜訊傳播.
3) Differential mode and common mode noise
Differential mode noise is the noise that occurs when a signal travels through the line to the receiving chip and then returns along the return line. 兩條線路之間存在電壓差, 這是每個訊號執行其功能時必須產生的雜訊. 該雜訊產生的電場強度與頻率的平方成正比, 電流的大小, 電流回路的面積, 與觀測點到雜訊源的距離成反比. 因此, 降低差模輻射的方法是降低電路的工作頻率, 减小訊號回路的面積或降低訊號電流的强度. 在實踐中，一種有效的方法是控制訊號回路的面積. 共模雜訊是指當電壓同時沿訊號線和回流線傳播時，由訊號線和回流線共亯的阻抗引起的雜訊, 它們之間沒有差分電壓. 在大多數基於微處理器的系統中，共模阻抗雜訊是常見的雜訊源. 該雜訊產生的電場強度與頻率的幅值成正比, 電流大小和電纜長度, 與觀測點到雜訊源的距離成反比. 降低共模輻射的方法有：降低地線的阻抗, 縮短線路長度, 並使用共模扼流圈.

2. PCB板 設計 principles
Since the integration degree and signal frequency of the circuit board are getting higher and higher with the development of electronic technology, 不可避免地會產生電磁干擾. 因此, 在以下情况下應遵循以下原則： 設計ing PCB板 將電路板的電磁干擾控制在一定範圍內. 它可以滿足 設計 要求和標準，提高電路的整體效能.

2.1 Selection of circuit boards
The primary task of PCB板 設計 正確選擇電路板的尺寸. 如果尺寸太大, 由於元件之間的連接過長，線路的阻抗值將新增，抗干擾能力將降低. 器件密集佈置不利於散熱, 線路太細太密集, 很容易引起串擾. 因此, 應根據系統所需的組件選擇適當尺寸的電路板. 電路板分為單面, 雙面和多層板. 電路板層數的選擇取決於電路要實現的功能, 雜訊指數, 訊號和網絡電纜的數量, 等. 合理的層數可以减少電路本身的電磁相容性問題. 通常的選擇原則是：當訊號頻率為中低頻時, 組件很少, 佈線密度低或中等, 選擇單面或雙面； 用於高佈線密度, 高集成度和多個組件, 使用多層3. 用於高訊號頻率, 高速集成電路, 和緻密成分, 選擇4層或4層以上的電路板. In the 設計 多層板的, 單層可用作電源層, 訊號層和地面層. 訊號環路面積减小，差模輻射减小. 因此, 多層板可以减少電路板的輻射，提高抗干擾能力.

2.2 Layout of circuit board components
After determining the size of the PCB板, 應首先確定特殊部件的位置, 電路的所有組件應根據電路的功能單元分塊佈置. 數位電路單元, 類比電路單元和電源電路單元應分開, 高頻電路單元和低頻電路單元也應分開. 常見電路板佈局原則如下.

1) The principle of determining the location of special components:
1. 加熱元件應放置在有利於散熱的位置, 例如 PCB板, and away from the microprocessor chip;
2. Special high-frequency components should be placed next to each other to shorten the connection between them;
3. Sensitive components should be kept away from noise sources such as clock generators and oscillators;
4. 電位計等可調部件的佈局, 可調電感器, 可變電容器, and key switches should conform to the structural requirements of the whole machine and facilitate adjustment;
5. Components with heavier mass should be fixed with brackets;
6. EMI濾波器應放置在靠近EMI源的位置.

2) The principle of laying out the umbrella components of the circuit according to the circuit functional unit:
1. Each functional circuit should determine the corresponding position according to the signal flow between them to facilitate wiring;
2. 每個功能電路應首先確定部件的位置, and place other components around the components to shorten the connection between the components as much as possible;
3. 對於高頻電路, the distribution parameters between components should be considered;
4. 放置在電路板邊緣的元件與電路板邊緣的距離應不小於2mm.
5. 華盛頓特區/直流變換器, switch tube and rectifier should be placed as close to the transformer as possible to reduce external radiation;
6. 調壓元件和濾波電容器應靠近整流二極體.

2.3 The wiring principle of power supply and ground
Whether the wiring of the power supply and the ground of the PCB板 是否合理是降低整個電路板電磁干擾的關鍵. The 設計 電力線和地線的故障是一個不容忽視的問題 PCB板, 通常是一個困難的 設計. The 設計 應遵循以下原則.

1) Wiring skills for power and ground
The wiring on the PCB is characterized by distributed parameters such as impedance, 容性電抗和感性電抗. 為了减少分佈參數的影響 PCB板 高速電子系統上的接線, the wiring principles for the power supply and the ground are as follows:
1. Increase the spacing of the traces to reduce the crosstalk of capacitive coupling;
2. The power line and the ground line should be routed in parallel to make the distributed capacitance reach;
3. 根據載流的大小, 儘量新增電源線和地線的寬度, 降低回路電阻, 同時使每個功能電路中的電源線和地線的方向與訊號的傳輸方向一致, 這將有助於提高效能. Anti-interference ability;
4. 電源和接地應直接在彼此上方佈線, 從而降低了感應電抗並形成回路面積, and try to make the ground wire go under the power line as much as possible;
5. 地線越粗, 更好, generally the width of the ground wire is not less than 3mm;
6. The ground wire is formed into a closed loop to reduce the potential difference on the ground wire and improve the anti-interference ability;
7. 在多層板佈線中 設計, 其中一層可用作“完整地平面”, 它可以降低接地阻抗，同時起到遮罩作用.

2) Grounding skills of each functional circuit
The grounding methods of each functional circuit of the PCB板 分為單點接地和多點接地. 單點接地按連接形式分為單點串聯接地和單點並聯接地. 由於每條接地線的長度不同，單點串聯接地通常用於保護接地, 每個電路的接地阻抗不同, 電磁相容效能降低. 每個單點並聯接地電路都有自己的接地線, 所以相互干擾很小, 但它可能會延長接地線並新增接地阻抗. 它通常用於訊號接地, 類比接地, 和電源接地. 多點接地是指每個電路都有一個接地點, 如圖5所示. 高頻電路中經常使用多點接地, 接地線短，接地阻抗值小, 减少高頻訊號的干擾. 為了减少接地引起的干擾, the grounding must also meet certain requirements:
1. 接地線應盡可能短, and the ground plane should be large;
2. Avoid unnecessary ground loops and reduce the interference voltage of the common ground;
3. 接地原則是對不同的訊號採用不同的接地管道, and all groundings cannot be taken to the same grounding point;
4. 什麼時候 設計分層 PCB板, 電源層和接地層應盡可能放置在相鄰層中, so that the capacitance between the layers can be formed in the circuit and the electromagnetic interference can be reduced;
5. 儘量避免强弱電流訊號, 公共接地中的數位和類比信號.

3) Place the gridded plane
Gridding is an important 設計 雙層板科技. 網格化是將地線延伸到 PCB板 並使用地面填充模式構建連接到地面的電網, 形成有效地平面, 它可以像四層板一樣降低噪音. 它有兩個目的：1. 類比四層板的地平面, 為每個訊號線提供下麵的返回路徑； 2 降低微處理器和電壓調節器之間的阻抗. 應注意的原則 設計ing are:
1. Each ground wire extends to fill the space of the printed circuit board as much as possible;
2. Place as many grilles as possible on the two-layer board;
3. Use as many through holes as possible to connect the top and bottom grids when the size is appropriate;
4. 線條不必是直角或相同的寬度.

4) Use of high frequency decoupling capacitors and ferrite beads
In digital circuits, 當邏輯門的狀態改變時, 電源上將產生一個大尖峰, 形成暫態雜訊電壓. 在這種情況下, 去耦電容器或鐵氧體磁珠通常用於限制電流的突然變化. 改變以减少輻射. 通常, 容量約為0的高頻去耦電容器.01mF~0.在每個晶片的電源和接地之間添加1mF, 鐵氧體磁珠放置在靠近晶片的電源線上，以阻擋來自電源線的射頻. 電流源. 什麼時候 設計ing, try to:
1. 使用鉭電容器代替鋁電解電容器, which have large internal inductance;
2. 電容器離晶片越近, 更好, and the lead of the decoupling capacitor should not be too long;
3. The ferrite beads are only used on the +V power supply line, not on the ground line;
4. 將鐵氧體磁珠放置在盡可能靠近雜訊源的位置.

2.4 Wiring principles of signal lines

1) Reduce the capacitive and inductive crosstalk of the line
什麼時候 wiring, 即使在短距離內平行運行的線路之間也存在電容和電感串擾. 電容耦合時, 震源上的上升沿導致受害者上的上升沿. 帶感應耦合, 受害者的電壓變化與電源的變化相反. 大多數串擾是電容性的, 雜訊的大小與平行距離成正比, frequency, 源電壓幅值, 和受害者阻抗, 與兩條線的距離成反比. 因此, the measures to reduce crosstalk are:
1. Keep the lines connected to the microprocessor that carry radio frequency noise away from other signals;
2. The return ground wire of the signal that may be the victim of noise should be routed below it;
3. Do not take noise lines on the outer edge of the circuit board;
4. 如果可能的話, route some noisy lines together and then surround them with a ground wire;
5. 使無雜訊線路遠離電路板上易於接收雜訊的區域, 例如連接器, 振盪器電路, 繼電器, 和繼電器驅動器.

2) Reasonably arrange the number of return ground wires
In the computer industry, 通常情况下，電纜或導線中每9根訊號線至少有1根地線. 在高速下, 該比率變為5:1. 在以下情况下可以考慮的原則： 設計ing signal lines and return lines:
1. is that each signal line in the cable has a return ground wire to form a twisted pair;
2. Do not exceed one return ground for every 9 signal lines;
3. 如果電纜超過一英尺長, there should be a return ground wire for every 4 signal wires;
4. 如果可能的話, 應將實心金屬支架用作機械支架, 焊接在兩塊電路板之間, 作為安裝支架和可靠的射頻回路接地.

3) Other wiring principles
1. 用作導線的銅箔將使導線的阻抗在90度轉彎處不連續, 可能導致反射干擾, 囙此，90度導線應更改為135度軌跡, which will help reduce reflection interference;
2. 對於 PCB板 帶雙面接線, the wiring of the upper and lower layers should cross vertically to reduce coupling and help suppress interference;
3. 使用隔離接線. 在許多必須並聯佈線的電路中, a grounded isolated wiring can be considered to be added to the two signal lines;
4. 所有線路應盡可能沿直流接地敷設, and try to avoid laying along the AC ground;
5. 使用短接線. 如果線路無法佈置或只能通過繞大圈連接, 只需使用絕緣“飛線”而不是印刷線連接即可, or directly bridge with the leads of resistance-capacitance components;
6. 直流電路應遠離交流電路, and the input signal line and the output signal line should be separated;
7. 訊號軌跡不應有分支, and should be connected from one component to the next to avoid reflection interference or harmonic interference;
8. 高頻訊號線（如時鐘）的佈線應靠近地線，以形成環路區域，以减少差模輻射.

3. Conclusion
It is impossible to completely eliminate electromagnetic interference in electronic products. 我們只能採取必要的措施來减少電磁干擾，並將電磁干擾控制在一定範圍內. 良好的印刷電路板 設計 是為了减少電磁干擾. 重要部分. When 設計安裝印刷電路板, 您可以參考 設計 上述原則, 但這些原則並不是一成不變的. 應根據具體電路條件靈活應用各種抗干擾方法，以滿足電磁相容性的要求. 這需要 PCB板設計 平時的經驗積累和總結.