PCB科技 - PCB電路的抗干擾設計

印刷電路板電子系統設計中的電路抗干擾, 為了避免繞道而行，節省時間, 我們應充分考慮並滿足抗干擾要求, 並避免在設計完成後採取抗干擾補救措施. 干擾有3個基本要素：

（1）干擾源是指產生干擾的元件、設備或訊號。 用數學語言描述如下：Du/DT，其中di/DT很大，它是干擾源。 例如，雷電、繼電器、晶閘管、電機和高頻時鐘可能成為干擾源。

（2）傳播路徑是指干擾從干擾源傳播到敏感設備的路徑或介質。 典型的干擾傳播路徑是導線傳導和空間輻射。

（3）敏感設備是一種容易受到干擾的設備。 如：A/D、D/A轉換器、單片機、數位積體電路、微弱訊號放大器等。

抗干擾設計的基本原則是抑制干擾源，切斷干擾傳播路徑，提高敏感器件的抗干擾效能。 （類似於預防傳染病）

1干擾源的抑制

抑制干擾源是為了盡可能减少干擾源的Du/dt和di/dt。 這是抗干擾設計中的最高優先順序和最重要的原則，往往事半功倍。 降低干擾源的Du/dt主要通過在干擾源兩端並聯電容器來實現。 通過串聯電感或電阻，並在干擾源電路中添加續流二極體，可以實現降低干擾源的di/dt。

抑制干擾源的常用措施如下：

（1）繼電器線圈中添加了一個續流二極體，以消除線圈斷開時產生的反電動勢干擾。 僅添加續流二極體將延遲繼電器的斷開時間。 在添加齊納二極體後，繼電器可以在組織時間內動作更多次。

（2）將火花抑制電路（一般為RC串聯電路，電阻一般為幾K到幾十K，電容為0.01uF）並聯在繼電器觸點的兩端，以减少電火花的影響。

（3）在電機上新增濾波電路，注意電容和電感的引線盡可能短。

（4）電路板上的每個IC應並聯一個0.01mF 0.1mF高頻電容器，以减少IC對電源的影響。 注意高頻電容器的接線。 接線應靠近電源端，並盡可能厚和短。 否則會新增電容器的等效串聯電阻，影響濾波效果。

（5）佈線時避免90度斷線，以减少高頻雜訊發射。

（6）晶閘管兩端並聯RC抑制電路，以降低晶閘管產生的雜訊（當雜訊嚴重時，晶閘管可能會擊穿）。

根據干擾的傳播路徑，可分為傳導干擾和輻射干擾。

所謂傳導干擾是指通過導線傳輸到敏感設備的干擾。 高頻干擾雜訊的頻帶與有用訊號的頻帶不同。 可以通過在導體上添加濾波器來切斷高頻干擾雜訊的傳播，有時還可以添加隔離光耦。 電源雜訊是最有害的，囙此應特別注意處理。 所謂輻射干擾是指通過空間輻射傳輸到敏感設備的干擾。 一般解決方案是新增干擾源和敏感設備之間的距離，用地線將其隔離，並在敏感設備上添加遮罩。

切斷干擾傳播路徑的常用措施如下：

（1）充分考慮電源對單片機的影響。 如果電源供應做得好，整個電路的抗干擾能力就可以解决一半以上。 許多單片機對電源雜訊非常敏感。 單片機電源應新增濾波電路或調壓器，以减少電源雜訊對單片機的干擾。 例如，ÏÌ形濾波電路可以由磁珠和電容器組成。 當然，當條件不高時，也可以使用100Ω電阻器來更換磁珠。

（2）如果使用單片機的輸入/輸出埠控制電機等雜訊設備，應在輸入/輸出埠和雜訊源之間新增隔離（應新增ÏÌ形濾波電路）。 對於電機等雜訊控制裝置，應在輸入/輸出埠和雜訊源之間添加隔離（應添加ÏÌ形濾波電路）。

（3）注意晶體振盪器接線。 晶體振盪器與單片機引脚應盡可能靠近，時鐘區應與地線隔離，晶體振盪器外殼應接地並固定。 這項措施可以解决許多難題。

（4）電路板應合理劃分，如强弱訊號、數位和類比信號。 干擾源（如電機、繼電器）儘量遠離敏感元件（如單片機）。

（5）使用地線將數位區域與類比區域隔離，將數位接地與類比接地分離，最後在一點連接到電源接地。 a/D和D/a晶片的佈線也基於這一原理。 製造商在分配a/D和D/a晶片的引脚排列時考慮了這一要求。

（6）單片機和大功率設備的地線應單獨接地，以减少相互干擾。 大功率設備應盡可能放置在電路板邊緣。

（7）在MCU輸入/輸出埠、電源線和電路板連接線等關鍵位置使用磁珠、磁環、電源濾波器和遮罩蓋等抗干擾元件，可以顯著提高電路的抗干擾效能。

3提高敏感器件的抗干擾效能

提高敏感設備的抗干擾效能是指儘量減少干擾雜訊的拾取並儘快從异常狀態恢復的方法。

提高敏感設備抗干擾效能的常見措施如下：

（1）在接線過程中，應盡可能减少回路面積，以减少感應雜訊。

（2）接線時，電源線和地線應盡可能厚。 除了降低壓降外，更重要的是降低耦合雜訊。

（3）對於單片機的空閒輸入/輸出埠，不要掛在空中，而是掛在地面或電源上。 其他集成電路的空閒端子接地或連接到電源，而不改變系統邏輯。

（4）使用單片機電源監控和看門狗電路，如imp809、imp706和imp813