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高速PCB設(shè)計(jì)指南:PCB的可靠性設(shè)計(jì)(下)

發(fā)布時(shí)間 :2017-11-10 15:18 閱讀 : 來源 :技術(shù)文章責(zé)任編輯 :深圳宏力捷PCB設(shè)計(jì)部
六、產(chǎn)品干擾的抑制方案
1 接地
1.1 設(shè)備的信號(hào)接地
目的:為設(shè)備中的任何信號(hào)提供一個(gè)公共的參考電位。
方式:設(shè)備的信號(hào)接地系統(tǒng)可以是一塊金屬板。
 
1.2 基本的信號(hào)接地方式
有三種基本的信號(hào)接地方式:浮地、單點(diǎn)接地、多點(diǎn)接地。
1.2.1 浮地 目的:使電路或設(shè)備與公共地線可能引起環(huán)流的公共導(dǎo)線隔離起來,浮地還使不同電位的電路之間配合變得容易。 缺點(diǎn):容易出現(xiàn)靜電積累引起強(qiáng)烈的靜電放電。 折衷方案:接入泄放電阻。
1.2.2 單點(diǎn)接地 方式:線路中只有一個(gè)物理點(diǎn)被定義為接地參考點(diǎn),凡需要接地均接于此。 缺點(diǎn):不適宜用于高頻場(chǎng)合。
1.2.3 多點(diǎn)接地 方式:凡需要接地的點(diǎn)都直接連到距它最近的接地平面上,以便使接地線長(zhǎng)度為最短。 缺點(diǎn):維護(hù)較麻煩。
1.2.4 混合接地 按需要選用單點(diǎn)及多點(diǎn)接地。
 
1.3 信號(hào)接地線的處理(搭接)
搭接是在兩個(gè)金屬點(diǎn)之間建立低阻抗的通路。
分直接搭接、間接搭接方式。
無(wú)論哪一種搭接方式,最重要的是強(qiáng)調(diào)搭接良好。
 
1.4 設(shè)備的接地(接大地)
設(shè)備與大地連在一起,以大地為參考點(diǎn),目的:
1) 實(shí)現(xiàn)設(shè)備的安全接地
2) 泄放機(jī)箱上所積累的電荷,避免設(shè)備內(nèi)部放電。
3) 接高設(shè)備工作的穩(wěn)定性,避免設(shè)備對(duì)大地的電位在外界電磁環(huán)境作用下發(fā)生的變化。
1.5 拉大地的方法和接地電阻 接地棒。
1.6 電氣設(shè)備的接地
 
2 屏蔽
2.1 電場(chǎng)屏蔽
2.1.1 電場(chǎng)屏蔽的機(jī)理 分布電容間的耦合 處理方法:
1) 增大A、B距離。
2) B盡量貼近接地板。
3)A、B間插入金屬屏蔽板。
2.1.2 電場(chǎng)屏蔽設(shè)計(jì)重點(diǎn):
1) 屏蔽板程控受保護(hù)物;屏蔽板接地必須良好。
2) 注意屏蔽板的形狀。
3) 屏蔽板以良好導(dǎo)體為好,厚度無(wú)要求,強(qiáng)度要足夠。
 
2.2 磁場(chǎng)屏蔽
2.2.1 磁場(chǎng)屏蔽的機(jī)理
高導(dǎo)磁材料的低磁阻起磁分路作用,使屏蔽體內(nèi)的磁場(chǎng)大大降低。
2.2.2 磁場(chǎng)屏蔽設(shè)計(jì)重點(diǎn)
1) 選用高導(dǎo)磁率材料。
2) 增加屏蔽體的壁厚。
3) 被屏蔽物不要緊靠屏蔽體。
4) 注意結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
5) 對(duì)強(qiáng)用雙層磁屏蔽體。
 
2.3 電磁場(chǎng)屏蔽的機(jī)理
1) 表面的反射。
2) 屏蔽體內(nèi)部的吸收。
2.3.2 材料對(duì)電磁屏蔽的效果
2.4 實(shí)際的電磁屏蔽體 
 
七、產(chǎn)品內(nèi)部的電磁兼容性設(shè)計(jì)
1 印刷電路板設(shè)計(jì)中的電磁兼容性
1.1 印刷線路板中的公共阻抗耦合問題 數(shù)字地與模擬地分開,地線加寬。
 
1.2 印刷線路板的布局
※對(duì)高速、中速和低速混用時(shí),注意不同的布局區(qū)域。
※對(duì)低模擬電路和數(shù)字邏輯要分離。
 
1.3 印刷線路板的布線(單面或雙面板)
※專用零伏線,電源線的走線寬度≥1mm。
※電源線和地線盡可能靠近,整塊印刷板上的電源與地要呈“井”字形分布,以便使分布線電流達(dá)到均衡。
※要為模擬電路專門提供一根零伏線。
※為減少線間串?dāng)_,必要時(shí)可增加印刷線條間距離,在意安插一些零伏線作為線間隔離。
※印刷電路的插頭也要多安排一些零伏線作為線間隔離。
※特別注意電流流通中的導(dǎo)線環(huán)路尺寸。
※如有可能在控制線(于印刷板上)的入口處加接R-C去耦,以便消除傳輸中可能出現(xiàn)的干擾因素。
※印刷弧上的線寬不要突變,導(dǎo)線不要突然拐角(≥90度)。
 
1.4 對(duì)在印刷線路板上使用邏輯電路有益建議
※凡能不用高速邏輯電路的就不用。
※在電源與地之間加去耦電容。
※注意長(zhǎng)線傳輸中的波形畸變。
※用R-S觸發(fā)的作按鈕與電子線路之間配合的緩沖。
1.4.1 邏輯電路工作時(shí),所引入的電源線干擾及抑制方法
1.4.2 邏輯電路輸出波形傳輸中的畸變問題
1.4.3 按鈕操作與電子線路工作的配合問題
 
1.5 印刷線路板的互連 主要是線間串?dāng)_,影響因素:
※直角走線
※屏蔽線
※阻抗匹配
※長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)
 
2 開關(guān)電源設(shè)計(jì)中的電磁兼容性
2.1 開關(guān)電源對(duì)電網(wǎng)傳導(dǎo)的騷擾與抑制
騷擾來源:
①非線性流。
②初級(jí)電路中功率晶體管外殼與散熱器之間的容光煥發(fā)性耦合在電源輸入端產(chǎn)生的傳導(dǎo)共模噪聲。
抑制方法:
①對(duì)開關(guān)電壓波形進(jìn)行“修整”。
②在晶體管與散熱器之間加裝帶屏蔽層的絕緣墊片。
③在市電輸入電路中加接電源濾波器。
 
2.2 開關(guān)電源的輻射騷擾與抑制
注意輻射騷擾與抑制
抑制方法:
①盡可能地減小環(huán)路面積。
②印刷線路板上正負(fù)載流導(dǎo)體的布局。
③在次線整流回路中使用軟恢復(fù)二極管或在二極管上并聯(lián)聚酯薄膜電容器。
④對(duì)晶體管開關(guān)波形進(jìn)行“修整”。
 
2.3 輸出噪聲的減小
原因是二極管反向電流陡變及回路分布電感。二極管結(jié)電容等形成高頻衰減振蕩,而濾波電容的等效串聯(lián)電感又削弱了濾波的作用,因此在輸出改波中出現(xiàn)尖峰干擾解決辦法是加小電感和高頻電容。
 
3 設(shè)備內(nèi)部的布線
3.1 線間電磁耦合現(xiàn)象及抑制方法
對(duì)磁場(chǎng)耦合:
①減小干擾和敏感電路的環(huán)路面積最好辦法是使用雙絞線和屏蔽線。
②增大線間距離(使互感減小)。
③盡可有使干擾源線路與受感應(yīng)線路呈直角布線。
對(duì)電容耦合:
①增大線間距離。
②屏蔽層接地。
③降低敏感線路的輸入阻抗。
④如有可能在敏感電路采用平衡線路作輸入,利用平衡線路固有的共模抑制能力克服干擾源對(duì)敏感線路的干擾。
 
3.2 一般的布線方法:
按功率分類,不同分類的導(dǎo)線應(yīng)分別捆扎,分開敷設(shè)的線束間距離應(yīng)為50~75mm。
 
4 屏蔽電纜的接地
4.1 常用的電纜
※雙絞線在低于100KHz下使用非常有效,高頻下因特性阻抗不均勻及由此造成的波形反射而受到限制。
※帶屏蔽的雙絞線,信號(hào)電流在兩根內(nèi)導(dǎo)線上流動(dòng),噪聲電流在屏蔽層里流動(dòng),因此消除了公共阻抗的耦合,而任何干擾將同時(shí)感應(yīng)到兩根導(dǎo)線上,使噪聲相消。
※非屏蔽雙絞線抵御靜電耦合的能力差些。但對(duì)防止磁場(chǎng)感應(yīng)仍有很好作用。非屏蔽雙絞線的屏蔽效果與單位長(zhǎng)度的導(dǎo)線扭絞次數(shù)成正比。
※同軸電纜有較均勻的特性阻抗和較低的損耗,使從真流到甚高頻都有較好特性。
※無(wú)屏蔽的帶狀電纜。
最好的接線方式是信號(hào)與地線相間,稍次的方法是一根地、兩根信號(hào)再一根地依次類推,或?qū)S靡粔K接地平板。
 
4.2 電纜線屏蔽層的接地
總之,將負(fù)載直接接地的方式是不合適的,這是因?yàn)閮啥私拥氐钠帘螌訛榇鸥袘?yīng)的地環(huán)路電流提供了分流,使得磁場(chǎng)屏蔽性能下降。
 
4.3 電纜線的端接方法
在要求高的場(chǎng)合要為內(nèi)導(dǎo)體提供360°的完整包裹,并用同軸接頭來保證電場(chǎng)屏蔽的完整性。
 
5 對(duì)靜電的防護(hù)
靜電放電可通過直接傳導(dǎo),電容耦合和電感耦合三種方式進(jìn)入電子線路。
直接對(duì)電路的靜電放電經(jīng)常會(huì)引起電路的損壞,對(duì)鄰近物體的放電通過電容或電感耦合,會(huì)影響到電路工作的穩(wěn)定性。
防護(hù)方法:
①建立完善的屏蔽結(jié)構(gòu),帶有接地的金屬屏蔽殼體可將放電電流釋放到地。
②金屬外殼接地可限制外殼電位的升高,造成內(nèi)部電路與外殼之間的放電。
③內(nèi)部電路如果要與金屬外殼相連時(shí),要用單點(diǎn)接地,防止放電電流流過內(nèi)部電路。
④在電纜入口處增加保護(hù)器件。
⑤在印刷板入口處增加保護(hù)環(huán)(環(huán)與接地端相連)。


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