印制電路板上的干擾及抑制

印制電路板設計是電子產(chǎn)品制作的重要環(huán)節，其合理與否不僅關(guān)系到電路在裝配、焊 接、調試和檢修過(guò)程中是否方便，而且直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量與電氣性能，甚至影響到電路功能能否實(shí)現。因此，掌握印制電路板的設計方法十分重要。

一般說(shuō)來(lái)，印制電路板的設計不需要嚴謹的理論和精確的計算，布局排板并沒(méi)有統一的固定模式。對于同一張電路原理圖，因為思路不同、習慣不一、技巧各異，就會(huì )出現各種設計方案，結果具有很大的靈活性和離散性。

印制電路板的設計是電子知識的綜合運用，需要有一定的技巧和豐富的經(jīng)驗。這主要取決于設計者對電路原理的熟悉程度，以及元器件布局、布線(xiàn)的工作經(jīng)驗。對于初學(xué)者來(lái)說(shuō)，首先就是要熟練掌握電路的原理和一些基本布局、布線(xiàn)原則。然后通過(guò)大量的實(shí)踐，在實(shí)踐中摸索、領(lǐng)悟并掌握布局、布線(xiàn)原則，積累經(jīng)驗，才能不斷地提高印制電路板的設計水平。

印制電路板上的干擾及抑制

干擾現象在整機調試中經(jīng)常出現，其原因是多方面的。不僅有外界因素造成的干擾(如電磁波)，而且印制電路板絕緣基板的選擇、布線(xiàn)不合理、元器件布局不當等都可能造成干擾，這些干擾在電路設計和排版設計中如予以重視，則可完全避免。相反，如果不在設計中考慮，便會(huì )出現干擾，使設計失敗。

(一)電源干擾與抑制

任何電子產(chǎn)品都需要電源供電，并且絕大多數是由交流市電通過(guò)降壓、整流、穩壓后供給。供電電源的質(zhì)量直接影響整機的技術(shù)指標，而電源的質(zhì)量除原理設計本身外;工藝布線(xiàn)和印制電路板設計不合理，去耦電容放置的位置不正確，都會(huì )產(chǎn)生干擾，特別是交流電源的干擾。例如在圖2-7所示的穩壓電路中，整流管接地過(guò)遠，交流回路的濾波電容與直流電源 的取樣電阻共用一段導線(xiàn)接地，都會(huì )由于布線(xiàn)不合理導致直流回路彼此相連，造成交流信號對直流信號產(chǎn)生干擾，使電源質(zhì)量下降。

在印制電路板上，若直流電源的去耦電容所放位置不正確，也起不到去耦的作用。一般用鋁電解電容器(lOF左右)濾除低頻干擾并將其放置在電路板電源入口處(不推薦);陶瓷電容器(0.1uF-680pF)用于濾除高頻干擾，必須將其靠近集成電路的電源端且與其地線(xiàn)連接 (推薦)，如圖2-8所示。陶瓷電容的容量根據1C的速度和電路的工作頻率選擇，速度越快，頻率越高，電容量越小。

(二)磁場(chǎng)的干擾及抑制

印制電路板的特點(diǎn)是使元器件安裝緊湊、連接密集，這一特點(diǎn)無(wú)疑是印制電路板的優(yōu)點(diǎn)。如果設計不當，這一特點(diǎn)就會(huì )給整機帶來(lái)麻煩。例如印制電路板分布參數造成的干擾、元器件相互之間的磁場(chǎng)干擾等，在排版設計中必須引起重視。

1.印制導線(xiàn)間的寄生耦合

兩條相距很近的平行導線(xiàn)，它們之間的分布參數可等效為相互耦合的電感和電容。當信號從一條線(xiàn)中通過(guò)時(shí)，另一條線(xiàn)內也會(huì )產(chǎn)生感應信號，感應信號的大小與電流的流向、原始的頻率及功率有關(guān)，此感應信號就是由分布參數產(chǎn)生的干擾源。為了抑制這種干擾，排版前應分析原理圖，區別強弱信號線(xiàn)，使弱信號線(xiàn)盡童短，并避免與其他信號 線(xiàn)平行;若不能避免平行線(xiàn)，可以拉開(kāi)兩平行線(xiàn)的距離 或在兩平行導線(xiàn)間布上一根地線(xiàn)。對于雙面板，兩面的印制導線(xiàn)走向要相互垂直，盡量避免平行布線(xiàn)，如圖 2-9所示。這些措施可以減少分布參數造成的干擾。

2.磁性元件的干擾

磁性元件對電路也會(huì )造成干擾。例如，揚聲器、電磁鐵產(chǎn)生的恒定磁場(chǎng)，高頻變壓器、繼電器等產(chǎn)生的變化磁場(chǎng)，不僅對周?chē)a(chǎn)生干擾，同時(shí)對印制導線(xiàn)也會(huì )產(chǎn)生影響。抑制這些干擾的措施有：

1)兩個(gè)磁元件的相互位置應使兩個(gè)磁場(chǎng)方向相互垂直，這樣做使它們之間的耦合最弱。

2)采用導磁材料對干擾源進(jìn)行磁屏蔽，它有兩種形式：一是用屏蔽罩進(jìn)行屏蔽，并且 屏蔽罩要良好接地;二是用鐵氧體磁珠套在元器件的引腳上實(shí)現屏蔽。

(三)熱干擾及抑制

溫度升高造成的干擾在印制電路板設計中也應引起注意。例如，晶體管是一種溫度敏感 器件，特別是鍺材料的半導體器件，更易受環(huán)境溫度的影響而使工作點(diǎn)漂移，造成整個(gè)電路 性能發(fā)生變化，因而在排版時(shí)應予以考慮。

1)對發(fā)熱元器件，應優(yōu)先安排在有利于散熱的位置，盡量不要把幾個(gè)發(fā)熱元器件放在一起。必要時(shí)可單獨設置散熱片或加散熱用的風(fēng)扇以降低溫度對臨近元器件的影響。

2)對于溫度敏感的元器件，如晶體管、集成電路、大容量的電解電容器和其他熱敏元件等，不宜放在熱源附近或設備的上部。

(四)地線(xiàn)的公共阻抗干擾及抑制

電子線(xiàn)路工作時(shí)，需要直流電源供電，直流電源的某一極往往作為測量各點(diǎn)電壓的參考點(diǎn)，與此一極連接的導線(xiàn)即為電路的地線(xiàn)。它表示零電位的概念。但在實(shí)際的印制電路板上，由于地線(xiàn)具有一定的電阻和電感，在電路工作時(shí)，地線(xiàn)具有一定的阻抗，當地線(xiàn)中有電流流過(guò)時(shí)，因阻抗的存在，必然在地線(xiàn)上產(chǎn)生壓降，這個(gè)壓降使地線(xiàn)上各點(diǎn)電位都不相等，這就對各級電路帶來(lái)影 響，如圖2-10所示。由于電源提供的電流，既有直流分量也有交流分量，因而在地線(xiàn)中，由于地線(xiàn)阻抗產(chǎn)生的電壓 降，除直流電壓降外，還有各種頻率成分的交流電壓降，這 些交流電壓降加在電路中，就形成了電路單元間的互相干擾。

實(shí)驗證明：流過(guò)印制導線(xiàn)的電流頻率越高，感抗成分占 整個(gè)阻抗的比例越大，干擾也就越大。例如，一塊銅箔厚度為35um的印制電路板，印制導線(xiàn)寬度為lmm,則每10mm的電阻值為左右，其電感量為4nH左右，用公式

計算一下感抗，在10MHz時(shí)Xl=0.25Ω，在1000MHz時(shí)則是25Ω。當印制導線(xiàn)上瞬間有峰值1A的脈沖狀噪聲電流通過(guò)時(shí)，產(chǎn)生的噪聲壓降很大，影響電路正常工作，造成這類(lèi)干擾的主要原因在于兩個(gè)以上回路共用一段地線(xiàn)。為克服地線(xiàn)公共阻抗的干擾，在地線(xiàn)布設時(shí)應遵循以下幾個(gè)原則：

1)地線(xiàn)一般布設在印制電路板邊緣，以便于印制電路板安裝在機殼底座或機架上。

2)對低頻信號地線(xiàn)，采用一點(diǎn)接地的原則。如果形成多點(diǎn)接地，會(huì )出現閉合的接地環(huán)路，當低頻或脈沖磁場(chǎng)穿過(guò)該環(huán)路時(shí)將產(chǎn)生磁感應噪聲，于是不同接地點(diǎn)之間會(huì )出現地電位差，形成干擾。通常一點(diǎn)接地有以下兩種形式。

①串聯(lián)式一點(diǎn)接地，如圖2-11所示。各單元電路一點(diǎn)接地于公共地線(xiàn)，但各電路離電源遠近不同，離電源最遠的C回路因地線(xiàn)阻抗大所受的干擾大，而離電源最近的A回路因地線(xiàn)阻抗小所受的干擾最小。由于各電路抗干擾的能力不同，所以在這種地線(xiàn)系統中，除了要設計低阻抗地線(xiàn)外，還應將易受干擾的敏感電路單元盡可能靠近電源。串聯(lián)式一點(diǎn)接地能有效地避免公共阻抗和接地閉合回路造成的干擾，而且簡(jiǎn)單經(jīng)濟，在電路中被廣泛采用。

②并聯(lián)式一點(diǎn)接地，如圖2-12所示。以面積足夠大的銅箔作為接地母線(xiàn)，并直接接到電位基準點(diǎn)，滯要接地的各部分就近接到該母線(xiàn)上。由于接地母線(xiàn)阻抗很小，故能夠把公共阻抗干擾減弱到允許程度。

3)在小信號模擬電路和大信號功放電路并存的電路中，采用大、小信號地線(xiàn)分開(kāi)的辦法。大信號地線(xiàn)在布局時(shí)，接地點(diǎn)應安排在靠近電源的地方;小信號地線(xiàn)在布局時(shí)，接地點(diǎn)應安排在遠離電源的地方。

4){頻電路宜采用多點(diǎn)接地。在高頻電路中應盡童擴大印制電路板上地線(xiàn)的面積，這樣可以有效減少地線(xiàn)的阻抗。對于雙固板，可利用其中一個(gè)導電平面作為基準地，需要接地的各部分可就近接到該基準地上。由于導電平面的高頻阻抗很低，所以各處的基準電位比較接近，可有效地減少地線(xiàn)的阻抗。

5)在一塊印制電路板上，如果同時(shí)布設模擬電路和數字電路，兩種電路的地線(xiàn)要完全 分開(kāi)，如圖2-13所示。供電也要完全分裕以抑制它們相互干擾。