如何在 PCB 设计中克服干扰

随着信息技术的不断发展，电子产品的功能、类别和结构都越来越复杂，推动PCB设计朝着多层、高密度方向发展。因此，PCB设计的EMC（电磁兼容性）必须引起高度重视，因为PCB的EMC设计不仅保证了板上所有电路的正常稳定工作，使它们不会相互干扰，而且还有效降低PCB的辐射传输和传导发射，以防止电路受到外部辐射和传导的干扰。干扰是 EMC 的头号敌人。但是，工程师们，从本文开始，您应该停止担心。

PCB干扰的分类

PCB干扰可分为三类：
1）。版图干扰是指PCB上元器件放置不当造成的干扰。
2)。叠加干扰是指设置不科学造成的噪声干扰。
3).布线干扰是指PCB信号线、电源线和地线之间的距离、线宽设置不当或PCB布线方法不科学造成的干扰。

在PCB干扰分类方面，可以分别从布局规则、堆叠策略和布线规则等方面采取一些抑制措施，减少甚至消除PCB干扰的影响，以保证与EMC设计标准的兼容性。

PCB干扰分类对应抑制措施

• 版图干扰抑制措施

阻止布局干扰的特权在于合理的PCB布局，应符合以下六项规则：

1）。各功能模块的电路位置应根据信号电流位置合理设置，并尽量保持其流向一致。

2）。模块电路中的核心元件应设置在中心，元件之间的引线应尽量缩短，尤其是高频元件。

3）。热敏元件与芯片的集成应远离发热元件。

4）。连接器位置应根据板上元件位置确定。连接器应放置在 PCB 的一侧，以防止电缆从两侧引出并减少共模 (CM) 电流辐射。

5）。 I/O 驱动器应紧靠连接器，以阻止板上 I/O 信号的长距离路由。

6）。热敏元件不能靠得太近，输入输出元件也要远离。

• 叠加干扰抑制措施

首先，应掌握PCB设计信息，综合考虑包括信号线密度、电源和接地分类在内的要素，以确定确保电路功能实现的电源和层数。堆叠策略的质量本质上与接地层或电源层的瞬态电压以及电源和信号的电磁屏蔽有关。根据实际的堆垛设计经验，堆垛设计应符合以下规则：
1）．地平面和电源平面应相邻，并且它们之间的距离应尽可能小。
2）。信号层应紧靠接地层或电源层。单层或多层都可以。

在单层或双层PCB设计过程中，电源线和信号线都应该仔细设计。为了减小电源电流的环路面积，接地线和电源线应紧密靠近，并保持相互平行。对于单层PCB，保护接地线应布置在重要信号线的两侧。一方面，它旨在缩小信号的环路面积。另一方面，可以避免信号线之间的串扰。

对于双层PCB，也可以设置保护接地线或在重要信号的图像平面上进行大面积接地。虽然PCB制造和组装调试简单方便，但不能直接模拟数字电路、数模电路等复杂的PCB，因为在没有参考平面的情况下，辐射会随着环路面积的增加而增加。

如果成本足够，建议使用多层 PCB。在多层PCB设计过程中必须遵循三个规则：
1）。对于重要的信号线，如总线或时钟线辐射强、灵敏度高的线路，应在两个地平面之间或紧靠地平面的信号平面上进行走线，有利于缩小信号环路面积，辐射强度降低和抗干扰增强。
2）。应确保边缘辐射得到有效控制。与相邻的地平面相比，电源平面应在内部减少5到20H（H是指介质厚度）。
3）..如果底层和顶层之间存在高频信号线，则应布置在顶层和地平面之间，以防止高频信号线向空间辐射。

• 路由干扰抑制措施

为了禁止干扰，在路由方面必须遵守以下规则：
1）。输出端和输入端的引线应避免长距离平行。通过增加接地线或增加线间距可以减少并行串扰。
2）。路由宽度永远不会突然改变。角应为弧形或角度为 135°。
3)。载流回路的外辐射随着回路面积、电流和信号频率的增大（减小）而增大（减小），因此有必要在电流流过时减小引线回路面积。
4）。应减少引线长度，增加宽度，以降低引线阻抗。
5）。为尽量减少相邻线路间的噪声耦合和串扰，请在线路间进行隔离处理，保证走线隔离。
6)。应设置分流隔离键信号，键信号有保护电路保护。

另外，在布设信号线、电源线、地线时，请根据自身特点和功能，按照布线规则进行：
a．公共接地线应以网状或环形图案布置在PCB边缘；接地线应尽可能粗，并应多敷铜箔，以加强屏蔽效果；模拟地应与数字地隔离，模拟地的低频地应采用单点并联。高频接地应采用多点串联。在实际布线中，可以将串联和并联相结合。
b．尽可能增加电源线的宽度，降低回路电阻，以保证地线和电源线的方向与数据传输的方向同步。对于多层 PCB，应缩短电源线与接地层或电源层之间的距离。各功能单元应独立供电，公用电源供电的电路应相互靠近、兼容。
c．信号线应尽可能短，以保证减少干扰信号耦合路径。时钟信号线和敏感信号线要先走，再走高速信号线，最后走无意义的信号线。如果信号线相互不兼容，应进行隔离处理以阻止耦合干扰的产生。关键信号走线不能超过由焊盘和通孔引起的分隔区域甚至参考平面空间。否则会增加信号环路面积。同时，为了防止边缘辐射，关键信号线与参考平面的距离不能小于3H（H指关键信号线与参考平面的高度）。

我们唯一需要害怕的就是恐惧本身。对于电子工程师来说，在PCB设计的过程中，也许干扰总是让你失望。但是，只要我们知道干扰的来源并采取有效的措施，在充分发挥PCB性能的同时，干扰肯定会降低。

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