印制電路板（PCB）設計中的干擾因素解析

邵曉燕

【摘要】在電子產品的設計中印制電路板（PCB）十分重要，不單要確保電路元器件電氣連接的準確，還要考慮自身的抗干擾性。本文主要分析印制電路板的布局類、板層類及走線類干擾問題，針對三種干擾問題提出了相應的抑制對策，同時提出PCB設計里的電磁兼容性預測分析，確?；赑CB設計的電磁兼容性能得以實現(xiàn)。

【關鍵詞】PCB；電磁兼容性；抑制對策

在信息化技術不斷發(fā)展的今天，電子產品的功能、種類、構造等都越發(fā)復雜，促使PCB設計逐漸多層次化和高密度化，PCB設計里的電磁兼容性問題也備受重視與關注。電磁兼容性（EMC）設計不僅能確保PCB板上所有電路均正常、穩(wěn)定工作，不相互干擾，還能有效降低PCB對外的輻射發(fā)射以及傳導發(fā)射，確保PCB電路不受外部輻射與傳導干擾。故研究基于PCB設計的電磁兼容性十分重要。

1、PCB干擾種類

PCB干擾主要有三種，一是布局類干擾，通常是PCB板上元件放置位置不合適產生的干擾；二是板層類干擾，通常是由于不科學設置造成的噪聲干擾；三是走線類干擾，通常是PCB信號線、電源線以及地線的線距離或是線寬度設置不合理或是PCB布線方法不當?shù)仍斐傻母蓴_。就PCB干擾類型來說，可分別采取布局規(guī)則、分層對策、走線規(guī)則抑制措施，削弱甚至是消除PCB設計受干擾的影響，確保符合電磁兼容性設計標準。

2、PCB干擾種類的對應抑制對策

2.1布局類干擾的抑制對策

要抑制布局類干擾必須確保PCB布局合理，PCB布局應遵循以下六點：一是根據信號流通位置合理設置每個功能模塊的電路位置，盡量確保方向一致；二是布局中心鎖定為模塊電路的核心元件，盡可能縮減各個元器件間尤其是高頻器件之間的引線；三是集成熱敏元件、芯片等的時候必須遠離發(fā)熱元件；四是結合PCB板上元器件的位置確定連接器位置，盡量將連接器放置在PCB板一側，防止電纜從兩側引出，降低共模電流輻射；五是I/O驅動器要和連接器緊緊靠在一起，防止板上I/O信號長距離走線；六是如若是敏感元器件則不能靠太近，輸出和輸入元件要遠離。

2.2板層類干擾的抑制對策

首先，應掌握電路板設計信息，綜合考慮信號線密集程度、電源和地種類等因素，以此確定保障電路功能需要的電源和布線層數(shù)。分層對策的好壞對接地層或是電源層的瞬態(tài)電壓以及電源與信號的電磁場屏蔽有重要影響。根據實踐經驗給出總分層對策，接地層和電源層應相鄰且兩者間距盡量小，信號層要緊挨接地層或是電源層使用一層或多層。在設計單雙層板的時候要重點設計電源線與信號線。為縮減電源電流的回路面積，地線和電源線間要緊鄰且保持平行。就單層板來說，應在重要信號線兩邊設置保衛(wèi)地線，一來縮減信號回路面積，二來避免信號線和與信號線間出現(xiàn)串擾。就雙層板來說，也可以設置保衛(wèi)地線，或是在重要信號線的投影平面上進行大面積鋪地。單雙層板的制造和裝配調試雖然簡單方便，但若是如 數(shù)字電路以及數(shù)?；旌想娐返容^復雜的PCB是不適合使用的。因為缺乏參考平面，輻射會隨著環(huán)路面積的增加而增強，平行走線也很難避免。

如若成本足夠，建議采用多層板。在設計多層板時要遵循三點：一是如總線、時鐘線等輻射強或是敏感度高的重要信號線，布線最好在兩地層間或是和地層緊鄰的信號層，布線接近地平面便于縮減信號回路面積，減小輻射強度，強化抗干擾能力。二是確保邊緣輻射得到有效控制，與相鄰地平面相比電源平面需要向內縮減5到20H（H為介質厚度）；三是如果底層和頂層有高頻信號線，需要把高頻信號線走在頂層和地層之間，抑制高頻信號線對空間的輻射。

2.3走線類干擾的抑制措施

PCB走線需要遵循六點原則：一是輸出端和輸入端導線要盡可能防止相鄰長距離平行，可通過在走線間插地線或是增加線條間距的方式降低平行串擾；二是不能突然改變走線寬度，如若要拐角，拐彎的地方通常走圓弧或是135°；三是載流回路對外輻射隨著環(huán)路面積、通過電流以及信號頻率的增加（減少）而增加（減少），故應縮減電流流通時的導線環(huán)路面積；四是縮短導線長度增加其寬度，便于降低導線阻抗；五是為保同層相鄰線路間的噪聲耦合以及串擾達到最小，需在線間做隔離處理，確保布線分離；六是設置分流隔離關鍵信號，設置保護路線保護關鍵信號。此外，信號線、電源線和地線走線的時候，不僅要遵循走線準則，還要結合自身特點和功能實施布線。

（1）公共地線盡可能在PCB板邊緣布置，最好呈網狀或是環(huán)狀；接地線要盡可能粗，地線要多使用銅箔，強化屏蔽效果；模擬地要和數(shù)字地分離，模擬地理的低頻地要多使用單點開聯(lián)，具體布線有問題時可以考慮部分串聯(lián)然后再并聯(lián)，高頻地最好使用多點串聯(lián)。（2）盡可能增加電源線寬度，削弱環(huán)路電阻，確保地線和電源線走向同數(shù)據傳遞走向保持一致。如若是多層PCB，要縮減電源線到地層或是電源層的長度。盡量讓電源給各個功能單元單獨供電，由公共電源供電的電路盡量做到彼此接近和互相兼容。（3）信號線盡可能短，確保削弱干擾信號耦合路徑。應先布置時鐘信號線和敏感信號線，接著布置高速信號線，最后再布置非重要信號線。如若信號線之間不相容，就應做隔離處理，防止形成耦合干擾。關鍵信號線走線時不能跨越分隔區(qū)，即便是焊盤和過孔造成的參考平面間隙也不行，不然會增加信號回路面積。同時，為抑制邊緣輻射，關鍵信號線距離參考平面邊沿的距離不能小于3H（H表示關鍵信號線距離參考平面的高度）。敏感及強輻射信號線應距離接口外出信號線較遠，防止信號線之間形成耦合干擾，減少系統(tǒng)誤操作以及向外輻射。差分信號線長度要一樣，處于同一層，并行走線，確保阻抗一樣，線之間不存在其他走線，保證共模阻抗一樣，強化其抗干擾性能。

3、結語

綜上所述，結合電磁兼容預測分析得出的結論，對于不同種類的干擾應采取相應的技術措施進行抑制，才能有效提升PCB的設計質量和水平。剛開始設計產品的時候就使用仿真軟件對PCB實施電磁兼容預測分析，基本上能分析出PCB設計的電磁兼容性能，便于后續(xù)PCB設計的科學分層、適當布局以及合理走線?？傊?，基于PCB的電磁兼容性設計是一項技術性和實踐性都很強的工作，在具體設計時必須綜合考慮性能指標要求、功能模塊分布等多方面因素，同時做好預測分析和相應抑制對策，這樣才能有效保障設計質量。

參考文獻

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