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高速PCB设计指南:PCB的可靠性设计(下)

发布时间 :2017-11-10 15:18 阅读 : 来源 :技术文章责任编辑 :深圳宏力捷PCB设计部
六、产品干扰的抑制方案
1 接地
1.1 设备的信号接地
目的:为设备中的任何信号提供一个公共的参考电位。
方式:设备的信号接地系统可以是一块金属板。
 
1.2 基本的信号接地方式
有三种基本的信号接地方式:浮地、单点接地、多点接地。
1.2.1 浮地 目的:使电路或设备与公共地线可能引起环流的公共导线隔离起来,浮地还使不同电位的电路之间配合变得容易。 缺点:容易出现静电积累引起强烈的静电放电。 折衷方案:接入泄放电阻。
1.2.2 单点接地 方式:线路中只有一个物理点被定义为接地参考点,凡需要接地均接于此。 缺点:不适宜用于高频场合。
1.2.3 多点接地 方式:凡需要接地的点都直接连到距它最近的接地平面上,以便使接地线长度为最短。 缺点:维护较麻烦。
1.2.4 混合接地 按需要选用单点及多点接地。
 
1.3 信号接地线的处理(搭接)
搭接是在两个金属点之间建立低阻抗的通路。
分直接搭接、间接搭接方式。
无论哪一种搭接方式,最重要的是强调搭接良好。
 
1.4 设备的接地(接大地)
设备与大地连在一起,以大地为参考点,目的:
1) 实现设备的安全接地
2) 泄放机箱上所积累的电荷,避免设备内部放电。
3) 接高设备工作的稳定性,避免设备对大地的电位在外界电磁环境作用下发生的变化。
1.5 拉大地的方法和接地电阻 接地棒。
1.6 电气设备的接地
 
2 屏蔽
2.1 电场屏蔽
2.1.1 电场屏蔽的机理 分布电容间的耦合 处理方法:
1) 增大A、B距离。
2) B尽量贴近接地板。
3)A、B间插入金属屏蔽板。
2.1.2 电场屏蔽设计重点:
1) 屏蔽板程控受保护物;屏蔽板接地必须良好。
2) 注意屏蔽板的形状。
3) 屏蔽板以良好导体为好,厚度无要求,强度要足够。
 
2.2 磁场屏蔽
2.2.1 磁场屏蔽的机理
高导磁材料的低磁阻起磁分路作用,使屏蔽体内的磁场大大降低。
2.2.2 磁场屏蔽设计重点
1) 选用高导磁率材料。
2) 增加屏蔽体的壁厚。
3) 被屏蔽物不要紧靠屏蔽体。
4) 注意结构设计。
5) 对强用双层磁屏蔽体。
 
2.3 电磁场屏蔽的机理
1) 表面的反射。
2) 屏蔽体内部的吸收。
2.3.2 材料对电磁屏蔽的效果
2.4 实际的电磁屏蔽体 
 
七、产品内部的电磁兼容性设计
1 印刷电路板设计中的电磁兼容性
1.1 印刷线路板中的公共阻抗耦合问题 数字地与模拟地分开,地线加宽。
 
1.2 印刷线路板的布局
※对高速、中速和低速混用时,注意不同的布局区域。
※对低模拟电路和数字逻辑要分离。
 
1.3 印刷线路板的布线(单面或双面板)
※专用零伏线,电源线的走线宽度≥1mm。
※电源线和地线尽可能靠近,整块印刷板上的电源与地要呈“井”字形分布,以便使分布线电流达到均衡。
※要为模拟电路专门提供一根零伏线。
※为减少线间串扰,必要时可增加印刷线条间距离,在意安插一些零伏线作为线间隔离。
※印刷电路的插头也要多安排一些零伏线作为线间隔离。
※特别注意电流流通中的导线环路尺寸。
※如有可能在控制线(于印刷板上)的入口处加接R-C去耦,以便消除传输中可能出现的干扰因素。
※印刷弧上的线宽不要突变,导线不要突然拐角(≥90度)。
 
1.4 对在印刷线路板上使用逻辑电路有益建议
※凡能不用高速逻辑电路的就不用。
※在电源与地之间加去耦电容。
※注意长线传输中的波形畸变。
※用R-S触发的作按钮与电子线路之间配合的缓冲。
1.4.1 逻辑电路工作时,所引入的电源线干扰及抑制方法
1.4.2 逻辑电路输出波形传输中的畸变问题
1.4.3 按钮操作与电子线路工作的配合问题
 
1.5 印刷线路板的互连 主要是线间串扰,影响因素:
※直角走线
※屏蔽线
※阻抗匹配
※长线驱动
 
2 开关电源设计中的电磁兼容性
2.1 开关电源对电网传导的骚扰与抑制
骚扰来源:
①非线性流。
②初级电路中功率晶体管外壳与散热器之间的容光焕发性耦合在电源输入端产生的传导共模噪声。
抑制方法:
①对开关电压波形进行“修整”。
②在晶体管与散热器之间加装带屏蔽层的绝缘垫片。
③在市电输入电路中加接电源滤波器。
 
2.2 开关电源的辐射骚扰与抑制
注意辐射骚扰与抑制
抑制方法:
①尽可能地减小环路面积。
②印刷线路板上正负载流导体的布局。
③在次线整流回路中使用软恢复二极管或在二极管上并联聚酯薄膜电容器。
④对晶体管开关波形进行“修整”。
 
2.3 输出噪声的减小
原因是二极管反向电流陡变及回路分布电感。二极管结电容等形成高频衰减振荡,而滤波电容的等效串联电感又削弱了滤波的作用,因此在输出改波中出现尖峰干扰解决办法是加小电感和高频电容。
 
3 设备内部的布线
3.1 线间电磁耦合现象及抑制方法
对磁场耦合:
①减小干扰和敏感电路的环路面积最好办法是使用双绞线和屏蔽线。
②增大线间距离(使互感减小)。
③尽可有使干扰源线路与受感应线路呈直角布线。
对电容耦合:
①增大线间距离。
②屏蔽层接地。
③降低敏感线路的输入阻抗。
④如有可能在敏感电路采用平衡线路作输入,利用平衡线路固有的共模抑制能力克服干扰源对敏感线路的干扰。
 
3.2 一般的布线方法:
按功率分类,不同分类的导线应分别捆扎,分开敷设的线束间距离应为50~75mm。
 
4 屏蔽电缆的接地
4.1 常用的电缆
※双绞线在低于100KHz下使用非常有效,高频下因特性阻抗不均匀及由此造成的波形反射而受到限制。
※带屏蔽的双绞线,信号电流在两根内导线上流动,噪声电流在屏蔽层里流动,因此消除了公共阻抗的耦合,而任何干扰将同时感应到两根导线上,使噪声相消。
※非屏蔽双绞线抵御静电耦合的能力差些。但对防止磁场感应仍有很好作用。非屏蔽双绞线的屏蔽效果与单位长度的导线扭绞次数成正比。
※同轴电缆有较均匀的特性阻抗和较低的损耗,使从真流到甚高频都有较好特性。
※无屏蔽的带状电缆。
最好的接线方式是信号与地线相间,稍次的方法是一根地、两根信号再一根地依次类推,或专用一块接地平板。
 
4.2 电缆线屏蔽层的接地
总之,将负载直接接地的方式是不合适的,这是因为两端接地的屏蔽层为磁感应的地环路电流提供了分流,使得磁场屏蔽性能下降。
 
4.3 电缆线的端接方法
在要求高的场合要为内导体提供360°的完整包裹,并用同轴接头来保证电场屏蔽的完整性。
 
5 对静电的防护
静电放电可通过直接传导,电容耦合和电感耦合三种方式进入电子线路。
直接对电路的静电放电经常会引起电路的损坏,对邻近物体的放电通过电容或电感耦合,会影响到电路工作的稳定性。
防护方法:
①建立完善的屏蔽结构,带有接地的金属屏蔽壳体可将放电电流释放到地。
②金属外壳接地可限制外壳电位的升高,造成内部电路与外壳之间的放电。
③内部电路如果要与金属外壳相连时,要用单点接地,防止放电电流流过内部电路。
④在电缆入口处增加保护器件。
⑤在印刷板入口处增加保护环(环与接地端相连)。


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