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PCB 抗干扰设计注意事项
1、电源线设计
根据印制线路板电流的大小,尽量加粗电源线宽度,减少环路电阻。同时使电源线、地线的走向和数据传递的方向一致,这样有助于
增强抗噪声能力。
2、
地线设计
(1)数字地与模拟地分开。若线路板上既有逻辑电路又有线性电路,应使它们尽量分开。低频电路的地应尽量采用单点并联接地,实际
布线有困难时可部分串联后再并联接地。高频电路宜采用多点串联接地,地线应短而粗,高频元件周围尽量用栅格状大面积地箔。
(2)接地线应尽量加粗。若接地线用很细的线条,则接地电位随电流的变化而变化,使抗噪性能降低。因此应将接地线加粗,使它能通
过三倍于印制板上的允许电流。如有可能,接地线应在 2~3mm 以上。
(3)接地线构成闭环路。只有数字电路组成的印制板,其接地电路布成圆环路大多能提高抗噪声能力。
3、退耦电容的原理、配置原则及经验
(1)退耦电容的原理:
退耦电容能够有效的消除电路网络之间的寄生耦合。防止前后电路网络电流大小变化时,在供电电路中所形成的电流冲击
对网络的正常工作产生影响。
退耦滤波电容的取值通常为 47~200μF,退耦压差越大时,电容的取值应越大。所谓退耦压差指前后电路网络工作电压之
差。
大电容由于容量大,所以体积一般也比较大,且通常使用多层卷绕的方式制作,这就导致了大电容的分布电感比较大(也
叫等效串联电感,英文简称 ESL)。电感对高频信号的阻抗是很大的,所以,大电容的高频性能不好。而一些小容量电容则
刚刚相反,由于容量小,因此体积可以做得很小(缩短了引线,就减小了 ESL,因为一段导线也可以看成是一个电感的),
而且常使用平板电容的结构,这样小容量电容就有很小的 ESL,这样它就具有了很好的高频性能,但由于容量小的缘故,对
低频信号的阻抗大。所以,如果我们为了让低频、高频信号都可以很好的通过,就采用一个大电容再并上一个小电容的方
式。常使用的小电容为 0.1uF 的瓷片电容,当频率更高时,还可并联更小的电容,例如几 pF,几百 pF 的。而在数字电路
中,一般要给每个芯片的电源引脚上并联一个 0.1uF 的电容到地(这个电容叫做退耦电容,当然也可以理解为电源滤波电
容,越靠近芯片越好),因为在这些地方的信号主要是高频信号,使用较小的电容滤波就可以了。在电源的输出端并联一
个适当的电容,犹如水库的缓冲作用,可以大大减小负载等的波动对电源的影响,这就是退耦作用。在许多地方,类似的
方法用得很多,总的说可以稳定某处的电位,让波动成分“消化”在电容之中,别去影响受保护的电路部分。
PCB 设计的常规做法之一是在印制板的各个关键部位配置适当的退耦电容。
(2)退耦电容的一般配置原则:
电源输入端跨接一个 10~100uF 的电解电容器,如果印制电路板的位置允许,采用 100uF 以上的电解电容器的抗干扰效
果会更好。
为每个集成电路芯片配置一个 0.01uF 的陶瓷电容器。如遇到印制电路板空间小而装不下时,可每 4~10 个芯片配置一个 1~
10uF 钽电解电容器,这种器件的高频阻抗特别小,在 500kHz~20MHz 范围内阻抗小于 1Ω,而且漏电流很小(0.5uA 以
下)。
对于噪声能力弱、关断时电流变化大的器件和 ROM、RAM 等存储型器件,应在芯片的电源线(VCC)和地线(GND)间
直接接入去耦电容。
去耦电容的引线不能过长,特别是高频旁路电容不能带引线。
在印制板中有接触器、继电器、按钮等元件时,操作它们时均会产生较大火花放电,必须 RC 电路来吸收放电电流。一般 R
取 1~2K,C 取 2.2~47UF。
CMOS 的输入阻抗很高,且易受感应,因此在使用时对不用端要接地或接正电源。
设计时应确定使用高频、低频、中频三种去耦电容,中频与低频去耦电容可根据器件与 PCB 功耗决定,可分别选 47-1000uF
和 470-3300uF;高频电容计算为:C=P/V*V*F。每个集成电路一个去耦电容。每个电解电容边上都要加一个小的高频旁路
电容。用大容量的钽电容或聚丙烯电容而不用电解电容作电路充放电储能电容。使用管状电时,外壳要接地。
(3)退耦电容的配置经验:
好的高频去耦电容可以去除高到 1GHZ 的高频成份。陶瓷片电容或多层陶瓷电容的高频特性较好。设计印制线路板时,每
个集成电路的电源与地之间都要加一个去耦电容。去耦电容有两个作用:一方面是本集成电路的蓄能电容,提供和吸收该
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Xiao_Da_Bai
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