提高抗干扰能力的PCB布局.pdf

在电子电路设计中，抗干扰能力是一项十分重要的性能指标。为了确保电路板的稳定运行，设计者需要在PCB（Printed Circuit Board，印刷电路板）布局中采取一系列抗干扰措施。本文将详细介绍干扰的种类与PCB特性，并提出各种有效的抗干扰方案，特别是对于包含模拟电路的单片机系统而言，如何进行合理的PCB布局。文中以ATMega16单片机的测温系统为案例，详细讨论了PCB布局设计，为基于单片机的测温系统设计提供了参考。 我们需要明确什么是干扰。干扰可以分为两种：一种是由于电路自身原因导致的信号传输不准确，称为噪声；另一种是由于电路外部因素导致的信号传输不准确，称之为干扰。快速变化的电压或电流信号通常被视为干扰源，例如雷电、继电器、可控硅、电机和高频时钟等。模拟电路对信号的准确度要求较高，其电源、地线、输入和输出引线都可能将外界干扰引入电路。而电磁辐射信号可以直接作用于模拟电路，造成干扰。为了抑制干扰，可以采取以下基本措施：抑制干扰源、切断干扰传播路径和提高模拟器件的抗干扰性能。 双层PCB板，即双面板，由于其设计简单、成本低而被广泛应用于廉价电路的设计中。双面板的两个层面都可以进行布线，一个层面用于横向布线，另一个层面用于纵向布线，这样的设计可以使布线变得更为简单。然而，对于模拟电路来说，最佳的设计是将元件和布线放在一个层面，而另一个层面则铺满铜作为地线。连续的铺铜地线具有几个明显优势：方便接地、接地电阻小、为信号提供连续电容以抑制辐射噪声，并可作为电磁屏蔽层防止电磁辐射噪声干扰。 针对抗干扰方案，数字地与模拟地必须分离，数字元件和布线应当放在数字地面上，模拟元件和布线应当放在模拟地面上。分离的地线应有公共连接点，所有信号线都应返回这个系统地。由于数字地与模拟地的交接部分具有电容效应，会使得数字部分干扰到模拟部分，因此，应确保二者之间没有交集。 另外，应该将模拟部分的输入、输出、电源和地线连接器布局得尽可能靠近，避免使用长而宽的布线，以免从数字部分捕获噪声。在PCB布局时，应该将数字、模拟和电源部分进行区分，相应的铺铜部分也应当划分开来。数字部分和模拟部分应当尽可能分开，同时还要保持模拟布线尽可能短。 具体到单片机系统，例如ATMega16单片机的测温系统，PCB布局设计时需要遵循上述原则。系统中应区分数字电路和模拟电路区域，避免数字电路对模拟电路的干扰，同时注意将高速电路与低速电路分开布局，以减少相互干扰。此外，高频电路应当远离敏感元件，并尽量缩短高频电路的走线长度。 提高PCB的抗干扰能力是电路设计中的关键环节，尤其是对模拟电路与数字电路混合设计时显得尤为重要。通过分离数字地与模拟地、优化信号路径、合理布局元件和布线等措施，可以有效地提升电路的抗干扰性能，从而保证电路在复杂电磁环境下能够稳定工作。文中提供的ATMega16单片机测温系统的PCB布局实例，为同类单片机系统PCB设计提供了宝贵的参考经验。