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PCB布線中的抗干擾設(shè)計(jì)

時(shí)間2014/09/09
人物Lee
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PCB(印制電路板)中,印制導(dǎo)線用來實(shí)現(xiàn)電路元件和器件之間電氣連接,是PCB中的重要組件,PCB導(dǎo)線多為銅線,銅自身的物理特性也導(dǎo)致其在導(dǎo)電過程中必然存在一定的阻抗,導(dǎo)線中的電感成分會(huì)影響電壓信號(hào)的傳輸,而電阻成分則會(huì)影響電流信號(hào)的傳輸,在高頻線路中電感的影響尤為嚴(yán)重,因此,在PCB設(shè)計(jì)中必須注意和消除印制導(dǎo)線阻抗所帶來的影響。

1印制導(dǎo)線產(chǎn)生干擾的原因

PCB上的印制導(dǎo)線通電后在直流或交流狀態(tài)下分別對(duì)電流呈現(xiàn)電阻或感抗,而平行導(dǎo)線之間存在電感效應(yīng),電阻效應(yīng),電導(dǎo)效應(yīng),互感效應(yīng);一根導(dǎo)線上的變化電流必然影響另一根導(dǎo)線,從而產(chǎn)生干擾;PCB板外連接導(dǎo)線甚至元器件引線都可能成為發(fā)射或接收干擾信號(hào)的天線。印制導(dǎo)線的直流電阻和交流阻抗可以通過公式和公式來計(jì)算,RPL/SXL2πfL式中L為印制導(dǎo)線長度(m),s為導(dǎo)線截面積(mm2),ρ為銅的電阻率,TT為常數(shù),f為交流頻率。正是由于這些阻抗的存在,從而產(chǎn)生一定的電位差,這些電位差的存在,必然會(huì)帶來干擾,從而影響電路的正常工作。

2 PCB電流與導(dǎo)線寬度的關(guān)系

PCB導(dǎo)線寬度與電路電流承載值有關(guān),一般導(dǎo)線越寬,承載電流的能力越強(qiáng)。在實(shí)際的PCB制作過程中,導(dǎo)線寬度應(yīng)以能滿足電氣性能要求而又便于生產(chǎn)為宜,它的最小值以承受的電流大小而定,導(dǎo)線寬度和間距可取0.3mm(12mil)。導(dǎo)線的寬度在大電流的情況下還要考慮其溫升問題。PCB設(shè)計(jì)銅鉑厚度、線寬和電流關(guān)系表1所示。


1 PCB設(shè)計(jì)銅鉑厚度、線寬和電流關(guān)系 
 
圖1 印制導(dǎo)線的拐彎應(yīng)成圓角

 
圖2 PCB中的45°折線

 
圖3 兩向布線時(shí)布線策略
 

3 PCB設(shè)計(jì)中的布線

PCB設(shè)計(jì)中,布線是關(guān)系PCB設(shè)計(jì)成功與否的關(guān)鍵階段,PCB板上銅箔導(dǎo)線的位置、密度、寬窄、間距、走線形式等因素會(huì)決定PCB抗干擾能力,因此,要獲得PCB的最佳性能,必須要做到合理布線。

3.1 布線遵循原則


3.1.1 布線時(shí)板型選擇和密度設(shè)計(jì)

在滿足布線要求的前提下,PCB布線時(shí)選擇的板型,單面板應(yīng)優(yōu)先考慮,其次是雙面板、多層板。其布線密度,要結(jié)合電路結(jié)構(gòu)及產(chǎn)品性能要求,合理選擇,力求布線簡單、均勻。
3.1.2 布線時(shí)的線寬與間距選擇

PCB中選擇的導(dǎo)線,其最小寬度由導(dǎo)線與絕緣基扳間的粘附強(qiáng)度和流過它們的電流值決定。導(dǎo)線最小寬度和間距一般不應(yīng)小于8mil,如果布線密度允許,可以適當(dāng)加寬導(dǎo)線寬度及導(dǎo)線間距。對(duì)銅箔厚度為2mil,寬度在40mil600mil的導(dǎo)線,當(dāng)流經(jīng)該條導(dǎo)線的電流2A時(shí),其溫度不會(huì)高于3,一般選擇導(dǎo)線寬度為60mil可滿足要求。在沒有特殊要求的情況下,布線通常選812mil導(dǎo)線寬度。而對(duì)于集成電路,尤其是數(shù)字電路,導(dǎo)線寬度最小可選擇達(dá)到22.8mil,設(shè)計(jì)中,在條件允許的范圍內(nèi),電源、地線寬度可盡量加寬,一般選擇地線寬度大于電源線,而電源線寬度大于信號(hào)線寬度,必要時(shí),可采用大面積敷銅接地。

在制作PCB布線設(shè)計(jì)中,輸入輸出端的導(dǎo)線應(yīng)盡量避免交叉,可通過添加線間電容的方式避免發(fā)生反饋耦合。導(dǎo)線的間距一般選擇為大于等于線寬,其最小值由最壞情況下的線間絕緣電阻和擊穿電壓決定,在數(shù)字電路中,在工藝允許的情況下,間距可選擇58mil

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