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文章首先分析了PCB板中電磁干擾的來源,將電磁干擾的來源分為電源、地線干擾、布線不合理造成的輻射和其他方面的干擾幾個方面。然后根據(jù)干擾的來源,針對性地提出了輝達(dá)工控公司在電路設(shè)計中的一些獨到的抗干擾技術(shù),如硬件方面,電源和地線的抗干擾技術(shù),合理布線,使用去耦電容等一些方法用來提高電路的抗干擾能力,軟件方面也有一些獨到的提高抗干擾能力的技術(shù)。
電路板中干擾來源
PCB板中產(chǎn)生干擾的來源有很多,主要有幾個方面:
1,電源和地線干擾
電磁干擾的大部分來源是電源和地線干擾。由于濾波和去耦電容的充放電,在電路板的走線上存在一定壓降,由此導(dǎo)致信號輸入端與信號地之間的電壓變化等效于在放大器輸入端加上一個信號電壓,被輸入放大器放大后輸入電路。另一方面,數(shù)字地與模擬地之間的耦合也會給電路帶來很大的干擾。模擬電路部分對電源部分的干擾尤其敏感。
2,PCB布局和布線不合理所造成的輻射和耦合
由于電路元器件的位置擺放不當(dāng),信號走線的方向和間距的不合理,以及布線的粗細(xì)等原因也會帶來干擾,尤其在高頻電路中,電磁耦合更為明顯。
3,其他的一些干擾源
除了以上幾種主要的干擾來源,還有其他一些不可避免的現(xiàn)場因素可以引入干擾,如空間雜散電磁波、大電流電源開關(guān)啟動瞬間的磁場都會對儀表造成一定程度上的干擾。另外還有儀表走線過程中的信號線和電源線交叉絞在一起,在儀表運行時也會產(chǎn)生磁場對儀表產(chǎn)品造成干擾。
關(guān)于本公司在PCB設(shè)計抗干擾的一些解決方法:
1.原理圖上的設(shè)計理念:(相關(guān)產(chǎn)品包括:PID觸發(fā)模塊,PID觸發(fā)器,SCR功率調(diào)整器等)
a,電源部分抗干擾設(shè)計:
在交流電輸入部分,前端加上電感和電容濾波,可以過濾掉交流電中的電磁干擾。
市電經(jīng)過橋式整流,變?yōu)橹绷麟妷?,再通過高頻開關(guān)管TOP223快速的轉(zhuǎn)換成交流輸出,最后經(jīng)過開關(guān)變壓器T1輸出直流電給負(fù)載端,這樣可以再一次有效的濾除市電所帶來的干擾。
直流電源部分給電源加濾波電路或穩(wěn)壓器,通過外接電容對電源加濾波電路,這樣可以在很大的頻率范圍內(nèi)抵抗電子零件正常工作中產(chǎn)生的電磁干擾。
b,開關(guān)量輸入設(shè)計
開關(guān)量輸入端串上一個光耦PC817,利用光耦的隔離特性,可以讓輸入端的干擾信號到達(dá)單片機時衰減到最小。
2.PCB板層設(shè)計的抗干擾設(shè)計:
在多層板的設(shè)計中,應(yīng)盡量使用地層和電源層將信號層隔開,不能隔開的相鄰信號層的走線應(yīng)采用正交方向。下圖為四層板的排列:
3.PCB布線的抗干擾方法
1).根據(jù)印制電路板電流的大小,盡量加粗電源線的寬度,減小環(huán)路電阻。在電源線的走向上,盡量使電源線、地線和數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较虮3忠恢?,這樣可以減少由于電磁耦合所造成的電壓電流突變。
2).數(shù)字地、模擬地要分開,對低頻電路,地應(yīng)盡量采用單點并聯(lián)接地;高頻電路宜采用多點串聯(lián)接地,地線應(yīng)短而粗。高頻元件周圍盡量用柵格狀大面積鋪銅,要盡量加大電路的接地面積。
3).雙層PCB板上的地線盡可能的大面積鋪銅,正面和背面的地線用過孔連接起來。
4).對于時鐘線和高頻信號線要根據(jù)其特性阻抗要求考慮線寬,做到阻抗匹配。
一般將時鐘電路放在 PCB 的中心位置或一個接地良好的位置,遠(yuǎn)離電路板邊沿或接近 I/O 部件的位置。因為時鐘線最終直接連在連接器上,時鐘會因為子插件板、帶狀線或其他外部器件而受影響,所以應(yīng)當(dāng)使時鐘電路遠(yuǎn)離這些連接器件。同時,盡量讓時鐘信號走線距離短,盡量少用過孔。因為過孔會增加導(dǎo)線的自感(每個大約1~3nH),導(dǎo)線的自感會使有用信號的質(zhì)量變差或產(chǎn)生潛在的射頻輻射。
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