基于双面印制板的电磁兼容性设计

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1、基于双面印制板的电磁兼容性设计　　摘要：从电子系统电磁兼容性角度出发，详细地叙述了双面印制电路板上的元器件的布局、供电线路和信号线路的布线原则；并对双面印制板的自动布线进行讨论。　印制电路板(简称印制板)是电子应用系统中元器件、　　摘要：从电子系统电磁兼容性角度出发，详细地叙述了双面印制电路板上的元器件的布局、供电线路和信号线路的布线原则；并对双面印制板的自动布线进行讨论。　印制电路板(简称印制板)是电子应用系统中元器件、电源线和信号线的高度集合体。印制板设计的好坏对其系统的电磁兼容性的能力有很大的影响，因此印制板的设计决不单是元器件与线路的简单布局、排布，只要有意识

2、加强电磁兼容性设计，才能使其系统的抗干扰能力增强，稳定性提高。　　对于常用的单片机系统，时钟频率一般在4～12MHz，其余的集成电路多为74HC和74LS系列，若采用单面的印制板，很难满足需要，采用多层的，代价又太大，所以大多采用双面印制板。使用双面印制板时，只要充分地考虑了电磁兼容性问题，是可以满足应用方面要求的。　　当然，单片机系统的电磁兼容性所涉及的问题是方方面面的。本文只就双面印制板面上单元电路(或元器件)的布局、线路的布置等与电磁兼容性相关问题进行简要地分析，并相应地给出具体措施。　　1印制板上单元电路的布局　　双面印制板上各种单元电路的相互位置，直接影响系

3、统的电磁兼容性。因此对将要使用单元电路的进行甄别就显得很重要。根据单元电路在使用中对电磁兼容性的敏感程度的不同进行分组。分组的目的是为了按组对印制板区间进行分割，让同组元器件放在一起，以便于在空间上保证各组间的元器件不产生相互干扰。一般按工作速度快慢或电源电压的等级进行分组。　　1.1按工作速度的快慢分组布局　　单元电路工作频率越高，速度就越快，信号的频谱也就越丰富；高频分量比例越大，对外干扰也就越强。可根据单元电路的工作频率分为高速电路(如微处理器)，中速电路(如显示处理)，低速电路(如接口)和模拟电路(如模拟信号放大器)。多种速度电路在印制板上的布局一般如图1所示

4、。 　　1.2按工作电源电压的等级分组布局　　一般说来电源电压不同，电路的种类往往不同。例如，数字电路用5v的较多，模拟电路中运算放大器等用12v、15v较多；若用同种电源电压的电路中仍有数字与模拟元器件之分，还可以再分组。不同的电源电压的等级布局如图2所示。 　　注意：不能将电源电压等级不同的元器件交叉重叠，以防止相互串扰。其元器件分布的合理性如图3所示。　　2地线和电源线的布置　　从解决电磁兼容性着眼，印制板上的线，以地线最为重要，所以对双面印制板来说地线要布置得特别合理。　　2.1采用分类的地线　　地线分类是根据不同的电源电压、数字与模拟、高速与低速和大电流与小

5、电流等分别设置地线。分类设地的目的是为了防止其地线阻抗耦合干扰。双面印制板用轨线作地线，即使轨线较宽，电感量也不能忽略，高频电流通过时仍有可观的电压降，所以一般采用分地方法。所谓的分地，就是在布线时分开，而最后都汇集到直流电源的一点地上。 　　2.2采用网状结构的地线对于同类单元电路(或元器件)提高电磁兼容性效果的有效方法是采用网状结构地线如图4所示。图中实线为正面轨线，虚线为反面轨线，实线与虚线相互垂直，交叉点处由金属化孔连接。这样电流可以就近回流。图4中的垂直地线可能给正面布线造成一定困难，可用小型母线来替代，并与电源供电线连结起来如图5所示。图中垂直的宽线条代表

6、小型电流母线，可以装卸，便于调度。  　　2.3供电线应与地线配合布置　　应从两个方面入手，一是尽可能减少供电线路的特性阻抗；二是减小供电回路面积。双面印制板的供电线路是由轨线组成的，为减小供电用轨线对的特性阻抗，供电轨线和地轨线应尽可能地宽，并且利用正反面使它们相互平行靠近，若可能的话相互放置对应面，使供电环路面积减小到最低程度。不同的供电环路不要相互重叠，以便于减小电磁的干扰。  　　2.4退耦电容的配置　　双面板上采用轨线对供电，除了注意轨线对的走线方式，同时应在每片集成电路旁加容量为0.01～0.10uF的高频去耦电容，还应在印制板连接的电源轨线对引入处加一个

7、高频去耦电容和一个容量1～10uF（100uf）的低频滤波电容，以进一步提高电源去耦滤波的低频特性。　　3信号线的布置　　3.1不相容的信号应相互隔离　　高频与低频、电流大与电流小、数字与模拟信号是不相容的。在考虑了不相容元器件的位置后，在信号线的布置上仍应该注意它们之间的隔离，以免相互之间产生耦合干扰。一般可采取以下措施：　　(1)不相容的信号线应相互远离，不要平行；分布在正反两面的信号线应相互垂直。以减少线间的电场和磁场的耦合干扰。　　(2)高速信号线尤其是时钟线应尽可能地短，必要时可在高速信号线的两边加隔离地线。　　(3)作为单元电路的输入、输