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基于双面印制板的电磁兼容性设计

作者:时间:2011-03-03来源:网络收藏

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,只要有意识加强性设计,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4~12 MHz,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。

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。

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关键词: 电磁兼容

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