抗干扰技术与CB设计

一、电磁兼容的基本概念1、问题的提出：随着电子技术的发展，电子设备的应用越来越普及，电子系统的规模越来越庞大，而体积却越来越小，电子设备的安装越来越密集，电子设备内部元器件的安装密度越来越高。使得电子设备之间、设备内部电路之间的干扰问题越来越突出。2、什么是电磁兼容?

电磁兼容性（ElectromagneticCompatibility----EMC)是指设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁干扰的能力。（国标GB/T4365-1995）通俗的讲：电磁兼容是指多个设备或系统在同一环境中能够正常工作。其含义包括两个方面：不能形成干扰，也不能被干扰。换句话说：电磁兼容解决的是设备间干扰与被干扰的问题。3、电磁兼容研究的主要内容：电磁兼容设计；电磁兼容测试；电磁兼容标准及电磁兼容预测。4、电磁干扰的三要素：

电路的抗干扰技术与PCB设计（1）干扰源耦合通道敏感体电路的抗干扰技术与PCB设计（2）5、解决干扰的基本思路该三要素本身形成了一个干扰系统，切断系统中任何一个环节都可以切断干扰。6、电磁干扰的定义、分类

任何可能引起装置、设备或系统性能降低的电磁现象。国标GB/T4365-1995）

场的干扰：电场的干扰，磁场的干扰，电磁辐射的干扰。传导干扰：公共阻抗干扰（电阻、电容、电感），地干扰，漏电干扰7、电磁干扰的解决方法空间分离：地点位置控制，自然地形隔离，方位角控制，电场矢量方向控制。频率管理：频率管制，滤波，频率变换。地线隔离：变压器隔离，光电隔离，继电器隔离，DC/DC变换传输通道抑制：滤波，屏蔽。时间分割：时间分隔，同步。电路的抗干扰技术与PCB设计（3）8、什么叫EMC认证

产品的EMC认证是依据产品的电磁兼容标准和相应的技术要求，经过认证机构测试确认，并通过颁发认证证书和认证标志来证明某一产品符合相应标准和相应技术的要求。

在我国EMC认证已纳入3C认证范围(中国强制认证，英文名称为“ChinaCompulsoryCertification”，英文缩写为“CCC”，也可简称为“3C认证”)，国家对有强制性电磁兼容国家标准或强制性电磁兼容行业标准以及标准中有电磁兼容强制条款的产品实行安全认证制度，对这些实施电磁兼容安全认证的产品在进入流通领域实施强制性监督管理（没有进行电磁兼容安全认证就不能进入流通领域)。9、电磁兼容性的测量电路的抗干扰技术与PCB设计（4）二、常用的抗干扰技术1、接地技术（1）地的分类：信号地，电源地，大地（安全地、机壳地、屏蔽地、防雷接地）等。（2）安全地：防止发生人身伤害事故而将机壳接大地电路的抗干扰技术与PCB设计（5）（3）信号接地方式：悬浮地、一点接地，多点接地、混合接地地：传统认为地是信号的参考电位，以地为0电平，理想的情况下地线上任两点间的电位差为零，但实际上地线仍然要用金属导体来实现，不可避免的存在导线的阻抗，同时地线也是信号回路的一部分，是信号电流回流的必经之路，这样就在地线上形成了电位差。当各种信号电流流经同一地线阻抗时，形成了公共阻抗干扰。为了减少地线引起的干扰，采用合适的接地方式。（4）接地方式的分析：

悬浮地或隔离地:

接地面不与大地相连，低频时可采用。

优点：防止由于接地线引入的传导干扰。

缺点：设备不与公共地直接连接，容易产生静电积累，引起静电放电。补救的办法是在设备与公共地之间接一个阻值很大的电阻，以便泄放积累的电荷。高频时分布电容影响大。电路的抗干扰技术与PCB设计（6）

单点接地：将各电路单元接地线分别引到系统的唯一基准接地点，该接地点经常是电源地。对于信号而言，电线和电源线是相同的，干扰方式和连接方式也是向雷同的。

电路的抗干扰技术与PCB设计（7）独立地线并联一点接地：

优点:各电路的电位：各设备的电位仅与各自的电流和地线电阻有关，不受其他设备的影响，可防止各设备之间相互干扰和地回路的干扰。缺点：若设备很多,需要很多根地线，级间信号耦合时使接地导线加长，阻抗增大，还会出现各接地导线间的相互耦合，不适用于高频。共用地线串联一点接地：缺点：可以看出，A、B、C各点的电位不仅不为零，而且受其它电路的影响,从防止和抑制干扰的角度，这种接地方法不好。

优点：这种接地方法的结构比较简单，各电路的接地线短，电阻较小，在设备机柜中是常用的一种接地方式。采用这种接地方式要注意把最低电平电路放在靠近A处，以使B点和C点的电位升高最小。电路的抗干扰技术与PCB设计（8）多点接地：将各电路单元的地线就近接到地平面上，该地平面经常是底板、机壳。为了降低地电位，接地线应尽可能短，以便降低接地线的阻抗。

优点：电路简单，接地线短。

缺点：地线回路增多，会出现一些共阻抗耦合。电路的抗干扰技术与PCB设计（9）混合接地在有些设备中，既有高频电路又有低频电路。各电路单元内部采用自己的接地方式（多点或单点接地），再将各单元地线采用并联一点接地接到系统地。适合较大的、复杂的系统。接地方式的关键是有地线阻抗（该阻抗有可能是公共阻抗），如果地线阻抗为0，那么也就无所谓接地方式。设计电路时应尽量减少地线阻抗，并采用合适的接地方式和电源滤波。电路的抗干扰技术与PCB设计（10）接地方式的存在是有地线阻抗，如果地线阻抗为0，那么也就无所谓接地方式。地线干扰主要是地线电阻造成地线电位不等和地线电流流向失去控制。设计电路时应尽量减少地线阻抗；并采用合适的接地方式减少地线的公共阻抗作用（控制地线电流的走向）；电源滤波。电路的的抗干干扰技技术与与PCB设计（（11）地线阻阻抗：：地线线的实实施必必须通通过导导体来来实现现，任任何导导体都都存在在阻抗抗，对对地线线来讲讲主要要是分分布电电阻和和分布布电感感。而而且由由于趋趋肤效效应的的存在在，高高频影影响更更大。。电路的的抗干干扰技技术与与PCB设计（（12）导线阻阻抗：：减小地地线阻阻抗的的方法法：加加大导导线截截面积积，采采用大大面积积接地地，采采用多多股线线，表表面镀镀银等。。电路的的抗干干扰技技术与与PCB设计（（13）地线环环路以以及及引入入的传传导干干扰解解决方方法（（包括括共模模干扰扰和差差模干干扰））电路的的抗干干扰技技术与与PCB设计（（14）隔离法法电路的的抗干干扰技技术与与PCB设计（（15）平衡法法（仪仪表放放大器器）电路的的抗干干扰技技术与与PCB设计（（16）滤波法法：在该例例子中中，地地线干干扰主主要是是共模模干扰扰，在在扼流流圈中中对共共模信信号同同名端端在同同一边边，互互感加加强。。对差差模信信号同同名端端在两两边，，磁场场抵消消。电路的的抗干干扰技技术与与PCB设计（（17）电感电电容的的特性性：电感电电容的的特性性说明明其阻阻抗与与频率率、材材料、、标称称值等等有关关，适适用是是必须须因地地制宜宜，合合理搭搭配，，优势势互补补。电路的的抗干干扰技技术与与PCB设计（（18）电源滤滤波电路的的抗干干扰技技术与与PCB设计（（19）三端电电容的的使用用及方方法的的借鉴鉴：三端电电容与与普通通电容容的区区别是是上边边的两两根引引线直直接从从电容容极板板上引引出，，普通通电容容是一一根引引线在在电路路中分分开。。解决决了上上端引引线电电感的的影响响，是是被滤滤波电电流必必经电电容极极板。。电路的的抗干干扰技技术与与PCB设计（（20）低频磁磁场、、电场场的屏屏蔽电路的的抗干干扰技技术与与PCB设计（（21）电缆屏屏蔽层层接地地方法法不接地地时的的磁场场、电电场干干扰电路的的抗干干扰技技术与与PCB设计（（22）磁场对对地线线的干干扰磁场在在地线线回路路中产产生感感应电电压地线和和信号号线存存在互互感耦耦合电路的的抗干干扰技技术与与PCB设计（（23）双绞线线的抗抗干扰扰能力力右手拇拇指指指向磁磁场变变化的的反方方向，，四指指握拳拳，四四指方方向即即为感感应电电动势势方向向。电路的的抗干干扰技技术与与PCB设计（（24）三、电电磁兼兼容与与PCB的关系系电磁兼兼容问问题是是一个个非常常复杂杂的问问题，，牵扯扯到系系统的的结构构、材材料、、元件件、电电路、、PCB板、接接头、、电源源、工工艺等等任何何一个个地方方；贯贯穿从从系统统规划划、设设计、、安装装、测测试、、使用用、老老化等等全过过程；；涉及及电路路、电电磁场场、电电子材材料等等知识识。对对测试试手段段要求求很高高。本节仅仅介绍绍基本本概念念并应应用到到PCB的设计计中。。电路的的抗干干扰技技术与与PCB设计（（25）三、PCB的基本本知识识1、什么么是印印刷电电路板板？印刷电电路板板也称称PCB(PrintedCircuitBoard)板,它是在在敷铜板板上用腐腐蚀的的方法法除去去多余余的铜铜箔、、保留留必要要的铜铜箔作作为导导体而而得到到的可可焊接接电子子元件件的电电路板板。腐蚀后留下的可焊接元件的铜箔电路绝缘基板其分为：单面板双面板多层板电路的的抗干干扰技技术与与PCB设计（（26）印制电电路板板实际际上是是一个个连接接、承承载元元件的的载体体，和和元件件一起起组成成了实实际的的电路路。印制电电路板板上元元件的的位置置、方方向安安排，，导线线的位位置、、参数数的设设计将将影响响实际际电路路的工工作状状况，，印制制电路路板的的设计计就是是根据据电路路的功功能、、工作作频率率、功功率等等合理理的安安排元元件和和导线线。印制电路板的的设计要综合合考虑电路参参数、元件参参数、安装位位置、尺寸大大小、散热、、干扰、pcb材料等多种因因素，折衷考考虑，PCB板设计的好坏坏没有统一的的标准，只有有一般的、指指导性的意见见。电路的抗干扰扰技术与PCB设计（27）2、电路板的层层（Layer）：电路板中的层层不是虚拟的的而是印刷板板材料本身实实实在在的铜铜箔层,除了常用的单单层电路板之之外，由于一一些较新的电电子产品电子子线路的元件件密集中，所所用的印刷板板不仅有上下下两面双层走走线,在板的中间还还设有能被特特殊加工的夹夹层铜箔，例例如计算机主主板所用的印印板材料多在在4层以上。其分为：单面板双面板多层板顶层Top过孔Via底层Bottom中间层Mid绝缘层电路的抗干扰扰技术与PCB设计（28）3、各种膜（Mask）焊盘阻焊膜（SolderMask）丝印膜（Silkscreen）助焊膜（PastMask）多层板多层板电路的抗干扰扰技术与PCB设计（29）4、敷铜板的分分类敷铜板,全称应为敷敷铜箔层压板板，是在绝缘缘基板上粘一一层铜箔而成成。绝缘基板铜箔电路的抗干扰扰技术与PCB设计（30）（1）酚醛纸敷铜铜板易易潮，不阻阻燃，便宜，，做收音机等等。（2）环氧纸敷铜铜板耐耐潮、耐高高温，价偏高高，做仪器、、仪表等。（3）环氧玻璃布布敷铜板基基板透明，，优于前者，，价较高，做做高档电器。。（4）聚四氟乙烯烯敷铜板介介质损耗低低价高高，用于高频频电路（5）柔性电路板板可可弯弯曲电路的抗干扰扰技术与PCB设计（31）几种主要基板板材料物理电电气性能表电路的抗干扰扰技术与PCB设计（32）电路的抗干扰扰技术与PCB设计（33）5、PCB版的制作过程程A、根据电路原理理图设计PCB板图B、光绘成正像胶胶片C、准备敷铜板D、上保护油墨E、曝光F、清洗G、腐蚀H、上阻焊油墨I、曝光J、清洗K、印字符L、上助焊剂电路的抗干扰扰技术与PCB设计（34）干膜压膜前压膜后压膜将经处理之基基板铜面透过过热压方式贴贴上抗蚀干膜膜电路的抗干扰扰技术与PCB设计（35）曝光经光源作用将将原始底片上上的图像转移移到感光底板板上主要原物料:底片内层所用底片片为负片,即白色透光部部分发生光聚聚合反应,黑色部分则因因不透光,不发生反应,外层所用底片片刚好与内层层相反,底片为正片UV光曝光前曝光后电路的抗干扰扰技术与PCB设计（36）显影用碱液作用将将未发生化学学反应之干膜膜部分冲掉主要原物料:Na2CO3使用将未发生生聚合反应之之干膜冲掉,而发生聚合反反应之干膜则则保留在板面面上作为蚀刻刻时之抗蚀保保护层显影后显影前电路的抗干扰扰技术与PCB设计（37）蚀刻后蚀刻前蚀刻利用药液将显显影后露出的的铜蚀掉,形成内层线路路图形主要原物料:蚀刻药液(CuCl2)去膜后去膜前去膜利用强碱将保保护铜面之抗抗蚀层剥掉,露出线路图形形主要原物料:NaOH电路的抗干扰扰技术与PCB设计（38）在设计印制板板时需要先行行绘制原理图图。这样可以以保证不会出出现电路原理理上的错误；；资料完整；；添加元件速速度快。原理图绘制的的基本原则：：（1）符合人的读读图习惯（2）尽量体现出出电路原理方方面的结构、、特点等，容容易理解（图图形文件）（3）符合一定的的技术标准原理图中的几几个要素：（1）元件：元件件标号、参数数和型号、封封装等（2）连线：细线线、总线、节节点（3）网络标号（4）注释电路的抗干扰扰技术与PCB设计（39）原理图绘制的的步骤与考虑虑（1）布局电路的主要部部分布置在图图纸的中间部部分，次要部部分布置在图图纸的周围以信号的流程程为导向，从从左到右、从从上到下排列列属于同一电路路单元内的元元件集中放置置不同电路单元元之间留有间间隔（电路图图是有节奏的的）整个图纸布局局要相对匀称称，清晰特殊元件的位位置要体现出出元件的功能能和要求（2）布线横平竖直，减减少交叉，便便于视线追踪踪对于相同性质质的多根连线线使用总线连连接对于连接距离离比较长的连连线用标号连连接电路的抗干扰扰技术与PCB设计（40）电路的抗干扰扰技术与PCB设计（41）设计印制板布布局时考虑的的几个问题（1）热稳定性的的考虑（2）抗干扰性能能的考虑（3）机械强度的的考虑（4）布线及加工工工艺（加工工精度和成本本）电路的抗干扰扰技术与PCB设计（42）（1）热稳定性的的考虑意义：电子电路一般般对温度的变变化比较敏感感（参数变化化），耐受高高温的能力也也比较差（烧烧毁或寿命缩缩短），所以以在设计印制制电路板时必必须考虑电路路板的散热和和电路的热稳稳定性，使电电路在规定的的环境温度范范围内都能正正常工作。不利因素：印制电路板本本身是热的不不良导体；在在平面安装时时不利于热空空气对流（不不透气）；元元件的安装密密度比较大，，而且希望将将所有元件都都安装在电路路板上；体积积越来越小；；和防尘、防防水、防潮存存在矛盾。考虑因素：任何电路元件件只要通电就就会有损耗、、就会发热，，设计印制电电路板时主要要是通过合理理地安排元件件的布局，尽尽可能有利于于散热和减少少温度的影响响。电路的抗干扰扰技术与PCB设计（43）假设一个平面面安装的电路路板上各元件件均匀分布且且发热量相等等（称为均匀匀热负载），，则热平衡后后板上温度分分布如图所示示所以，一般来来讲：温度敏感元件件尽量靠近电电路板的边沿沿安装；发热量大的元元件尽量靠近近电路板的边边沿安装；温度敏感元件件尽量远离发发热量大的元元件和温度比比较高区域。。例如：高精度度直流放大器器远离电源和和功率器件；；电解电容离开开功率器件和和散热器。温升电路的抗干扰扰技术与PCB设计（44）也可以采取隔隔热措施：在发热元件和和温度敏感元元件之间安装装一块隔热板板；将发热元件安安装在高位，，温度敏感元元件安装在低低位。例如：将电路路板立式安装装；或将发热热元件架高安安装。另一种方法是是采取散热措措施：给发热元件加加装散热器（（分为自然、、风冷…..），并使热量量尽可能的排排到机箱外；；给发热元件、、温度敏感元元件下面打散散热孔，解决决对流问题；；利用印制板铜铜箔散热（两两面都利用时时要打过孔，，并去掉阻焊焊）；增加机箱的散散热性能（开开孔的大小、、形状、数量量等），发热热元件靠近散散热孔；使用导热硅脂脂等辅助材料料。电路的抗干扰扰技术与PCB设计（45）（2）抗干扰性能能的考虑干扰敏感元件件和干扰源之之间拉开距离离，如直尺排列列，导线间距距加大，高电电平和低电平平电路分开；；干扰敏感元件件和干扰源之之间隔离，如导线隔离离、元件隔离离、电源地线线层隔离，布布线层隔离；；干扰敏感元件件和干扰源之之间变换方位位，如导线避免免平行，电感感垂直安装，，电容垂直安安装；干扰敏感元件件和干扰源之之间的频谱错错开，减小带带宽；合理进行地线线层分割，各各电路模块集集中安装，如数字模拟地地分开，干扰扰被干扰地分分开；加宽电源、地地线宽度，尽尽量用大面积积接地；做好电源滤波波，每个有源源器件都要有有滤波电容，，而且离引脚脚最近。利用印制板的的分布电感和和电容进行滤滤波；如电源源、地线层间间重合。减少电路板面面