PCB布线技巧及抗干扰技术研究2

PCB布线技巧及抗干扰技术研究第1章PCB布局、布线技巧§1.1PCB布局原则在PCB设计中，布局是一个重要的环节。布局结果的好坏将直接影响布线的效果，合理的布局是PCB设计成功的第一步。布局方式分两种，一种是交互式布局，另一种是自动布局，一般是在自动布局的基础上用交互式布局进行调整，在布局时还可根据走线的情况对门电路进行再分配，将两个门电路进行交换，使其成为便于布线的最佳布局。在布局完成后，还可对设计文件及有关信息进行返回标注于原理图，使得PCB板中的有关信息与原理图相一致，以便在今后的建档、更改设计能同步起来,同时对模拟的有关信息进行更新，使得能对电路的电气性能及功能进行板级验证。PCB的布局应综合多方面原则，归纳如下：第一，信号流向原则。⑴元件的布局应便于信号流通，使信号尽可能保持一致的方向。多数情况下，信号的流向安排为从左到右或从上到下，与输入、输出端直接相连的元件应当放在靠近输入、输出接插件或连接器的地方。⑵通常按照信号的流程逐个安排各个功能电路单元的位置，以每个功能电路的核心元件为中心，围绕它进行布局。第二，最近相邻原则。布局的最重要的原则之一是保证布线的布通率，移动器件时要注意飞线的连接，把有网络关系的器件放在一起，而且能大致达成互连最短，要注意如果两个器件有多个网线的连接时要通过旋转来使网线的交叉最少。第三，均布原则。在保证电气性能的前提下，元件应放置在栅格上且相互平行或垂直排列，以求整齐、美观，一般情况下不允许元件重叠。放置器件时要考虑以后的焊接，不要太密集，元件分布要尽可能均匀，例如大的器件再流焊时热容量比较大，过于集中容易使局部温度低而造成虚焊。元件在整个板面上应分布均匀、疏密一致。第四，抗干扰原则。提到抗干扰，这涉及的知识点就比较丰富了，如数字器件和模拟器件要分开，尽量远离；尽可能缩短高频元器件之间的连线，设法减少它们的分布参数和相互间的电磁干扰，易受干扰的元器件不能相互挨得太近，输入和输出元件应尽量远离；去耦电容尽量靠近器件的VCC，贴片器件的退耦电容最好在布在板子另一面的器件中心（肚子）位置等，这一原则涉及到的很多方面都是依靠经验来进行的，后面我们将详细介绍。⑴对辐射电磁场较强的元件，以及对电磁感应较灵敏的元件，应加大它们相互之间的距离或加以屏蔽，元件放置的方向应与相邻的印制导线交叉。⑵尽量避免高低电压器件相互混杂、强弱信号的器件交错在一起。⑶对于会产生磁场的元件，如变压器、扬声器、电感等，布局时应注意减少磁力线对印制导线的切割，相邻元件磁场方向应相互垂直，减少彼此之间的耦合。⑷对干扰源进行屏蔽，屏蔽罩应有良好的接地。⑸在高频工作的电路，要考虑元件之间的分布参数的影响。第五，热效应原则。⑴对于发热元件，应优先安排在利于散热的位置，必要时可以单独设置散热器或小风扇，以降低温度，减少对邻近元件的影响。发热元器件一般放置在边角，机箱内通风位置。⑵一些功耗大的集成块、大或中功率管、电阻等元件，要布置在容易散热的地方，并与其它元件隔开一定距离。这些器件一般都要用散热片，所以要考虑留出合适的空间安装散热片，此外发热器件的发热部位与印制电路板的距离一般不小于2mm。在一些必要场合甚至要安装风扇来主动散热。⑶对温度敏感的元器件要远离发热元器件。热敏元件应紧贴被测元件并远离高温区域，以免受到其它发热功当量元件影响，引起误动作。⑷双面放置元件时，底层一般不放置发热元件。第六，易维修原则。大型器件的四周要留出一定的维修空间（留出SMD返修设备加热头能够进行操作的尺寸），需要经常更换的元件应置于便于更换的位置，如保险管等。第七，易调节原则。对于电位器、可调电感线圈、可变电容器、微动开关等可调元件的布局应考虑整机的结构要求，若是机内调节，应放在印制板上方便于调节的地方；若是机外调节，其位置要与调节旋钮在机箱面板上的位置相适应。第八，抵抗受力原则。固定孔一般放在接线端子、插拔器件、长串端子等经常受力作用的器件中央，并留出相应的空间；重量超过15g的元器件、应当用支架加以固定，然后焊接。第九，易组装原则。按照这个原则，衍生出来的要求就有很多，例如：⑴在大面积PCB设计中（大约超过500cm2以上），为防止过锡炉时PCB板弯曲,应在PCB板中间留一条5至10MM宽的空隙不放元器件（可走线），以用来在过锡炉时加上防止PCB板弯曲的压条；⑵上锡位不能有丝印油，否则容易造成虚焊或焊不上；⑶布局时，DIP封装的IC摆放的方向必须与过锡炉的方向成垂直，不可平行，如果布局上有困难，可允许水平放置IC（SMD封装的IC摆放方向与DIP相反）；⑷片式元件长轴应垂直于再流焊炉传送带的方向，即垂直于PCB板的长边（因为一般PCB板的长边平行于再流焊炉传送带的方向；⑸对于使用波峰焊工艺的元件组装，为了避免阴影效果，同尺寸元件的端头在平行于焊波方向排成一条直线，不同尺寸的大小元件应交错放置；小尺寸的元件排在大尺寸元件前（无互相遮挡原则）；⑹元器件的特征方向一般要求一致，例如电解电容的极性，二极管的正极，三极管的单引脚端，集成电路的第一个引脚等；⑺波峰焊接面上元器件封装必须能承受260度以上温度并是全密封型的；⑻采用A面再流焊，B面波焊混装时，应把大的贴装和插装元器件布放在A面（再流焊），适合于波峰焊的矩形、圆柱形片式元件、SOT和较小的SOP（引脚数小于28，引脚间距1MM以上）布放在B面（波峰焊接面）。波峰焊接面上不能安放四边有引脚的器件，如，QEP、PLCC等；⑼留出印制扳定位孔及固定支架所占用的位置；⑽外接的设备是否利于介入，如插件板插入设备是否方便等。在通常条件下,所有的元件均应布置在印制电路的同一面上，只有在顶层元件过密时，才能将一些高度有限并且发热量小的器件，如贴片电阻、贴片电容、贴IC等放在底层。

第十，安全原则。例如带高电压的元器件应尽量布置在调试时手不易触及的地方，某些元器件或导线之间可能有较高的电位差，应加大它们之间的距离，以免放电引出意外短路造成火灾。第十一，其它原则。其它原则一般都是根据实际的需求和经验进行的，例如位于电路板边缘的元器件，离电路板边缘一般不小于2mm；跳线不要放在IC下面或马达、电位器以及其它大体积金属外壳的元件下；螺丝孔半径5.0MM内不能有铜箔（除要求接地外）及元件；贵重的元器件不要放在PCB的角、边缘，或靠近接插件、安装孔、槽、拼板的切割、豁口和拐角等处，以上这些位置是印制板的高应力区，容易造成焊点和元器件的开裂或裂纹等。元件布局还要考虑整体的美观性等，一个产品的成功与否，一是要注重内在质量，二是兼顾整体的美观，两者都较完美才能认为该产品是成功的。遵照以上原则，最后要对布局进行检查，主要考虑以下几个方面：⑴印制板尺寸是否与加工图纸尺寸相符？能否符合PCB制造工艺要求？有无定位标记？⑵元件在二维、三维空间上有无冲突？⑶元件布局是否疏密有序，排列整齐？是否全部布完？⑷需经常更换的元件能否方便的更换？插件板插入设备是否方便？⑸热敏元件与发热元件之间是否有适当的距离？⑹调整可调元件是否方便？⑺在需要散热的地方，装了散热器没有？空气流是否通畅？⑻信号流程是否顺畅且互连最短？⑼插头、插座等与机械设计是否矛盾？§1.2PCB布线原则PCB设计中，布线是完成产品设计的重要步骤，可以说前面的准备工作都是为它而做的，在整个PCB中，以布线的设计过程限定最高，技巧最细、工作量最大。PCB布线有单面布线、双面布线及多层布线。布线的方式也有两种：自动布线及交互式布线，在自动布线之前，可以用交互式预先对要求比较严格的线进行布线，输入端与输出端的边线应避免相邻平行，以免产生反射干扰。必要时应加地线隔离，两相邻层的布线要互相垂直，平行容易产生寄生耦合。

自动布线的布通率，依赖于良好的布局，布线规则可以预先设定，包括走线的弯曲次数、导通孔的数目、步进的数目等。一般先进行探索式布经线，快速地把短线连通，然后进行迷宫式布线，先把要布的连线进行全局的布线路径优化，它可以根据需要断开已布的线。并试着重新再布线，以改进总体效果。

对目前高密度的PCB设计已感觉到贯通孔不太适应了，它浪费了许多宝贵的布线通道，为解决这一矛盾，出现了盲孔和埋孔技术，它不仅完成了导通孔的作用，还省出许多布线通道使布线过程完成得更加方便，更加流畅，更为完善，PCB板的设计过程是一个复杂而又简单的过程，要想很好地掌握它，还需广大电子工程设计人员去自已体会，才能得到其中的真谛。PCB布线是个牵涉面大的问题，抛开其它因素，仅就PCB设计环节来说，我有以下几点体会，供大家参考：

第一，布线走向要合理。如输入/输出，交流/直流，强/弱信号，高频/低频，高压/低压等...，它们的走向应该是呈线形的(或分离)，不得相互交融。其目的是防止相互干扰。最好的走向是按直线，但一般不易实现，最不利的走向是环形。对于是直流，小信号，低电压PCB设计的要求可以低些。所以“合理”是相对的。上下层之间走线的方向基本垂直。整个板子的不想要均匀，能不挤的不要挤在一齐。第二，选择好接地点。小小的接地点不知有多少工程技术人员对它做过多少论述，足见其重要性。一般情况下要求共点地，如：前向放大器的多条地线应汇合后再与干线地相连等等...。现实中，因受各种限制很难完全办到，但应尽力遵循。这个问题在实际中是相当灵活的。每个人都有自己的一套解决方案。如能针对具体的电路板来解释就容易理解。第三，合理布置电源滤波/退耦电容。一般在原理图中仅画出若干电源滤波/退耦电容，但未指出它们各自应接于何处。其实这些电容是为开关器件(门电路)或其它需要滤波/退耦的件而设置的，布置这些电容就应尽量靠近这些元部件，离得太远就没有作用了。有趣的是，当电源滤波/退耦电容布置的合理时，接地点的问题就显得不那么明显。在贴片器件的退耦电容最好在布在板子另一面的器件肚子位置，电源和地要先过电容，再进芯片。第四，线条讲究得当。有条件做宽的线决不做细；高压及高频线应园滑，不得有尖锐的倒角，拐弯也不得采用直角。地线应尽量宽，最好使用大面积敷铜，这对接地点问题有相当大的改善。有些问题虽然发生在后期制作中，但却是PCB设计中带来的，它们是：

过线孔太多，沉铜工艺稍有不慎就会埋下隐患。所以，设计中应尽量减少过线孔。同向并行的线条密度太大，焊接时很容易连成一片。所以，线密度应视焊接工艺的水平来确定。焊点的距离太小，不利于人工焊接，只能以降低工效来解决焊接质量。否则将留下隐患。所以，焊点的最小距离的确定应综合考虑焊接人员的素质和工效。焊盘或过线孔尺寸太小，或焊盘尺寸与钻孔尺寸配合不当。前者对人工钻孔不利，后者对数控钻孔不利。容易将焊盘钻成“c”形，重则钻掉焊盘。导线太细，而大面积的未布线区又没有设置敷铜，容易造成腐蚀不均匀。即当未布线区腐蚀完后，细导线很有可能腐蚀过头，或似断非断，或完全断。所以，设置敷铜的作用不仅仅是增大地线面积和抗干扰。以上诸多因素都会对电路板的质量和将来产品的可靠性大打折扣。总之，PCB走线主要集中在以下几点：1电源、地线的处理

既使在整个PCB板中的布线完成得都很好，但由于电源、地线的考虑不周到而引起的干扰，会使产品的性能下降，有时甚至影响到产品的成功率。所以对电、地线的布线要认真对待，把电、地线所产生的噪音干扰降到最低限度，以保证产品的质量。对每个从事电子产品设计的工程人员来说都明白地线与电源线之间噪音所产生的原因，现只对降低式抑制噪音作以表述：

众所周知的是在电源、地线之间加上去耦电容。

尽量加宽电源、地线宽度，最好是地线比电源线宽，它们的关系是：地线＞电源线＞信号线，通常信号线宽为：0.2～0.3mm,最经细宽度可达0.05～0.07mm,电源线为1.2～2.5mm对数字电路的PCB可用宽的地导线组成一个回路,即构成一个地网来使用(模拟电路的地不能这样使用)

用大面积铜层作地线用,在印制板上把没被用上的地方都与地相连接作为地线用。或是做成多层板，电源，地线各占用一层。2数字电路与模拟电路的共地处理

现在有许多PCB不再是单一功能电路（数字或模拟电路），而是由数字电路和模拟电路混合构成的。因此在布线时就需要考虑它们之间互相干扰问题，特别是地线上的噪音干扰。

数字电路的频率高，模拟电路的敏感度强，对信号线来说，高频的信号线尽可能远离敏感的模拟电路器件，对地线来说，整个PCB对外界只有一个结点，所以必须在PCB内部进行处理数、模共地的问题，而在板内部数字地和模拟地实际上是分开的它们之间互不相连，只是在PCB与外界连接的接口处（如插头等）。数字地与模拟地有一点短接，请注意，只有一个连接点。也有在PCB上不共地的，这由系统设计来决定。3信号线布在电（地）层上

在多层印制板布线时，由于在信号线层没有布完的线剩下已经不多，再多加层数就会造成浪费也会给生产增加一定的工作量，成本也相应增加了，为解决这个矛盾，可以考虑在电（地）层上进行布线。首先应考虑用电源层，其次才是地层。因为最好是保留地层的完整性。4大面积导体中连接腿的处理

在大面积的接地（电）中，常用元器件的腿与其连接，对连接腿的处理需要进行综合的考虑，就电气性能而言，元件腿的焊盘与铜面满接为好，但对元件的焊接装配就存在一些不良隐患如：①焊接需要大功率加热器。②容易造成虚焊点。所以兼顾电气性能与工艺需要，做成十字花焊盘，称之为热隔离（heatshield）俗称热焊盘（Thermal），这样，可使在焊接时因截面过分散热而产生虚焊点的可能性大大减少。多层板的接电（地）层腿的处理相同。5布线中网络系统的作用

在许多CAD系统中，布线是依据网络系统决定的。网格过密，通路虽然有所增加，但步进太小，图场的数据量过大，这必然对设备的存贮空间有更高的要求，同时也对象计算机类电子产品的运算速度有极大的影响。而有些通路是无效的，如被元件腿的焊盘占用的或被安装孔、定们孔所占用的等。网格过疏，通路太少对布通率的影响极大。所以要有一个疏密合理的网格系统来支持布线的进行。标准元器件两腿之间的距离为0.1英寸(2.54mm),所以网格系统的基础一般就定为0.1英寸(2.54mm)或小于0.1英寸的整倍数，如：0.05英寸、0.025英寸、0.02英寸等。6设计规则检查（DRC）

布线设计完成后，需认真检查布线设计是否符合设计者所制定的规则，同时也需确认所制定的规则是否符合印制板生产工艺的需求，一般检查有如下几个方面：

线与线，线与元件焊盘，线与贯通孔，元件焊盘与贯通孔，贯通孔与贯通孔之间的距离是否合理，是否满足生产要求。

电源线和地线的宽度是否合适，电源与地线之间是否紧耦合（低的波阻抗）？在PCB中是否还有能让地线加宽的地方。

对于关键的信号线是否采取了最佳措施，如长度最短，加保护线，输入线及输出线被明显地分开。

模拟电路和数字电路部分，是否有各自独立的地线。

后加在PCB中的图形（如图标、注标）是否会造成信号短路。

对一些不理想的线形进行修改。

在PCB上是否加有工艺线？阻焊是否符合生产工艺的要求，阻焊尺寸是否合适，字符标志是否压在器件焊盘上，以免影响电装质量。

多层板中的电源地层的外框边缘是否缩小，如电源地层的铜箔露出板外容易造成短路。

王勇军2010-7-10第2章电子系统抗干扰技术研究 PAGE13第2章电子系统抗干扰技术研究电子系统本身和载体周围都会存在复杂的电磁干扰，如系统电路产生的干扰、输配电线路、移动通信设备、各种机电设备向外辐射的电磁波等，它们都会扰乱系统工作所需的正常信号。另外，天电干扰，比如宇宙射线、雷电的影响也要予以考虑。如何采取有效的措施消除、抑制除这些干扰信号，成为处理弱信号，确保电子系统精度和稳定性的首要任务。要想有效地抑制干扰，首先必须弄清干扰信号产生的原因，找到干扰源，弄清干扰信号的耦合方式和通道，以及被干扰的电路。进而采取有针对性的抗干扰策略去抑制甚至消除干扰信号，使电子系统稳定可靠的工作。§2.1系统干扰来源电子系统干扰形成的原因有内部原因和外部原因，其所受到的干扰主要有以下几个来源:⑴元器件造成的干扰:电路系统中使用大量的电阻、电容和集成电路，这些元器件质量的好坏，会直接影响到系统的工作可靠性。同时设备和元器件在工作时产生的热量所引起的温度波动以及环境温度的变化引起测量部分电路的元器件参数发生变化,从而影响系统的正常工作。⑵电路板的干扰:印制电路板是电子元器件安装和连接的地方，电路板的元器件布局和走线的不合理，以及焊接的质量等都属于常见的干扰因素。⑶接口电路的干扰:单片机的数据传输需要经过接口电路，并且通过一定距离的导线.这会使有用信号产生延时、畸变、衰减，造成干扰。同时，如果该系统应用的现场环境比较恶劣，那么在信号传输的过程中就很容易受到干扰，导致有用信号变形。⑷供电系统的干扰:由于电子系统内部有模拟部分和数字部分共用电源，数字部分噪声较大，会给模拟部分带来干扰。同时外部供电系统不可能只给此功能电路供电，而供电线路上可能有大量的其它用电设备，会使系统出现欠压、过压、尖峰电压、浪涌射频等干扰，这些干扰源都会造成对电子系统供电的不稳定，影响系统的正常工作。⑸外部电磁干扰:电和磁可以通过电路和磁路对系统产生干扰作用,电场和磁场的变化在系统的有关电路或导线中感应出干扰电压,从而影响系统的正常工作。同时电磁波、射线会使气体、电离,使金属逸出电子,从而影响系统的正常工作。⑹机械干扰：机械振动和冲击,使电子系统中的电气元件发生振动、变化等,从而影响系统的正常工作。总之，电子系统在实际应用中会受到各种各样的干扰，它们会通过电源回路或电路中的公共阻抗进入系统，甚至还有些干扰通过电场和磁场耦合进入系统。所以设计时要从消除干扰源，破坏干扰途径和削弱应用系统对干扰的敏感性三方面入手，在硬件，软件和罗盘制作工艺三方面采取措施，使系统工作在最佳状态。硬件抗干扰有效率高的优点，但要增加系统的投资和设备的体积，软件抗干扰有灵活且成本低的优点，但要降低系统的工作效率，而设计工艺则对外形设计和材料有更高的要求。因此，一个成功的抗干扰系统是硬件、软件和制作工艺相配合构成的。如果硬件措施得当，可将绝大多数干扰拒之门外，但仍然有少数干扰窜入系统中，引起不良后果。故软件抗干扰措施作为第二道防线是必不可少的。由于软件抗干扰措施是以CPU的开销为代价的，如果没有硬件抗干扰措施消除绝大多数干扰，CPU将疲于奔命，额外开销增大，严重影响到系统的工作效率和实时性。而制作工艺上选择合适的材料和屏蔽外壳，就可大大减少电场和磁场耦合进入系统的干扰，使软硬件处理更加轻松。§2.2硬件抗干扰处理§2.2.1电路的抗干扰处理对于干扰的处理，在电路设计时就要把各种干扰考虑在其中，从而有效阻断其的传输，这些有针对性的抗干扰设计如下：⑴供电系统的抗干扰设计。供电系统所带来的电源干扰，危害十分严重。当供电系统的电压幅度变化超过±30%时，单片机系统就不能正常工作了，甚至会烧毁器件。由于系统的电源是从外部引入的，外部的各种电磁干扰都可以通过电源线耦合到系统中来，所以必须要对电源进行抗干扰处理。在电源引入端加容量比较大的滤波电容，滤除电源线上的噪声，然后进入稳压芯片转换成系统的+5V工作电压。另外，这个5V工作电压也需要经过电容滤波输出。倘若将电子系统用于车载导航系统，那么系统电源多由汽车蓄电池提供。汽车蓄电池出来的电源并不稳定，在供给电子系统之前必须经过隔离变压、低通滤波等环节，以抑制高频干扰，滤去电源中的高次谐波，从而可以大大提高系统的稳定性。⑵过程通道中的抗干扰设计。由传感器感测信号到AD采集，整个过程要经过比较长的传输链路，这仅需要对信号进行滤波调理，一方面消除高频干扰，另一方面可以使阻抗相匹配，具体电路在前面章节已有描述，这里不再赘述。另外，在单片机控制系统中，过程通道是指信息的传输通道，包括单片机的前向和后向通道以及单片机和外设之间的信息传输路径。信息作为脉冲信号在线路上传输，由于传输线上分布电容、分布电感和漏电阻的影响，信号难免会受到干扰。为了确保信号在传输过程中的可靠性，设计中的信号传输可采用隔离屏蔽技术，数据传输可借助双绞线传输。⑶集成电路的抗干扰设计。罗盘系统中的微控制器是数字集成电路，运放和传感器是模拟集成电路，AD7714是混合集成电路。在数字集成电路内部，当电路从一个状态转换成另一个状态时，必然在电源线上产生一个很大的尖峰电流，在传输线和电源内阻上产生较大的压降，形成严重的干扰。这种电源线上的噪声电压有可能会扰乱数字电路的逻辑电平，使数字电路产生误动作。而模拟器件对这种瞬变噪声电压更加敏感，有可能使信号噪出现脉冲干扰，AD转换结果大大偏离真实信号对应的数值。为了抑制这种干扰，在电路中适当配置退耦电容。退耦电容一方面提供和吸收该集成电路开门关门瞬间的充放电能量，另一方面旁路掉该器件的高频噪声。因此，给各个集成电路配置去耦电容是电路设计的一项常规做法。去耦电路的选用并不严格，可按选用，其中为电路频率，即10MHz取0.1uF,100MHz取0.0luF。对于微控制器系统，一般取0.01-0.1uF。§2.2.2印制电路板的抗干扰设计为了保证电路工作时尽可能少的产生噪声，在设计PCB时，要注意板层、元件布局、电源和地的走线、信号走线等问题。⑴元件的布局。元件的布局是PCB设计比较关键的一步，元件布局的好坏关系元件的装配、散热、EMC、布线效率以及整个板子的性能。在器件布置方面与其它逻辑电路一样，应把相互有关的器件尽量放得靠近些，这样可以获得较好的抗噪声效果。时钟发生器、晶振和CPU的时钟输入端都易产生噪声，要相互靠近些，特别是晶振下方不要走信号线。易产生噪声的器件、小电流电路、大电流电路等应尽量远离逻辑电路。元件布局疏密要合理，如果元件太过于集中，会导致器件过密，线距变小，信号线之间串扰，同时也会带来散热不好，甚至是器件之间不好装配；如果是元件布局过于分散，会导致走线过长引起走线的阻抗增大，元件之间的时延变大，抗干扰能力下降，特别是高速数字电路中，时延过大会导致严重的定时现象；如果是引起阻抗的不匹配会导致严重的反射现象，最终影响系统的整体功能。因此，布局主要是从以上分析问题的角度考虑，最大限度的减小由于布局不合理导致的影响，元件布局的设计思路如下：模拟元件与数字件的分区放置；根据信号走线时尽量短的原则，相关联元件的就近原则；电源电路、高速时钟电路等靠近模拟电路等等。系统基于上述思路，设计PCB板的布局。⑵布线和覆铜。进行电路板设计时，元件放置好之后的工作就是布线。布线（Layout）是PCB设计的关键步骤，走线的好坏将直接影响到整个系统的性能。布线要选择合理的走向，如输入/输出，交流/直流，强/弱信号，高频/低频，高压/低压等，它们的走向应该是呈线形的（或分离），不得相互交融，以避免相互干扰。走线的最好走向是按直线，但一般不易实现，尽量避免走环形线。同时，数字部分和模拟部分走线不要交叉，上下层之间走线的上下层之间走线的方向基本垂直。对于电源和地、时钟、比较敏感的信号线、高速信号线要分别处理，必要的时候还需覆铜来代替走线。电源线和地线的处理。在布线时，既使在整个PCB设计板中的布线完成得都很好，但由于电源、地线的考虑不周到而引起的干扰，会使产品的性能下降，有时甚至影响到产品的成功率。所以对电源和地线的布线要十分谨慎，把电源、地线所产生的噪音干扰降到最低限度，以保证产品的质量。电源线和地线尽可能靠近，整块印刷板上的电源与地要呈“井”字形分布，以便使分布线电流达到均衡。一般对于地线与电源线之间噪音的处理是在电源、地线之间加上去耦电容，适当加宽电源、地线宽度，最好是地线比电源线宽，它们的关系是：地线＞电源线＞信号线。电子系统传感器输出的电压信号较弱，如不能处理好地线，不仅会加剧工频和共模干扰，还会使信号经地线形成环流产生天线效应，增大系统噪声。为保证电路上关键点的地电位一致，使EMI以最短的路径进入地线而消失，布线时采用覆铜技术将各共地点连接。所谓覆铜，就是将PCB上闲置的空间作为基准面，然后用固体铜填充，这些铜区又称为灌铜。覆铜的意义在于，减小地线阻抗，提高抗干扰能力；降低压降，提高电源效率；覆铜与地线相连，还可以减小环路面积。本系统中PCB的地较多，有SGND、DGND、GND等等，根据PCB板面位置的不同，分别以最主要的“地”作为基准参考来独立覆铜。因电子系统功率较小，设计采用覆网格铜，以增强受热性能和高频导电性能。在覆铜之前，首先加粗相应的地线，这样一来，就形成了多个不同形状的多边形结构。②信号走线处理。信号的抗干扰是PCB设计中所要考虑的最重要的因素。信号走线应注意以下几个方面：弱信号电路与强信号电路分开甚至隔离；交流部分与直流部分分开；高频部分与低频部分分开；信号线与地线的合理布置；适当的屏蔽与滤波等。若传感器输出的是差分信号（DifferentialSignal），布线时应走差分线。差分信号和普通的单端信号走线相比，最明显的优势体现在以下三个方面：a.抗干扰能力强，因为两根差分走线之间的耦合很好，当外界存在噪声干扰时，几乎是同时被耦合到两条线上，而接收端关心的只是两信号的差值，所以外界的共模噪声可以被完全抵消。b.能有效抑制EMI，同样的道理，由于两根信号的极性相反，他们对外辐射的电磁场可以相互抵消，耦合的越紧密，泄放到外界的电磁能量越少。c.时序定位精确，由于差分信号的开关变化是位于两个信号的交点，而不像普通单端信号依靠高低两个阈值电压判断，因而受工艺，温度的影响小，能降低时序上的误差，同时也更适合于低幅度信号的电路。目前流行的LVDS（lowvoltagedifferentialsignaling）就是指这种小振幅差分信号技术。为确保在实际走线中能完全发挥差分走线的这些优势，本设计走线尽量保证其等长，以使两个差分信号时刻保持相反极性，减少共模分量；保证其等距，以使两者差分阻抗一致，减少反射。另外，设计的各个地之间分开覆铜，每两个地之间用磁珠连接，电源正端输出覆铜，以便于散热。§2.3软件抗干扰设计进入电子系统的干扰，其频谱往往很宽，且具有随机性，采用硬件抗干扰措施，只能抑制某个频段的干扰，仍有一些干扰会侵入系统，因此，电子系统除了要求硬件的高性能和高抗干扰能力外，还需要软件系统的密切配合，软件的重要性与硬件设置同样重要。在前面章节已阐述了系统对噪声和随机干扰信号的软硬件处理方法，但是对于那些较强的尖峰脉冲干扰，工频干扰和软、硬磁干扰还需特别处理。本节主要就脉宽采集过程中的尖峰脉冲干扰抑制和磁场信号中的工频干扰抑制作进一步论述。§2.3.1强尖峰脉冲干扰的抑制电子系统工作过程中，如果加速度传感器电源出现抖动或有较强的脉冲干扰则会使数字输出的占空比信号产生尖峰，严重影响计数的精度。设计时采用一个0.1uF的电容和一个200欧姆的电阻来抑制电源干扰，同时还借助于微处理器进行软件消除尖峰脉冲干扰对计数值的影响。以ADXL202E输出的信号为例,占空比调节（DCM）周期由外接电阻决定，一般低于1KHZ，因此计数输入端高低电平持续时间长达几毫秒甚至几十毫秒，可见单片机信号计数输入的正常计数信号高、低电平变化较慢；而控制器脉宽计数时间小于1us，干扰尖峰脉冲是突变的，所以能把干扰从正常计数中辨别出来。图2.2带尖峰干扰的信号和动态存储器R中数据变化从单片机计数输入端，观察信号波形来加以分析，见图2.2中的“带尖峰干扰的信号”。为便于分析，在高、低电平段设置了几个干扰尖峰脉冲，分别标示为SectionA和SectionC，占空比信号下降沿、上升沿也分别标示为SectionB和SectionD。单片机按计数时钟周期性采样，采样值中“1”表示采到的是高电平，“0”表示低电平。IO口采样占空比信号输出端口中状态，利用一个字节型变量R来动态存储采样值。控制器每采样一次，变量R中数据向左移一个二进制位，R原最高位电平状态被移除，而当前时刻新的采样状态保存到R的最低位，变量R被更新了，状态存储器R中保存着最近8个采样周期的采样值。在图2.2中，从正常下降沿过程(SectionB)，可以看到变量R中的数据经历了从各位全为1，1、0共存，再变化到全为0的过程；然而，在高电平段的干扰部分(SectionA)，变量R经历了从全为1，1、0混合，再依然回到全为1的过程。类似的，正常上升沿(SectionD)变量R经历了各位全为0，0、1共存，再变化到全为1的状态变化过程；在低电平段的干扰部分(SectionC)，变量R经历了采样状态从全为0，0、1混合，再回到全为0的过程。通过判断此四种情况下变量R中数据的不同变化过程，可以达到从正常变化中辨别出干扰的目的。这就是本设计所采用的软件抗干扰方法的基本思想。根据软件抗干扰设计思想，干扰抑制子程序由主程序在信号状态发生变化进入中断时调用，图2.3给出了干扰抑制程序流程图。图2.2干扰抑制流程图§6.3.2工频干扰的抑制为进一步提高电子系统的精度，设计采用利用正弦波等分点均值滤波法来实现对工频干扰的抑制。对于电子系统信号中的工频干扰为50Hz，干扰信号可表示为。由欧拉公式可知，正弦波一周中任取n个等分点的和为零，则有：（6-1）其中，n是大于1的整数；k为任意整数；c为任意实数。上式左边部分可看作是式(6-3)的虚部：（6-2）利用欧拉公式可将上式写为：（6-3）其中，j是