PCB设计中的抗干扰技术

陈宇泽+宋绪勇

摘 要：印制电路板即PCB在电子产品的设计中是非常重要的。在印制电路板的使用过程中，不仅需要保证其电路元器件的电气能够准确连接，同时也需要考虑印制电路板自身的干扰问题，因此有必要不断对其中存在的问题进行方法研究，并对其中的干扰问题提出相应的解决办法。介绍了PCB设计中的主要干扰问题，包括印制电路板的布局类、板层类和走线类问题，并给出了相应的解决办法。

关键词： PCB设计；电路板抗干扰技术；电子产品

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.16.163

随着社会的发展和科学技术的进步，电子产品的种类在不断增加，内容也越来越复杂，电子产品和设备的结构在逐渐优化，印制电路板设计也逐渐呈现出多层次化和高密度化的特点，PCB设计中所具有的各个方面的干扰问题也逐渐引起人们的关注和重视。当前所使用的电磁兼容性设计能够对印制电路板的电路正常运行和稳定工作起到重要的推动作用，使得这些电路之间不会相互干扰，并且有效抑制PCB 的对外辐射及传导发射。

1 PCB设计的干扰种类

PCB设计在干扰问题中的研究逐渐深入并取得了一些成果。印制电路板产生的干扰主要有三个方面的内容，首先是布局类干扰问题，这一问题主要是由于印制电路板中元件的放置位置的不合理而造成印制电路板产生干扰问题，其次是板层类干扰的问题，这类问题主要指的是由于印制电路板的设置不科学现象的存在，从而产生的噪声干扰的问题，最后是走线类干扰问题，这一问题主要是由于印制电路板的信号线以及电源线和地线之间的线距离设置或者线宽度设置的不合理导致，或者是印制电路板布线方法不适当所产生的。根据PCB使用过程中所产生的干扰类型，可以分别使用布局规则、分层对策和走线规则抑制等具体的措施对干扰问题进行有效抑制和解决，从而削弱或者消除印制电路板所受到的干扰，使得设计逐渐符合电磁兼容性的要求。

2 PCB干扰问题的抑制对策

2.1 布局类干扰问题的抑制对策

印制电路板的布局首先需要根据信号的流动合理设置印制电路板中的每个功能模块的电路位置，同时尽量确保信号走向保持一致。在印制电路板的位置布局中，一般的将其中心设置为模块电路的核心元件。对印制电路板中的各个元器件间的走线，尤其是高频器件之间的引线进行必要的缩短。其次是在印制电路板集成热敏元件和芯片等部件的处理上，需要和发热元件保持比较远的距离。结合PCB板上的元器件的具体位置，合理确定连接器的位置，一般将连接器放置在PCB板的同一边，避免电缆从印制电路板两侧引出的情况，从而减小共模电流辐射。敏感元器件不能够太近，输入和输出元件应与其保持足够的距离。最后是尽量确保印制电路板中的驱动器和连接器位置接近，避免信号的长距离走线现象。

2.2 板层类干扰问题的抑制对策

为了解决印制电路板中板层类干扰问题，需要对印制电路板的设计信息、信号的密集程度、电源以及地（GND）需求加以考虑，从而确定电路合理的电源设计和布线层数。采取的分层对策是否合理将直接影响GND层、电源层的瞬态电压和信号的电磁场屏蔽效果。一般情况下，如果是多层板（两层以上），则此时信号层需设计紧挨电源层或GND层，电源层和GND层应相邻且间距尽可能短。如果是单层板或双层板，则需要关注的就是电源线和信号线的设计。为了保证电源电流的回路面积足够小，通常电源线和GND平行设计且紧邻。对于单层板，一般在重要的信号线两边布下安全地线，防止信号线之间的串扰，减小信号回路面积。对于双层板也可以这么做，或者保证在重要信号的投射面上的GND层足够大。值得注意的是，这种单双板设计并不适用于数字（digital）电路或数模电路，主要是由于没有参考平面，导致平行走线现象和辐射增强。

如果PCB设计预算比较充足，可以使用多层板。此时的设计应注意以下几点：1）全局时钟线（CLK）或总线等具有高敏感度或强辐射的信号线，一般设置在与GND层紧邻的信号层或两个GND层之间。这样做的目的是减小信号回路面积，削弱辐射强度，提高板子的抗干扰性。2）高频信号线一般不设置在顶层或底层，从而减小其对外部的传导辐射。3）电源层的设计应相比于邻层内部缩进5-20H（介质厚度单位），目的是为了减弱边缘辐射。

2.3 走线类干扰问题的抑制对策

进行PCB设计时，为了减少走线类干扰，应遵循以下几个原则：1）避免走线走直角（90度），通常以135度角或者圆弧走线代替。2）导线设置宁宽勿长，目的是減小导线阻抗。3）为了减少平行串扰，一般避免输入导线和输出导线的平行走线，或在二者中间穿插布置GND线。4）尽量减小导线走线回路，尤其是有电流经过时，目的是减小栽流回路的对外辐射。5）设置key signal（关键信号），包括分流隔离和保护路线信号。6）在相同层的布线布局中，应确保相邻线（尤其是信号线）的物理隔离，防止串扰和噪声耦合现象。7）电源线宽度尽量大，一般设置最少25mil（线宽单位），减小环路电阻，且走线方向应与信号走线一致。8）三层以上电路板设计时，应设置独立的电源层，尽量做到各功能模块的独立供电。以上提到的是PCB布线时应遵循的基本原则，此外还需根据电路板具体情况，结合实现功能进行不同情况的细致布线。

3 结束语

目前PCB设计趋于复杂化和多层化，数据信号趋于高频化，不能仅限于功能实现，应在设计阶段就考虑到各种干扰因素。做到科学分层，合理布局布线，保证信号质量纯净，信号传输过程稳定可靠。目前市场上也已经出现了针对PCB设计时的电路仿真验证工具，如Mentor Graphics公司的HyperLynx，它可实现信号完整性分析，电源完整性分析，电磁兼容分析等功能，这些都将有力提升印制电路板的设计质量和水平。

参考文献：

[1]班寿朋.PCB平面型空心线圈电流互感器理论建模与设计[D].重庆大学，2016.

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