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如何通過PCB布局設(shè)計(jì)來解決EMC問題?

發(fā)布時(shí)間:2018-12-03 責(zé)任編輯:lina

【導(dǎo)讀】PCB是電子產(chǎn)品最基本的部件,也是絕大部分電子元器件的載體。當(dāng)一個(gè)產(chǎn)品的PCB設(shè)計(jì)完成后,可以說其核心電路的騷擾和抗擾特性就基本已經(jīng)確定下來了,要想再提高其電磁兼容特性,就只能通過接口電路的濾波和外殼的屏蔽來“圍追堵截”,這樣不但大大增加了產(chǎn)品的后續(xù)成本,也增加了產(chǎn)品的復(fù)雜程度,降低了產(chǎn)品的可靠性,因此工程師要掌握一些PCB Layout技巧,規(guī)避一些常犯的錯(cuò)誤。 
PCB是電子產(chǎn)品最基本的部件,也是絕大部分電子元器件的載體。當(dāng)一個(gè)產(chǎn)品的PCB設(shè)計(jì)完成后,可以說其核心電路的騷擾和抗擾特性就基本已經(jīng)確定下來了,要想再提高其電磁兼容特性,就只能通過接口電路的濾波和外殼的屏蔽來“圍追堵截”,這樣不但大大增加了產(chǎn)品的后續(xù)成本,也增加了產(chǎn)品的復(fù)雜程度,降低了產(chǎn)品的可靠性,因此工程師要掌握一些PCB Layout技巧,規(guī)避一些常犯的錯(cuò)誤。本文列舉了一些常見的Layout錯(cuò)誤,希望對(duì)廣大工程師有借鑒作用。
 
一. PCB的EMC布局的核心原則
PCB的EMC布局的核心原則就是從空間上避免不同器件之間的相互干擾。
 
1.功能區(qū)域劃分
 
(1)按速度區(qū)域劃分
 
如何通過PCB布局設(shè)計(jì)來解決EMC問題?
 
當(dāng)線路板上同時(shí)存在高、中、低速電路時(shí),應(yīng)該遵從上圖中的布局原則,避免高頻電路噪聲通過接口向外輻射。
 
(2)按功能區(qū)域劃分
 
如何通過PCB布局設(shè)計(jì)來解決EMC問題?
 
 
多種模塊電路在同一PCB上放置時(shí),數(shù)字電路與模擬電路、高速與低速電路分開布局。避免數(shù)字電路、模擬電路、高速電路以及低速電路之間的互相干擾。
 
2.PCB布局設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)充分遵守沿信號(hào)流向直線放置的設(shè)計(jì)原則,盡量避免來回環(huán)繞。
 
如何通過PCB布局設(shè)計(jì)來解決EMC問題?
 
3.對(duì)于特殊元件的位置時(shí)要遵守以下原則:
 
盡可能縮短高頻元器件之間的連線,設(shè)法減少它們的分布參數(shù)和相互間的電磁干擾。易受干擾的元器件不能相互挨得太近,輸入和輸出元件應(yīng)盡量遠(yuǎn)離。
 
某些元器件或?qū)Ь€之間可能有較高的電位差,應(yīng)加大它們之間的距離,以免放電引出意外短路。帶高電壓的元器件應(yīng)盡量布置在調(diào)試時(shí)手不易觸及的地方。
 
重量超過15g的元器件,應(yīng)當(dāng)用支架加以固定,然后焊接。那些又大又重、發(fā)熱量多的元器件,不宜裝在印制板上,而應(yīng)裝在整機(jī)的機(jī)箱底板上,且應(yīng)考慮散熱問題。熱敏元件應(yīng)遠(yuǎn)離發(fā)熱元件。
 
對(duì)于電位器、可調(diào)電感線圈、可變電容器、微動(dòng)開關(guān)等可調(diào)元件的布局應(yīng)考慮整機(jī)的結(jié)構(gòu)要求。若是機(jī)內(nèi)調(diào)節(jié),應(yīng)放在印制板上方便調(diào)節(jié)的地方;若是機(jī)外調(diào)節(jié),其位置要與調(diào)節(jié)旋鈕在機(jī)箱面板上的位置相適應(yīng)。
 
應(yīng)留出印制板定位孔及固定支架所占用的位置。
 
二. 常見錯(cuò)誤舉例

常見錯(cuò)誤1:晶振出現(xiàn)在單板接口連接器1000mil以內(nèi)。
 
如何通過PCB布局設(shè)計(jì)來解決EMC問題?

問題分析:
晶體、晶振、繼電器、開關(guān)電源等強(qiáng)輻射器件出現(xiàn)在單板接口連接器1000mil以內(nèi),干擾會(huì)直接向外輻射或在外出電纜上耦合出電流來向外輻射。
 
解決辦法:
(1)晶振遠(yuǎn)離接口連接器1000mil以外。;
 
(2)接口增加濾波電路,濾除高頻干擾信號(hào)。
 
常見錯(cuò)誤2:線路板電源輸入口的濾波電路(共模電感)沒有靠近接口放置。
 
如何通過PCB布局設(shè)計(jì)來解決EMC問題?

問題分析:
線路板電源輸入口的濾波電路遠(yuǎn)離近接口放置,可能導(dǎo)致已經(jīng)經(jīng)過了濾波的線路被再次耦合。
 
如何通過PCB布局設(shè)計(jì)來解決EMC問題?

解決辦法:
 
如何通過PCB布局設(shè)計(jì)來解決EMC問題?

共模電感靠近電源端口放置,同時(shí)注意地的隔離,如下圖。
 
如何通過PCB布局設(shè)計(jì)來解決EMC問題?

常見錯(cuò)誤3:器件擺放位置不合理。
 
如何通過PCB布局設(shè)計(jì)來解決EMC問題?

問題分析:
TVS靜電抑制器不能起到應(yīng)有的保護(hù)作用,主要是由于PCB中器件布局不合理造成,信號(hào)線在沒經(jīng)過TVS前通過過孔直接連接到MCU。
 
解決辦法:
改變TVS和過孔位置,把TVS并聯(lián)在管腳和MCU之間PCB走線 上。
 
總結(jié):
TVS等保護(hù)器件在PCB布局時(shí),應(yīng)靠近接口放置,并且保護(hù)器件應(yīng)該位于被保護(hù)器件與端口之間,信號(hào)先經(jīng)過保護(hù)器件,再由保護(hù)器件引向被保護(hù)器件。
 
三. PCB整體布局總結(jié)

高速、中速、低速電路要分開;
強(qiáng)電流、高電壓、強(qiáng)輻射元器件遠(yuǎn)離弱電流、低電壓、敏感元器件;
模擬、數(shù)字、電源、保護(hù)電路要分開;
多層板設(shè)計(jì),有單獨(dú)的電源和地平面;
對(duì)熱敏感的元件(含液態(tài)介質(zhì)電容、晶振)盡量遠(yuǎn)離大功率的元器件、散熱器等熱源。
希望通過此文的簡(jiǎn)單介紹,能幫助大家加深對(duì)PCB布局設(shè)計(jì)的理解,提前做好PCB的優(yōu)化設(shè)計(jì),一勞永逸。

 
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