毕业设计（论文）电路的电磁兼容性研究设计.doc

电路的电磁兼容性研究Research of Electromagnetic Compatibility in circuit专 业：电子信息科学与技术学 号：03111124姓 名： 指导教师： 内容摘要电路的电磁兼容性是指其在一个电磁环境中能正常工作的适应能力.电磁兼容性设计是提高产品可靠性的技术途径之一，提高电路的电磁兼容性有利于提高整个电子设备的可靠性. 本文就实际工程中普遍存在的电磁干扰问题,结合电磁兼容思想,从电磁干扰的产生、种类以及耦合途径出发,对电路的电磁兼容性设计方法进行了总结和归纳。介绍了从印制电路板的选取到元器件的布置以及地线、电源线和信号线的设计中减少电磁干扰的设计方法。电磁兼容防护性设计中的滤波技术和接地技术,也做了较详细的分析。根据具体情况提出抑制各种干扰及工程设计的方法.关键词: 电磁兼容，干扰源，印制电路板，模拟电路，数字电路， 噪声，信号干扰，时钟干扰AbstractElectromagnetic compatibility of electric circuit is that it has the ability of adapting to run normally in the environment of the electromagnetism. The designing of electromagnetic compatibility is one of the way to improving the reliable technology of the articles; it is good for improving the electromagnetic compatibility of electric circuit to improve the reliability of all the electric equipment. Aiming at the universal Electromagnetic interference EMI problems in reality this paper summarizes the design measures in circuit based on EMC conception according to EMI sources sorts and coupling approaches. A design method of reducing electromagnetic interference, including the choice of PCBs, the arrangement of elements, the design of ground traces, main traces and signal traces is also introduced. For the defense designing of electromagnetic compatibility, the article elaborately analyses the designing of filter at waves and adjoining the earth. In according to elaborate conditions, the article relatively put forward to the measures of retarding all kinds of interrupting and the method of engine designing.Key words: electromagnetic compatibility，interference sources，PCB ，analog circuits， digital circuit， noise， signal interference，clock interference目 录内容摘要.Abstract.第一章 引言.1第二章 电路产生的电磁干扰2§2.1一些电磁干扰现象.2§2 .2电路中的干扰主要来源.3第三章 对电路产生电磁干扰的因素.3第四章 抑制电磁干扰的措施3§4 .1干扰传输通道抑制.3§4 .2 时间分隔4§4 .3 频率管理措施.4§4 .4 空间分离5§4 .5 电气隔离5§4 .6 其他技术5第五章 如何做到电路的电磁兼容.5§5 .1 分析和解决电磁兼容性的一般方法.5§5 .1 .1问题解决法6§5 .1 .2规范法.6§5 .1 .3系统法.6§5 .2总的设计要求7§5 .3 印制电路板（PCB）设计中的抗干扰措施与电磁兼容性研究8§5 .3 .1 PCB设计的一般原则8§5 .3 .2 PCB及电路抗干扰措施.8§5 .3 .3 电磁兼容性设计8§5 .4 模拟电路的电磁兼容处理问题.13§5 .4 .1 噪声14§5 .4 .2 干扰14§5 .4 .3 漂移14§5 .5 数字电路的电磁兼容处理问题15§5 .5 .1 电源线、地线.15§5 .5 .2 数字信号的联接.15§5 .5 .3 去耦电容.16§5 .5 .4 配线16§5 .5 .5 信号干扰的抑制.17§5 .5 .6 时钟电路的干扰抑制.19§5 .5 .7 其它方法.20第六章结束语20 参考文献.20致谢 .21 第一章 引 言随着现代科学技术的发展，电气及电子设备的数量和种类不断增加，空间电磁环境也变得日益复杂。一方面在这种日益复杂的空间电磁环境中，如何减少相互间的电磁干扰，使各种设备正常运转，是一个急待解决的问题；另一方面，恶劣的电磁环境还会对人类和生态产生不良影响。随着电磁干扰给人们带来越来越多的危害，1970年以来，电磁兼容（EMC）逐渐成为非常活跃的学科领域之一。美国电气和电子工程师协会（IEEE）对电磁兼容做了如下定义：一个装置能在其所处的电磁环境中满意的工作，同时又不向该环境及同一环境中的其他装置排放超过允许范围的电磁扰动。近年来电磁兼容在很多行业中已经成为一个强制标准，而且对系统的要求也越来越严格，因此在设计系统时应该充分考虑系统的电磁兼容问题。最初人们解决电磁兼容问题是在系统完成以后，通过加滤波器、合理布线等措施，以使系统达到电磁兼容的要求。事实证明这种方式很难完全解决问题，因此，从设计初期就应该考虑电磁兼容性问题，并且贯穿于系统设计、制造和安装的整个过程。下面介绍与电磁兼容相关的几个概念：电磁环境(EME，electromagnetic environment) :存在于给定场所的所有电磁现象的总和。“给定场所”即“空间”，“所有电磁现象”包括了全部“时间”与全部“频谱”。 电磁骚扰（Electromagnetic disturbance）:任何可能引起装置、设备或系统性能下降或无生命物质产生作用的电磁现象。电磁骚扰可能是电磁噪声、无用信号或传播媒介自身的变化。电磁干扰（Electromagnetic interference）:由于电磁骚扰引起装置、设备或系统的性能下降。电磁骚扰和电磁干扰是因果关系。抗扰性（Immunity）:装置、设备或系统在有电磁骚扰的情况下正常下工作的能力。（电磁）敏感性（EMS，Electromagnetic Susceptibility）:在存在电磁骚扰的情况下，装置设备或系统不能避免性能降低的能力。 注：敏感性高，抗扰度就低。电磁兼容性：（Electromagnetic compatibility）在不损失有用信号所包含的信息条件下，信号和干扰共存的能力。电磁兼容(EMC，ElectroMagnetic Compatibility):一般指电气及电子设备在共同的电磁环境中能执行各自功能的共存状态，即要求在同一电磁环境中的上述各种设备都能正常工作又互不干扰，达到“兼容”状态。换句话说，电磁兼容是指电子线路、设备、系统相互不影响，从电磁角度具有相容性的状态。电磁兼容性的分类：电磁兼容是不能直接测量的，为了定量描述它，实践上把这个概念分成一个电子设备发射干扰波的能力（EMI）和耐受电磁波干扰的能力（EMS）而EMI和EMS再按照它们是通过传导或辐射途径来发射或接收干扰能量来检测。 EMC的分类电磁兼容EMC发射干扰EMI辐射干扰EMS辐射干扰传导干扰对传导干扰对辐射干扰第二章 电路产生的电磁干扰早期，把发射和干扰问题称之为电磁干扰(EMI)或射频干扰(RFI)。现在用更确切的词“干扰兼容性”替代。电磁兼容包含系统的发射和敏感度两方面的问题。假若干扰不能完全消除， 也要使干扰减少到最小。如果一个电路符合下面三个条件，则该电路是电磁兼容的。(1) 对其它电路不产生干扰。(2) 对其它电路的发射不敏感。(3) 对电路本身不产生干扰。§2.1一些电磁干扰现象电磁干扰大多由高频大功率电力，电子工程诱发的。l 交流电网的电源频率，谐波的发射l 交流电网电压的电源频率，谐波的发射l 交流电网电压变化及闪烁l 射频的连续或不连续的干扰电压l 射频的传导辐射功率l 射频电源波的发射l 电源频率，谐波抗扰性，电压失真l 电快速迅变，脉冲群l 迅变过压，高能快速迅变，浪涌l 静电放电l 电源频率磁场l 射频/电流l 对电源线的干扰§2 .2电路中的干扰主要来源当干扰的能量使电路处在不希望的状态时，干扰就成为主要的因素。干扰的产生不是直接的（通过导体、公共阻抗耦合等），就是间接的（通过串扰或辐射耦合）。电磁干扰是通过导体或通过辐射产生的，很多电磁发射源，如光照、继电器、直流(DC)电机和日光灯都可引起干扰。交流(AC)电源线、互连电缆、金属电缆和子系统的内部电路也都可能产生辐射或接收到不希望的信号。在高速数字电路中，时钟电路通常是宽带噪声的最大产生源。第三章 对电路产生电磁干扰的因素1. 电压电源电压越高，意味着电压振幅越大而发射就更多，而低电压电源影响敏感度。2.频率高频信号与周期性信号会产生更多的辐射。在高频数字系统中，当器件处于开关状态时将产生电流尖峰信号；在模拟系统中，当负载电流变化时也将产生电流尖峰信号。3.接地在电路设计中，没有比采用可靠和完美的地线连接方式更重要的事情了，在所有EMC问题中，大部分问题是由不适当的接地引起的。有三种信号接地方法：单点、多点和混合。在频率低于1MHz时可采用单点接地方法，但不适于高频。在高频应用中，最好采用多点接地。混合接地是低频用单点接地和高频用多点接地方法的结合。但高频数字电路和低电平模拟电路的地回路绝对不能混合。4. 印刷电路板设计适当的印刷电路板（PCB）布线对防止EMI是至关重要的。5. 开关电源当器件开关时，在电源线上会产生瞬态电流，必须衰减和滤掉这些瞬态电流，来自高di/dt源的瞬态电流导致地和线迹“发射”电压。高di/dt产生大范围高频电流，激励部件和电缆线辐射，流经导线的电流变化和电感会导致压降，减小电感或电流随时间的变化可使该压降最小。第四章 抑制电磁干扰的措施抑制电磁干扰的措施大体可分为如下6类：（1）传输通道抑制：具体方法有滤波、屏蔽、搭接、接地、合理布线。（2）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。（3）时间分隔：时间共用准则、雷达脉冲同步、主动时间分隔、被动时间分隔。（4）频谱管理：频谱规划/划分、制定标准规范、频率管制等。（5）电气隔离：变压器隔离、光电隔离、继电器隔离、DC/DC变换。（6）其他技术。  §4 .1干扰传输通道抑制  （1）屏蔽可分为电场屏蔽、磁场屏蔽和电磁屏蔽3种，一般采取电磁屏蔽的方法来防止交变电磁场产生的干扰。屏蔽有两个目的：限制设备内辐射的电磁能量泄露到外部；防止外来的辐射干扰进入设备，干扰设备的正常工作。 a.电场屏蔽法  最简单的措施是在感应源与受感器之间用金属隔板接地，以抑制寄生电容耦合，实现电场屏蔽。对电场干扰较强的，则用高导电率金属罩接地效果更好。 b.磁场屏蔽法  磁场又分低频磁场和高频磁场，针对不同磁场应采取不同措施。对低频磁场可用高导磁材料做屏蔽体来实现磁场屏蔽，但被屏蔽的元器件在平行于磁场的方向不得出现缝隙，以避免漏磁。对高频磁场由于存在电场分量和磁场分量，则要求采用电场屏蔽和磁场屏蔽同时进行。但铁磁材料防高频磁场只限于100kHz以下，更高频的磁场还需采取特殊措施，为防止缝隙、孔洞漏磁，要尽可能减少缝隙或增加缝隙深度，在孔洞处加盖金属罩，如有凸出的金属轴必须可靠接地或加装波导衰减器等。  当要屏蔽的磁场很强时，屏蔽材料会发生饱和，一旦发生饱和，就将丧失屏蔽效能。遇到这种情况，可采用双层屏蔽，第一层采用低导磁率材料，不易饱和；第二层采用高导磁率材料，但易饱和。第一层屏蔽先将磁场衰减到适当强度，使第二层屏蔽不会饱和，而使高导磁率材料能充分发挥屏蔽效果。 （2）滤波 滤波技术是滤除电源干扰的有效措施。一般来讲，电源污染形成的干扰最为常见。随着电子技术的迅速发展，开关电源的应用日益普及。为此，从消除开关电源产生的电磁干扰角度看，还应考虑采用EMI滤波器。EMI滤波器的设计与传统滤波器不同，除了要对电磁干扰的高频带给以尽可能的衰减外，还要求在截止频率下，尽量使电源、负载阻抗和滤波器相应元件阻抗接近，并遵循两条基本原则：a.滤波器的串联电感要接到低阻抗电源或低阻抗负载；b.滤波器的并联电容要接到高阻抗电源或高阻抗负载。这样才能提高EMI滤波器的实际应用效果。 滤波器的正确安装方式也很重要，如在线路板上安装，电磁干扰直接进入滤波器，就会降低滤波效果，所以滤波器必须屏蔽。 （3）接地 接地是电路、设备、系统工作的基本技术要求之一，也是防止干扰的最基本的方法之一。因为接地可以使电路中的干扰电流回归大地，因此，正确的接地可以有效地抑制干扰信号对其它设备的影响。  接地、滤波和屏蔽3种基本方法都可以增强电磁设备的电磁兼容性，既可以单独采用实施，也可以相互补充采用。譬如，设备的可靠接地可以防止静电干扰，而降低设备对屏蔽的要求；良好的电磁屏蔽能够有效防止电磁辐射干扰，可以适当放宽对滤波电路的要求。从对总体的作用考虑，良好的接地可以降低干扰频率的能量；屏蔽能够隔离电磁辐射耦合的途径，降低辐射的能量；而滤波则可以对通过电源传导的干扰能量进行衰减。 §4 .2 时间分隔  时间共用准则就是把干扰与被干扰设备分时间段开启，避免在同一时间段，同时使用互相干扰的设备。§4 .3 频率管理措施  频率管理包括频率管制、频率调制、数字传输和光电转换。频率管制指设备中相同频率的设备避免共同使用，并且要注意它们之间的倍频干扰。频率调制技术是将设备使用频率二次调制，避开干扰频率。数字传输指将模拟信号转换成数字信号进行传输，这样，可以最大限度地防止各种干扰。企业有条件，可以试用光电转换和光电传输技术，因为光电信号具有非常高的信噪比和抗干扰能力。§4 .4 空间分离  地点和位置的选择、自然建筑物的隔离，设备安装角度控制、电场和磁场矢量方向控制。即采取回避和疏通的技术处理，合理的利用建筑物形成的自然隔离，选择恰当的安装位置和方向，最大限度地控制电磁兼容性不好的设备带来的干扰。例如，在安装监测仪时就必须合理选择发射与接收支架的方向，并且尽可能地远离电梯、电视和计算机。§4 .5 电气隔离电气隔离是避免电路中传导干扰的可靠方法，同时还能使有用信号正常耦合传输。常见的电气隔离耦合原理有机械耦合、电磁耦合、光电耦合等。DC/DC变换器是直流电源的隔离器件，它将直流电压U1变换成直流电压U2。为了防止多个设备共用一个电源引起共电源内阻干扰，应用DC/DC变换器单独对各电路供电，以保证电路不受电源中的信号干扰。DC/DC变换器是应用逆变原理将直流电压变换成高频交流电压，再经整流滤波处理，得到所需要的直流电压。由于DC/DC变换器是一个完整器件，所以它是一种应用广泛的电气隔离器件。§4 .6 其他技术除上述技术外，控制干扰还有许多其他技术，如对消与限幅，当干扰的幅度很大时，要采用干扰的对消电路及限幅电路等抑制措施。第五章 如何做到电路的电磁兼容§5 .1 分析和解决电磁兼容性的一般方法随着科学技术的发展，系统越来越复杂，使用的频谱越来越宽，根据电磁兼容性学科中多年的研究可知，分析和解决设备、子系统或系统间的电磁兼容性问题一般有3种方法，他们分别为问题解决法 （ProblemSolving Approach）1、规范法（SpecificationApproach）1和系统法（Systems Approach）1。§5 .1 .1问题解决法 问题解决法主要指在建立系统前并不专门考虑电磁兼容性问题，待系统建成后再设法解决在调试过程中出现的电磁兼容性问题的方法。系统内或系统间存在的干扰问题有三要素，即干扰源、接受器和干扰的传播路径。因此用问题解决法解决系统内或系统间的电磁兼容性问题时，首先必须正确地确定干扰源。为了做到这一点，从事电磁兼容性方面工作的工程师要比较全面地熟悉各种干扰源的特性。在确定干扰源后再确定干扰的耦合路径是辐射耦合模式还是传导耦合模式，最终决定消除干扰的方法。§5 .1 .2规范法为了满足电磁兼容性的要求，各国政府和工业部门尤其是军方都制订了很多强制执行的标准和规范，例如美国军用标准MIL-STD-461.所谓规范法是指在采购系统的设备和设计建立子系统时必须满足已制订的规范。规范法预期达到的效果就是：如果组成系统的每个部件都满足规范要求，则系统的电磁兼容性就能保证。§5 .1 .3系统法系统法集中了电磁兼容性方面的研究成果，从系统的设计阶段的最初就用分析程序来预测2在系统中将要遇到的那些电磁干扰问题，以便在系统设计过程中作为基本问题来解决。目前有下列几种已广泛使用的大规模电磁干扰分析程序：系统和电磁兼容性分析程序（SEMCAP）；系统和电磁兼容性分析程序；干扰预测程序IPP-1；系统内部分析程序IAP；共场地分析模型程序COSAM等。对于EMC系统设计的3种方法而言，问题解决法即先建立系统，在系统出现EMC问题时，利用EMI抑制技术解决EMC问题，这种方法很冒险，有可能会出现大量的返工。规范法则是要求每个分系统预先符合所要求的EMC规范或标准。如产品需要销售到美国，就要求每个分系统满足美国FCCPart15或Part18相应的标准，利用这些标准进行计算、设计分系统来保证最终产品的EMC性能。规范法比问题解决法更合理，但他的不足之处是他可能引入过储备的设计。系统法集中了EMC方面的成就，他根据EMC的要求给出最佳的工程设计、试验过程中对EMC进行分析预测，合理分配EMC指标，保证系统EMC的设计要求。随着电子设备工艺的飞速发展，集成电路的集成度几乎每年都翻一番，EMC问题已由系统级上升至芯片级。因此，对芯片级电磁兼容性的设计研究就显得尤为重要了。§5 .2总的设计要求这要从分析形成电磁干扰后果的基本要素出发由电磁骚扰源发射的电磁能量，经过耦合途径传输到敏感设备，这个过程称为电磁干扰效应因此，形成电磁干扰后果必须具备三个基本要素：（1）电磁骚扰 任何形式的自然现象或电能装置所发射的电磁能量，能使共享同一环境的人或其它生物受到伤害，或使其它设备分系统或系统发生电磁危害，导致性能降级或失效，这种自然现象或电能装置即称为电磁骚扰源（2）耦合途径耦合途径即传输电磁骚扰的通路或媒介。典型的干扰传播途径是通过导线的传导和空间的辐射。（3）敏感设备（Victim）敏感设备是指当受到电磁骚扰源所发射的电磁能量的作用时，会受到伤害的人或其它生物，以及会发生电磁危害，导致性能降级或失效的器件设备分系统或系统许多器件设备分系统或系统可以既是电磁骚扰源又是敏感设备。为了实现电磁兼容，必须从上面三个基本要素出发，运用技术和组织两方面措施。所谓技术措施，就是从分析电磁骚扰源、耦合途径和敏感设备着手，采取有效的技术手段，抑制骚扰源、消除或减弱骚扰的耦合、降低敏感设备对骚扰的响应或增加电磁敏感性电平;为个对人为骚扰进行限制，并验证所采用的技术措施的有效性，还必须采取组织措施，制订和遵循一套完整的标准和规范，进行合理的频谱分配，控制与管理频谱的使用，依据频率、工作时间、天线方向性等规定工作方式，分析电磁环境并选择布置地域，进行电磁兼容性管理等。电磁兼容性是电子设备或系统的主要性能之一，电磁兼容设计是实现设备或系统规定的功能、使系统效能得以充分发挥的重要保证。必须在设备或系统功能设计的同时，进行电磁兼容设计。电磁兼容设计的目的是使所设计的电子设备或系统在预期的电磁环境中实现电磁兼容。其要求是使电子设备或系统满足EMC标准的规定并具有两方面的能力：1.能在预期的电磁环境中正常工作，无性能降低或故障;2.对该电磁环境不是一个污染源； 为个实现电磁兼容，必须深入研究以下五个问题： 第一，对于电磁骚扰源的研究，包括电磁骚扰源的频域和时域特性，产生的机理以及抑制措施等的研究。 第二，对于电磁骚扰传播特性的研究，即研究电磁骚扰如何由骚扰源传播到敏感设备，包括对传导骚扰和辐射骚扰的研究传导骚扰是指沿着导体传输的电磁骚扰，辐射骚扰即由器件、部件、连接线、电缆或天线，以及设备及系统辐射的电磁骚扰。 第三，对于敏感设备抗干扰能力的研究。这种抗干扰能力常以电磁敏感性或抗扰度表征，电磁敏感性电平越小，抗扰度越低，抗干扰能力越差。 第四，对于测量设备、测量方法与数据处理方法的研究。由于电磁骚扰十分复杂，测量与评价需要有许多特殊要求，例如测量接收机要有多种检波方式，多种测量带宽大过载系数严格的中频滤波特性等，还要求测量场地的传播特性与理论值符合得很好等。如何评价测量结果，也是个重点问题，需要应用概率论、数理统计等数学工具。 第五，对于系统内、系统间电磁兼容性的研究。系统内电磁兼容性是指在给定系统内部的分系统、设备及部件之间的电磁兼容性，而给定系统与它运行时所处的电磁环境，或与其它系统之间的电磁兼容性即系统间电磁兼容性，这方面的研究需要广泛的理论知识与的丰富的实践经验。还应当指出，由于电磁兼容是抗电磁骚扰的扩展与延伸，它研究的重点则是设备或系统的非预期效果和非工作性能，非预期发射和非预期响应，而在分析骚扰的迭加和出现概率时，还需按最不利的情况考虑，即所谓的"最不利原则"，这些都比研究设备或系统的工作性能复杂得多。总之，电磁兼容学是一门综合性的边缘学科，其核心仍然是电磁波，其理论基础包括数学、电磁场理论、电路理论、微波理论与技术、天线与电波传播理论、通信理论、材料科学计算机与控制理论、机械工艺学、核物理学、生物医学以及法律学、社会学等内容。现在，电磁兼容学已成为国内外瞩目的迅速发展的学科，预计在21世纪，它还将获得更加迅速的发展。下面从印制电路板设计、模拟电路和数字电路三方面讲述了电路中的电磁兼容的设计和研究。§5 .3 印制电路板（PCB）设计中的抗干扰措施与电磁兼容性研究PCB是电子产品中电路元件和器件的支撑件，它提供电路元件和器件之间的电气连接，是目前电子器材用于各类电子设备和系统的主要装配方式 。鉴于PCB设计的好坏对抗干扰能力影响很大，因此，PCB的设计除必须遵守一般原则之外，还应符合抗干扰设计与电磁兼容性的要求。§5 .3 .1 PCB设计的一般原则1.布局 首先应考虑PCB尺寸大小。PCB尺寸过大，印制线条长，阻抗增加，抗噪声能力下降，成本也增加；过小，则散热不好，且邻近线条易受干扰。在确定PCB尺寸后，再确定元件的位置，一般来说，应把模拟信号、高速数字电路、 噪声源(如继电器、大电流开关等)这三部分合理分开，使相互间的信号耦合为最小。最后，根据电路的功能单元，对电路的全部元器件进行布局。在确定元件的位置时要遵守以下原则： (1)按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置，便于信号流通，并使信号尽可能保持一致的方向。 (2)以每个功能电路的核心元件为中心进行布局。元器件应均匀、整齐紧凑地排列，尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接。 (3)在高频下工作的电路，要考虑元器件之间的分布参数。一般电路应尺可能使元器件平行排列，以利于装焊及批量生产且美观。 (4)位于电路板边缘的元器件，离电路板边缘一般不小于2mm。电路板的最佳形状为矩形，长宽比为3:2或4:3，其尺寸大于200x150mm时,应考虑电路板所受的机械强度。 (5)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。 (6)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。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。 (7)重量超过15g的元器件应当用支架加以固定，然后焊接。那些又大又重、发热量多的元器件，不宜装在印制板上，而应装在整机的机箱底板上，且应考虑散热问题。热敏元件应远离发热元件。 (8)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。 (9)应留出印制板定位孔及固定支架所占用的位置。2、布线布线的原则如下： (1)输入、输出端用的导线应尽量避免相邻平行，最好加线间地线，以免发生反馈耦合。 (2)导线的最小宽度主要由导线与绝缘基板间的粘附强度和流过它们的电流值决定，当铜箔厚度为0.05mm、宽度为115mm时，通过2A的电流，温度不会高于3。因此，导线宽度为1.5mm便可满足要求。对于集成电路尤其是数字电路，通常选宽度为0.020.3mm的导线，当然，只要允许，还是尽可能用宽线，尤其是电源线和地线。导线的最小间距主要由最坏情况下的线间绝缘电阻和击穿电压决定。对于集成电路尤其是数字电路，只要工艺允许，可使间距小至58mm。 (3)印制导线拐弯处一般取圆弧形，而直角或夹角在高频电路中会影响电气性能。此外，尽量避免使用大面积铜箔，否则，长时间受热时，易发生铜箔膨胀和脱落现象。必须用大面积铜箔时，最好用栅格状，这样有利于排除铜箔与基板间粘合剂受热产生的挥发性气体。§5 .3 .2 PCB及电路抗干扰措施 印制电路板的抗干扰设计与具体电路有着密切的关系，以下从四个方面讨论PCB抗干扰设计的措施。1、电源线设计 根据印制线路板电流的大小，尽量加粗电源线宽度，减少环路电阻。同时使电源线、地线的走向和数据传递的方向一致，这样有助于增强抗噪声能力。2、地线设计 印刷电路板上，电源线和地线最重要。克服电磁干扰，最主要的手段就是接地。对于双面板，地线布置特别讲究，通过采用单点接地法，电源和地是从电源的两端接到印刷线路板上来的，电源一个接点，地一个接点。印刷线路板上，要有多个返回地线，并都会聚到回电源的那个接点上，就是所谓单点接地。所谓模拟地 、数字地、大功率器件地开分，是指布线分开，而最后都汇集到这个接地点上来。与印刷线路板以外的信号相连时，通常采用屏蔽电缆。对于高频和数字信号，屏蔽电缆两端都接地。低频模拟信号用的屏蔽电缆，一端接地为好。如能将接地和屏蔽正确结合起来使用，可解决大部分干扰问题。电子设备中地线结构大致有系统地、机壳地（屏蔽地）、数字地（逻辑地）和模拟地等。地线设计的原则是： (1)数字地与模拟地分开。若线路板上既有逻辑电路又有线性电路，应使它们尽量分开，分别与电源端地线相连，并尽可能加大线性电路的接地面积。低频电路的地应尽量采用单点并联接地，实际布线有困难时可部分串联后再并联接地。高频电路宜采用多点串联接地，地线应短而粗，高频元件周围尽量用栅格状大面积地箔。 (2)接地线应尽量加粗。若接地线很细，则接地电位随电流的变化而变化，致使电子设备的定时信号电平不稳，抗噪声性能变坏。因此应将接地线加粗，使它能通过三倍于印制板上的允许电流。如有可能，接地线宽度应在23mm以上。 (3)正确选择单点接地与多点接地。在低频电路中，信号的工作频率小于1MHZ,它的布线和器件间的电感影响较小，而接地电路形成的环流对干扰影响较大，因而应采用一点接地。当信号工作频率大于10MHZ时，地线阻抗变得很大，此时应尽量降低地线阻抗，应采用就近多点接地。当工作频率在110MHZ时，如果采用一点接地，其地线长度不应超过波长的1/20，否则应采用多点接地法。 (4)将接地线构成闭环路。设计只由数字电路组成的印制电路板的地线系统时，将接地线做成闭环路可以明显的提高抗噪声能力。其原因在于：印制电路板上的很多集成电路元件，尤其遇到耗电多的元件时，因受接地线粗细的限制，会在地结上产生较大的电位差，引起抗噪声能力下降，若将接地构成环路，则会缩小电位差值，提高电子设备的抗噪声能力。 3、合理设置退耦电容 性能好的高频去耦电容可以去除高到1GHZ的高频成份。瓷片电容或多层陶瓷电容的高频特性较好。去耦电容有两个作用：一方面旁路除掉该器件的高频噪声。数字电路中典型的去耦电容为0.1mF，有5nH分布电感，它的并行共振频率大约在7MHz左右，对于10MHz以下的噪声有较好的去耦作用，对40MHz以上的噪声几乎不起作用。1mF、10mF电容，并行共振频率在20MHz以上，去除高频率噪声的效果要好一些。在电源进入印刷板的地方并一个1mF或10mF的去高频电容往往是有利的，即使是用电池供电的系统也需要这种电容。每10片左右的集成电路要加一片充放电电容，或称为蓄放电容，电容大小可选10mF。最好不用电解电容，电解电容是两层薄膜卷起来的，这种卷起来的结构在高频时表现为电感，最好使用胆电容或聚碳酸酯电容。去耦电容值的选取并不严格，可按C=1/f计算，即10MHz取0.1mF。对微控制器构成的系统，取0.10.01mF之间都可以。退耦电容的一般配置原则是： (1)电源输入端跨接10100mF的电解电容器。如有可能，接100mF以上的更好。 (2)原则上每个集成电路芯片都应布置一个0.01mF的瓷片电容，如遇印制板空隙不够，可每48个芯片都应布置一个110mF的胆电容。 (3)对于抗噪声能力弱、关断时电源变化大的器件，如RAM、ROM存储器件，应在芯片的电源线和地线之间直接接入退耦电容。 (4)电容引线不能太长，尤其是高频旁路电容不能有引线。4、特殊器件的处理 (1)在印刷板中有接触器、继电器、按钮等元件时， 操作它们时均会产生较大火花放电，必须采用RC电路来吸收放电电流。一般取12K剑珻取2.247mF。 (2)CMOS的输入阻抗很高，易受感应，因此在使用时对不用端要接地或接正电源。 (3)选用外时钟频率低的微控制器可以有效降低噪声和提高系统的抗干扰能力。为减小信号传输中的畸变，信号在印刷板上传输，其延迟时间不应大于所用器件的标称延迟时间。 (4)注意印刷线板与元器件的高频特性。在高频情况下，印刷线路板上的引线、过孔、电阻、电容、接插件的分布电感与电容等不可忽略。电阻对高频信号产生的反射，会对引线的分布电容起作用，当引线长度大于噪声频率相应波长的1/20时，就产生天线效应， 噪声通过引线向外发射。§5 .3 .3 电磁兼容性设计 对于微控制器时钟频率与总线周期特别快、含有大功率与大电流驱动电路以及含有微弱模拟信号电路与高精度A/D变换电路的系统，应特别注意抗电磁干扰。1、印刷电路板设计中的电磁兼容性措施 数字地与模拟地分开，地线加宽，以解决公共阻抗耦合问题。在布局时若高速、中速和低速混用时，注意不同的布局区域，且模拟电路和数字逻辑要分离。布线时专用零伏线、电源线的走线宽度1mm，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。要为模拟电路专门提供一根零伏线。为减少线间串扰，必要时可增加印刷线条间距 ，有意安插一些零伏线作为线间隔离。印刷电路的插头也要多安排一些零伏线作为线间隔离。特别注意电流流通中的导线环路尺寸。如有可能在控制线的入口处加接RC去耦，以便消除传输中可能出现的 干扰因素。线宽不要突变，导线不要突然拐角(90度)。在印刷线路板上使用逻辑电路时，凡能不用高速逻辑电路的就不用，并在电源与地之间加去耦电容。 可用串电阻的办法，降低控制电路上沿跳变速率；尽量为继电器等提供某种形式的阻尼；使用满足系统要求的最低频率时钟且时钟产生器尽量靠近到用该时钟的器件；石英晶体振荡器外壳要接地；用地线将时钟区圈起来，时钟线尽量短；I/0 驱动电路尽量靠近印刷板边，让其尽快离开印刷板；对进入印刷板的信号要加滤波，从高噪声区来的信号也要加滤波，同时用串终端电阻的办法，减小信号反射；集成电路上该接电源的端不要悬空，闲置不用的运放正输入端接地，负输入端接输出端；印制板尽量使用45折线而不用90折线布线以减小高频信号对外的发射与耦合；印制板按频率和电流开关特性分区，噪声元件与非噪声元件要距离远一些；单面板和双面板用单点接电源和单点接地；时钟、总线、片选信号要远离I/0