PCB设计中抗干扰技术的相关研究

吴干琴

摘要：本文针对PCB电路板抗干扰设计进行深入分析与研究，明确元器件布局规则以及电路系统产生噪声干扰的因素，确保整个电路元器件设计符合要求。根据不同干扰问题构建不同电路模型，分别找出发生干扰问题的主要原因，并按照干扰的特点和不同的特性采取有效的解决方案，更好解决PCB设计中抗干扰的问题。

关键词：PCB;设计;抗干扰;技术

一、PCB信号完整性

信号完整性就是要保证在实际信号传输中确保符合额定计算机时间顺序，电压和电平数值良好的信号需要确保整个数字信号传输符合额定电压的要求。在信号传输中要根据额定数据达成电路，如果信号传输中无法响应，那么就会使整个信号的完整性受到干扰，在振荡电路中能量逐渐消失，这也会造成提前触发保护电路等异常问题。在PCB板设计中相关的信号完整性具有串扰地盘信号延迟等各种异常情况，其中反射是非常普遍的干扰性。当源和源之间有不匹配的阻抗时，信号线上会有大量的反射现象，部分电压的反射回源端也会受到影响，属于欠阻尼状态的振铃会影响系统的响应振动效果。重点对整个PCB板设计的反射进行严格控制。串扰问题是受到磁场之间的干扰而产生互相耦合引起的干扰问题，在两条平均线之间的串扰会随着变化的长度而变大，两者之间具有正相关的联系，而且串扰也会随着两线之间的距离增加而显著减小。为了避免串扰现象的发生，可以在布线条件允许的情况下，适当拉开两线之间的距离，减少平行信号的长度。

二、PCB电磁兼容

PCB作为电子产品中最重要的组成部分，如果受到干扰问题很容易使整个电子设备无法运行，所以要高度重视对电磁兼容，有效解决信号抗干扰的问题。在PCB实际设计中要想解决电磁兼容问题，就必须消除电磁干扰，而电磁干扰会导致元件或PCB走线中的信号显著降低，PCB完整电子、噪音、电子干扰共有三个基本要素，在电路系统中发生电磁干扰时，需要产生电磁干扰源，其次要有容易受到干扰的敏感设备，或者存在传输电磁干扰源的有害电磁能量。PCB设计电磁干扰则需要从这三个因素中快速分析与判断并有效解决电磁干扰的情况，电磁干扰源也被称之为噪声源。干扰耦合分为传导耦合和辐射耦合，不同干扰源又分为自然干扰源和人工干扰源，按照不同的分类标准，电磁干扰源也可分为不同的类别，自然干扰源指地球内外产生的无控制电磁干扰，包括大气电磁波、地磁电磁波、摩擦力等人造干扰源的因素非常广泛，包括工业、医疗、通讯、家庭等多个场景，这些电信干扰源还包括雷达、无线电、广播等。

三、PCB干扰源的设计原则

在PCB设计中要想提高抗干扰能力，就必须要高度重视对整个电路原理图转化为具体产品，明确合理的布局，效果良好的布局也能够提高电路板系统的整体性能，如果布局不正确，组件的完整性将异常。在PCB组件的正确设计中，如果配置不当，还会发生组件之间的相互干扰，从而导致电路板故障。为了达成预期的工作需求。对整个模拟电路以及加大电流开关等对产生的噪声电路布局合理分开。通过减少耦合来起到消除干扰源的作用。对于模拟转换元件可以在模数电路交接处进行控制，对于易受干扰的高频元件，要尽量拉开一定的距离，并且与相邻的信号线预防干扰，如果元器件容易发热，则需要远离热敏元件，避免出现误触，或者在E发热元器件下方设置开孔有效散热，在实际设计中需要对元件变压器，在不影响其他元件摆放的情况下放置在版面中心，如若出现引脚问题无法确保元件稳固效果，可以预留两个小孔之后，用扎带进行捆扎，保证元件的稳固性，还可以对进行有效调节，尽量保证容易操作，在原始布局中，必须尽量避免电路板的边缘。在实际电路基板制造中，虽然不是独立制造的，但有很多由多个基板连接的基板表面。在实际生产中PCB板可以实现8连版，这样就能够提高生产效率。分开后可以实现大规模生产，如果焊孔或者传输距离过大也会造成干扰问题，在不影响电路板具体功能的条件下，要根据元件布置特点进行分析，充分提高元件控制的美观性、整齐性，而严谨的布局，效果可以起到良好的抗干扰作用，也能够有效降低生产成本。

四、合理布线

在地磁中两条导线之间会产生明显的电子感应，所以印刷电路板在布局时要充分考虑元件的布局以及信号布局，通过在印刷电路板中的铜模线采用45度折线的方式，来尽量缩减高频信号，对周边元器件造成的干扰，而为了减小全线上信号出现交叉干扰的问题，需要增加线之间的间距，由于电子产业的快速发展，版面集成度也越来越高。所以对于输变电流可以采用短且宽的走线方式，保证高速电路的地线短且直。而电路板上同时有数字电路和模拟电路时，接线时请尽量分离，不要接近混合线。电路基板上只有数字电路时，需要采用闭合线圈方式，有效减少电阻。

五、PCB电路板抗干扰的设计

（一）PCB热干扰中抑制

在元器件工作时都会产生大量的热，如果有大电流功率器件产生热会影响周边元器件的温度，从而影响元器件的运行。如果没有及时有效消除热量，会给整个电路的电学性质造成影响。对于发热器件以及温度敏感器件的放置应该单独设置成独立功能模块在系统边缘处要保证良好的散热效果，对于大功率器件的设计也要靠近系统的边缘，并且在分布设置中要将发热器件放置在整板上方，确保整个电路板的影响降至最低，对于温度敏感器件则应该放置在最低区域内，远离最大功率器件，保证整个工作环境得到有效控制，对于器件的排序连接需要以空气散热为主，通常而言，设备内部要保证对气流的快速散热减少功率，对整个系统的温度干扰。为了抑制微控制器数字元件电路上的高输出设备的干扰和模拟电路上的数字电路的干扰，数字接地和模拟接地连接时需要使用高频扼流圈。在公共接地点。是圆筒形的铁氧体磁性体，轴向有多个孔，粗铜线缠绕12圈。这种设备可以被视为低频信号的阻抗為零，对高频信号的干扰可以看作电感器。

（二）PCB设计中共阻抗干扰及抑制

共阻干扰是整个PCB干扰最常见的问题。通常是指两个回路以上共用一段地线而不同回路电流在共用地线上会产生一定的压降，当信号频率小于一赫兹时，布线和器件之间的敏感性会降低，这也会导致接地电路形成强大的干扰，对于同级电路中的接地点，要尽量保证集中，为了避免电磁干扰的情况，可以在t线周边设置电路板，如果高频电路中PCB电板上有不同面积的分布，要尽量减少d线的干扰问题，从而有效削弱地线，高频信号对整个电磁干扰得到有效屏蔽电线过气也会使整个电位随电流的变化而不断变化，确保整个电子设备信号的稳定性降低抗造性能，此外，在模拟地和数字地隔离中要提高数字信号的稳定性，对于地线电平的波动，可能导致整个数字信号发生错乱而产生各种各样的噪音，所以对数字地和模拟地需要分别对电源接地连接，通过磁珠或0欧姆电阻实现供地设置。连接印刷电路板以外的信号线时，通常使用屏蔽电缆。高频信号和数字信号时，屏蔽电缆的两端必须接地。低频模拟信号的屏蔽电缆时，需要将一端接地。对干扰和干扰非常敏感的电路，特别是有高频干扰的电路，必须用金属罩进行屏蔽。铁磁屏蔽对500KHz高频干扰的效果不明显，薄铜的屏蔽效果更好。使用螺钉固定屏蔽时，请注意不同材料的接触引起的电位差引起的腐蚀。集成电路的电源和接地之间的去耦电容器有两个功能。一个是集成电路的能量存储电容器，另一个是绕过设备的高频噪声。

（三）电磁干扰及抑制

电磁干扰是受到电磁效应引起的，因为pcb电路板上的元器件越来越紧密，如果没有进行优化设计，必然会造成电磁干扰等问题，对于电源布线信号布线的电磁干扰需要采取不同的抑制措施，当电源布线中引起电磁干扰现象，整个系统的电流都会连接到电源线和地线中。电源和地线的布局尽量保证减少电流带来的压降还要确保整个电源输入端并联入较大的滤波电容起到良好的旁路滤波效果使整个电源保持平稳地线要靠近供电电源母线和信号线因为漏电会产生回路电感，地线靠近也会造成回路的面积减少，电感量缩减，影响了电磁干扰的耦合效果。为了避免出现信号干扰等问题，对于不同的单元电路需要分开设置，例如数字电路和模拟电路，高频电路和低频电路需要进行合理布线，而且布线图形需要保证信号流通的拐角，不小于90度的折线，可以利用屏蔽技术，注重对强电和弱电之间的有效隔离，避免出现串扰的问题，在器件的运用中也要保持合理不能使用过大的电器件而器件抑制安排，需要尽量产生电磁干扰的元器件，保持距离和间隔，对输入器件与输出器件，真正做到远距离提高安全接地的设计效果。

结束语：

硬件可靠性是设备复杂性的函数，因此为了排除特殊的、低概率的干扰，需要采用特殊的、更复杂的硬件抗干扰电路。但是，如果过度使用硬件抗干扰措施，则会大幅增加产品的传统成本，而硬件数量增加会产生新的干扰，从而降低系统的可靠性。为了提高系统的抗干扰功能，必须根据设计条件和目标要求合理采用硬件抗干扰措施。

参考文献

[1]陈宇泽， 宋绪勇. PCB设计中的抗干扰技术[J]. 山东工业技术， 2017， 000（016）：183-183.

[2]刘宏琨、黄健、王志立. PCB设计中的抗干扰技术[J]. 电子质量， 2020， No.403（10）：157-161.

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