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PCB布線中的抗干擾設計

時間2014/09/09
人物Lee
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PCB(印制電路板)中,印制導線用來實現電路元件和器件之間電氣連接,是PCB中的重要組件,PCB導線多為銅線,銅自身的物理特性也導致其在導電過程中必然存在一定的阻抗,導線中的電感成分會影響電壓信號的傳輸,而電阻成分則會影響電流信號的傳輸,在高頻線路中電感的影響尤為嚴重,因此,在PCB設計中必須注意和消除印制導線阻抗所帶來的影響。

1印制導線產生干擾的原因

PCB上的印制導線通電后在直流或交流狀態下分別對電流呈現電阻或感抗,而平行導線之間存在電感效應,電阻效應,電導效應,互感效應;一根導線上的變化電流必然影響另一根導線,從而產生干擾;PCB板外連接導線甚至元器件引線都可能成為發射或接收干擾信號的天線。印制導線的直流電阻和交流阻抗可以通過公式和公式來計算,RPL/SXL2πfL式中L為印制導線長度(m),s為導線截面積(mm2),ρ為銅的電阻率,TT為常數,f為交流頻率。正是由于這些阻抗的存在,從而產生一定的電位差,這些電位差的存在,必然會帶來干擾,從而影響電路的正常工作。

2 PCB電流與導線寬度的關系

PCB導線寬度與電路電流承載值有關,一般導線越寬,承載電流的能力越強。在實際的PCB制作過程中,導線寬度應以能滿足電氣性能要求而又便于生產為宜,它的最小值以承受的電流大小而定,導線寬度和間距可取0.3mm(12mil)。導線的寬度在大電流的情況下還要考慮其溫升問題。PCB設計銅鉑厚度、線寬和電流關系表1所示。


1 PCB設計銅鉑厚度、線寬和電流關系 
 
圖1 印制導線的拐彎應成圓角

 
圖2 PCB中的45°折線

 
圖3 兩向布線時布線策略
 

3 PCB設計中的布線

PCB設計中,布線是關系PCB設計成功與否的關鍵階段,PCB板上銅箔導線的位置、密度、寬窄、間距、走線形式等因素會決定PCB抗干擾能力,因此,要獲得PCB的最佳性能,必須要做到合理布線。

3.1 布線遵循原則


3.1.1 布線時板型選擇和密度設計

在滿足布線要求的前提下,PCB布線時選擇的板型,單面板應優先考慮,其次是雙面板、多層板。其布線密度,要結合電路結構及產品性能要求,合理選擇,力求布線簡單、均勻。
3.1.2 布線時的線寬與間距選擇

PCB中選擇的導線,其最小寬度由導線與絕緣基扳間的粘附強度和流過它們的電流值決定。導線最小寬度和間距一般不應小于8mil,如果布線密度允許,可以適當加寬導線寬度及導線間距。對銅箔厚度為2mil,寬度在40mil600mil的導線,當流經該條導線的電流2A時,其溫度不會高于3,一般選擇導線寬度為60mil可滿足要求。在沒有特殊要求的情況下,布線通常選812mil導線寬度。而對于集成電路,尤其是數字電路,導線寬度最小可選擇達到22.8mil,設計中,在條件允許的范圍內,電源、地線寬度可盡量加寬,一般選擇地線寬度大于電源線,而電源線寬度大于信號線寬度,必要時,可采用大面積敷銅接地。

在制作PCB布線設計中,輸入輸出端的導線應盡量避免交叉,可通過添加線間電容的方式避免發生反饋耦合。導線的間距一般選擇為大于等于線寬,其最小值由最壞情況下的線間絕緣電阻和擊穿電壓決定,在數字電路中,在工藝允許的情況下,間距可選擇58mil。

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