印制电路板设计中的抗干扰技术

孟祥伟

摘要：近年，越来越多的人开始认识到印制板电路设计的重要，即使电路原理图和试验板试验正确，而印制板电路设计不当，也会对设计的产品的性能产生不利影响。因此，在设计印制板电路时，不仅要考虑到印制电路板的合理布局、布线和焊盘，更要考虑到设计中的抗干扰措施。本文阐述印制电路板设计中的抗干扰技术，并提出印制电路板设计中的措施，论述了印制电路板的发展趋势。

关键词：印制电路板；设计；抗干扰

任何一个电子产品，将其设计方案实施成一个具体的产品必经的一道设计工序就是印制电路板。一个设计合理的电路，如果印制电路板不符合要求，就达不到预期的效果，甚至导致原理上合理的电路不能正常工作。在印制电路板时，除了布局要合理以外，最主要的问题就是抗干扰问题，消除印制电路板时所形成的干扰是印制高质量电路板的必由之路。

一、印制电路板设计中的抗干扰技术

在设计印制板电路时，为了设计出的电路板稳定可靠，我们特别要采用抗干扰措施，使得电路板抗干扰能力强，工作稳定。

1、电噪声。对于电源噪声来讲，主要是由直流电源供电电压随着交流电压、负载电流及环境温度等多种因素影响而发生变化所引起的。因此，针对电源噪声，我们需要选择稳定度高的电源，并根据负载的情况留有一定的额外容量。对于芯片器件较多的印制线路板，需要将大电流电路和小电流电路分开供电，以减少对小电流电路的干扰。此外，在印制线路板的电源及地线入口处或其它电源与地线的关键节点处并接一大容量的电解电容也可以减少电源噪声的影响。

2、地线噪声。地线噪声是是地线设计中需要特别注意的问题，如果一根导线在不同的两个节点接地时，由于导线的电阻导致两节点之间的电位差并不是零，如果将此电位差看作一个电压源，它将会影响电路的输入和输出电压，从而产生地线噪声。因此地线设计时要尽量粗，使它能通过三倍于印制电路板的允许电流；而当信号布线和器件间的电感影响较小和接地电路形成的环流对干扰影响较大，采用一点接地；如果采用一点接地的地线长度超过波长的1/20，则采用多点接地；当信号工作频率大于10MHz时，地线阻抗过大时，应尽量降低地线阻抗，采用多点接地和就近接地。此外，为了减少地线噪声的影响，对于单纯的数字电路，接地线可采用闭环路的设计，从而提高电路在印制电路板中抗噪声的能力；而对于数字电路和模拟电路同时存在的情况，则分别与电源端地线相连，将数字地和模拟地线分开，加大线性电路的接地面积。

3、电磁噪声。电磁噪声的产生原因很多，电路中存在寄生电容，加上电的干扰信号可能串入电路产生噪声；外部干扰源的磁通密度与工作电路中的环路发生交链而产生电感耦合也会产生干扰；设备和电路固有的电与磁的干扰也可能导致电磁噪声。因此，必须采取措施防止电磁噪声的产生。首先，在电路设计中，对印制板的两面都采用相互垂直的布线方法，以减少电容耦合效应，而且要减少电流环路的面积，也就是将各反馈线和对应的回线的排列距离要尽可能地接近，以减少电磁干扰。然后，尽量将电路用金属屏蔽外壳罩起来，以减少电容耦合产生的干扰和对别的工作电路的影响。此外，对于多层印制板，我们可以采用中间的一层作为接地平面，以消除电容耦合和地线干扰；对于双面或单面线路板，应最大限度地增加地线面积；对于高频信号线或敏感元器件的管脚，应采用地线包围法加以保护。

二、印制电路板设计中的措施

可靠性是印制电路板最重要的性能之一，必须在设计中要保证电路板的可靠性，主要包括电磁兼容性设计、去耦电容配置、印制电路板的尺寸与器件的布置和热设计。

1、电磁兼容性设计。电磁兼容性是指电子设备在各种电磁环境中能够正常工作的能力。电磁兼容性设计是至为重要的一环，目的是使电子设备能够抑制各种外来的干扰，减少本身对其它电子设备的电磁干扰。合理的布线是提高电磁兼容的一条途径好办法，需要做到尽量避免长距离的平行走线，拉开线与线之间的距离，信号线与地线及电源线尽可能不交叉等，也可以采用在印制板的一面横向布线，另一面纵向布线的方式。此外，在印制电路板布线时，时钟信号电路的走线不要与地线回路靠近，不与信号线并行走线，减少印制导线的不连续性，可以有效地抑制高频信号产生的电磁辐射。

2、去耦电容配置。在印制板电路上，当负载电容比较大时，驱动电路需要把电容充电、放电，才能完成信号的跳变，而在上升沿比较陡峭的时候，电流比较大，这样驱动的电流就会吸收很大的电源电流，这种电流相对于正常情况来说实际上就是一种噪声，会影响电路板的正常工作，这就是耦合。因此，我们需要设计一种去耦电容，来抑制因负载变化而产生的噪声，从而保证印制电路板的可靠性。去耦电容电容器尽量采用采用100uF以上、高频阻抗小、漏电流小的电解电容器，去耦电容的引线不能过长，特别是高频旁路电容不能带引线。

3、印制电路板的尺寸与器件的布置。印制电路板合适的尺寸与器件的合理布置也可以增加印制电路板的可靠性。印制电路板大小要适中，过大时印制线条长，阻抗增加，不仅抗噪声能力下降，成本也高；过小，则散热不好，同时易受临近线条干扰。因此，我们根据电路原理图中的元器件的体积、多少及相互影响来决定印制电路板的大小尺寸的选择。而在器件布置方面，应把相互有关的器件尽量放得靠近些，这样可以获得较好的抗噪声效果。有两个变压器以上的电路应考虑垂直分布，对发热器件应考虑通风与散热。易产生噪声的器件、小电流电路、大电流电路等应尽量远离逻辑电路。

三、印制电路板未来展望

电子计算机和信息产业的迅速发展，使电子工业成为世界最大的产业之一，电子产品正向着小型化、轻质量、多功能、高可靠、低成本的方向发展。电子组装技术逐步由通孔安装向表面安装和微小型安装发展，大大促进了印制版的设计制造、测试技术和新型覆铜箔材料的发展。为了适应球删阵列封装和最新的芯片级封装等表面贴装元器件的安装，印制电路板的导线宽度和间距达到0.1mm以下，最小导通孔的孔径直径已经在0.3mm以下。新的表面安装技术对印制电路板的设计、制造工艺和材料都提出了新的要求。目前已有基层压为基材的采用多芯片模块封装技术的高精度、高密度、超薄型多层印制电路板正处于发展当中，而且代表当今世界最先进的印制电路板技术的高密度互连结构的印制板—积层式多层板已被研制出来。它是一种具有埋孔和盲孔、孔径不大于0.1mm、孔环宽小于0.25mm、导线宽度和间距小于0.1mm或更小的积层式薄型高密度互连的多层板，在通信行业的高档手机中应用日益广泛。

对印制电路板及抗干扰技术设计的研究发现,集成电路和新型器件的应用已经越来越广泛,电路设计的系统也越来越复杂。从这个层面出发,电子电路设计人员就需要不断的提高自身的设计水平,对电子电路线路的抗干扰技术进行更加深入的分析,完善印制电路板设计过程中的难点,这样才可以使其为人们提供更加良好的服务,更好的发挥印制电路板及抗干扰技术的应用价值。

参考文献：

［1］李贵山.高速印刷电路板设计技术研究［J］.电子元件与材料，2013：23-26.

［2］吴建辉.射频电路印刷电路板的电磁兼容性设计［J］.单片机与嵌入式系统应用，2012（8）：12-13.

［3］秦超华.印制电路板设计与工艺的技术探讨[J].西安航空技术高等专科学校学报，2014，（05）

[4]雷卫武，邓建华.印制电路板设计原则和抗干扰措施[J].电子世界，2012，（06）.

[5]龚永林，林其水．纳米技术在印制电路板中的应用[J]．印制电路信息，2014，(09)．