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第10章 PCB电磁兼容设计 10．4 电源的电磁兼容设计 在直流电源回路中，负载的变化会引起电源噪声。当电路从一种状态转换为另一种状态时，就会在电源线上产生很大的尖峰电流，形成瞬变的噪声电压。 10．4．1 电源的噪声 1．电源噪声的来源 在PCB中由电源和地造成的电磁兼容问题主要有两种，一种是电源噪声，另一种是地线噪声 2．电源噪声的影响 由分布电感引起的严重电压降相当大。如果PCB中有好多条高频数字信号线，则电源和地线的干扰是相当的。 10．4．2 电源的电磁兼容设计方法 根据印制线路板电流的大小，尽量加大电源线宽度，减少环路电阻。 1．采用交流电源滤波器 由于交流电源滤波器是低通滤波器，不妨碍工频电能的通过，而对高频电磁干扰呈高阻状态，有较强的抑制能力。 2．采用电源变压器加静电屏蔽 由于电源变压器一、二次侧问存在分布电容，进入电源变压器一次侧的高频干扰能通过分布电容耦合到电源变压器的二次侧。 3．脉冲电压的吸收 对脉冲电压的电磁干扰可以采用压敏电阻、固体放电管或瞬态电压抑制二极管来吸收。 4．直流电源的电磁兼容措施 （1)整流电路的高频滤波。即在整流管上并联小电容(0．01uF)，进一步滤掉从变压器进入的高频干扰。 （2)直流去耦。即在直流电源和地之间并联两个电容，大电容(10～100uF)滤掉低频干扰，小电容(0．01～0．22uF)滤掉高频干扰。 10．4．3 电源供电电路设计中的退耦电容 电源供电电路电磁兼容设计的常规做法之一是在印制板的各个关键部位配置适当的退耦电容。 退耦电容的一般配置原则是： ①电源输入端跨接10~100uF的电解电容器。如有可能，接100uF以上的更好。 ②原则上每个集成电路芯片都应布置一个0．01 uF的瓷片电容，如遇印制板空隙不够，可每4～8个芯片布置一个1～10 uF的钽电容。 ③对于抗噪能力弱、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接入退耦电容。 ④电容引线不能过长，尤其是高频旁路电容引线更应短。 ⑤在印制线路板中有接触器、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R取1～2 kΩ，C取2．2～47uF。 ⑥CMOS的输入阻抗很高，且易受感应，因此在使用时对不用端要接地或接正电源。 ⑦使用逻辑电路时凡能不用高速逻辑电路的就不用；在电源与地之间加去耦电容；注意长线传输中的波形畸变；用R-S触发器作为按钮与电子线路之间配合的缓冲。 10．5 地线的电磁兼容设计 地线作为电路电位基准点的等电位体，实际上它的电位并不是恒定的。 10．5．1 地线的阻抗 地线的阻抗引起的地线上各点之间的电位差能够造成电路的误动作，用欧姆表测量地线的电阻时，地线的电阻往往在毫欧姆级，电流流过这么小的电阻时为什么会产生这么大的电压降，导致电路工作的异常。 10．5．2 地线的干扰机理 由于地线阻抗的存在，当电流流过地线时，就会在地线上产生电压。 10．5．3 地线干扰对策 1．地环路对策 从地环路干扰的机理可知，只要减少地环路中的电流就能减少地环路干扰。 (1)将一端的设备浮地 (2)使用变压器实现设备之间的连接 利用磁路将两个设备连接起来，可以切断地环路电流。 (3)使用光隔离器 另一个切断地环路的方法是用光实现信号的传输。 2．消除公共阻抗耦合 消除公共阻抗耦合的途径有两个，一个是减小公共地线部分的阻抗，这样公共地线上的电压也随之减小，从而控制公共阻抗耦合。 通过适当接地方式避免公共阻抗的接地方法是并联单点接地， 地线造成电磁干扰的主要原因是地线存在阻抗，当电流流过地线时，会在地线上产生电压，这就是地线噪声。在这个电压的驱动下，会产生地线环路电流，形成地环路干扰。当两个电路共用一段地线时，会形成公共阻抗耦合。 解决地环路干扰的方法有切断地环路，增加地环路的阻抗，使用平衡电路等。解决公共阻抗耦合的方法是减小公共地线部分的阻抗，或采用并联单点接地，彻底消除公共阻抗。 10．5．4 地线设计的原则 接地是控制电路干扰的重要方法。将接地和屏蔽结合起来，可解决大部分干扰问题。一般来讲，地线结构可分为系统地、机壳地、数字地和模拟地。在地线设计中应注意以下几点： 1．数字地与模拟地分开 若电路板上既有高速数字电路，又有线性模拟电路，应使它们尽量分开。 2．正确选择单点接地与多点接地 电路的低频模拟部分，工作频率低，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干扰影响较大，因而应采用一点接地。在数字部分，工作频率高，地线阻抗变得很大，此时应尽量降低地线阻抗，采用就近多点接地。 3．接地线应尽量加粗 若接地线用很细的线条，则接地电位随电流的变化而变化，致使信号电平不稳，使抗噪性能降低。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，接地线应在2~3 mm以上。 4．接地线构成闭环电路 只由数字电路组成的印刷电路板，其接地电路布成圆环路大多能提高抗噪声能力。
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