目前電子器材用于各類(lèi)電子設(shè)備和系統(tǒng)仍然以印制電路板為主要裝配方式,。實(shí)踐證明,，即使電路原理圖設(shè)計(jì)正確，印制電路板設(shè)計(jì)不當(dāng),，也會(huì)對(duì)電子設(shè)備的可靠性產(chǎn)生不利影響,。例如，如果印制板兩條細(xì)平行線靠得很近,，則會(huì)形成信號(hào)波形的延遲,，在傳輸線的終端形成反射噪聲。因此,，在設(shè)計(jì)印制電路板的時(shí)候,，應(yīng)注意采用正確的方法。
一,、 地線設(shè)計(jì)
在電子設(shè)備中,，接地是控制干擾的重要方法。如能將接地和屏蔽正確結(jié)合起來(lái)使用,，可解決大部分干擾問(wèn)題,。電子設(shè)備中地線結(jié)構(gòu)大致有系統(tǒng)地、機(jī)殼地(屏蔽地),、數(shù)字地(邏輯地)和模擬地等,。在地線設(shè)計(jì)中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
1. 正確選擇單點(diǎn)接地與多點(diǎn)接地;
低頻電路中，信號(hào)的工作頻率小于1MHz,，它的布線和器件間的電感影響較小,，而接地電路形成的環(huán)流對(duì)干擾影響較大，因而應(yīng)采用一點(diǎn)接地,。當(dāng)信號(hào)工作頻率大于10MHz時(shí),，地線阻抗變得很大，此時(shí)應(yīng)盡量降低地線阻抗,，應(yīng)采用就近多點(diǎn)接地,。當(dāng)工作頻率在1～10MHz時(shí),，如果采用一點(diǎn)接地，其地線長(zhǎng)度不應(yīng)超過(guò)波長(zhǎng)的1/20,，否則應(yīng)采用多點(diǎn)接地法,。
2. 將數(shù)字電路與模擬電路分開(kāi);
電路板上既有高速邏輯電路，又有線性電路,，應(yīng)使它們盡量分開(kāi),，而兩者的地線不要相混，分別與電源端地線相連,。要盡量加大線性電路的接地面積,。
3. 盡量加粗接地線;
若接地線很細(xì)，接地電位則隨電流的變化而變化,，致使電子設(shè)備的定時(shí)信號(hào)電平不穩(wěn),，抗噪聲性能變壞。因此應(yīng)將接地線盡量加粗,，使它能通過(guò)三位于印制電路板的允許電流,。如有可能，接地線的寬度應(yīng)大于3mm,。
4. 將接地線構(gòu)成閉環(huán)路;
設(shè)計(jì)只由數(shù)字電路組成的印制電路板的地線系統(tǒng)時(shí)，將接地線做成閉環(huán)路可以明顯的提高抗噪聲能力,。其原因在于：印制電路板上有很多集成電路元件,，尤其遇有耗電多的元件時(shí)，因受接地線粗細(xì)的限制,，會(huì)在地結(jié)上產(chǎn)生較大的電位差,，引起抗噪聲能力下降，若將接地結(jié)構(gòu)成環(huán)路,，則會(huì)縮小電位差值,，提高電子設(shè)備的抗噪聲能力。
二,、電磁兼容性設(shè)計(jì)
電磁兼容性是指電子設(shè)備在各種電磁環(huán)境中仍能夠協(xié)調(diào),、有效地進(jìn)行工作的能力。電磁兼容性設(shè)計(jì)的目的是使電子設(shè)備既能抑制各種外來(lái)的干擾,，使電子設(shè)備在特定的電磁環(huán)境中能夠正常工作,，同時(shí)又能減少電子設(shè)備本身對(duì)其它電子設(shè)備的電磁干擾。
1. 選擇合理的導(dǎo)線寬度由于瞬變電流在印制線條上所產(chǎn)生的沖擊干擾主要是由印制導(dǎo)線的電感成分造成的,，因此應(yīng)盡量減小印制導(dǎo)線的電感量,。印制導(dǎo)線的電感量與其長(zhǎng)度成正比，與其寬度成反比,，因而短而精的導(dǎo)線對(duì)抑制干擾是有利的,。時(shí)鐘引線,、行驅(qū)動(dòng)器或總線驅(qū)動(dòng)器的信號(hào)線常常載有大的瞬變電流，印制導(dǎo)線要盡可能地短,。對(duì)于分立元件電路,，印制導(dǎo)線寬度在1.5mm左右時(shí)，即可完全滿足要求;對(duì)于集成電路,，印制導(dǎo)線寬度可在0.2～1.0mm之間選擇。
2. 采用正確的布線策略采用平等走線可以減少導(dǎo)線電感,，但導(dǎo)線之間的互感和分布電容增加,，如果布局允許，最好采用井字形網(wǎng)狀布線結(jié)構(gòu),，具體做法是印制板的一面橫向布線,，另一面縱向布線，然后在交叉孔處用金屬化孔相連,。 為了抑制印制板導(dǎo)線之間的串?dāng)_,，在設(shè)計(jì)布線時(shí)應(yīng)盡量避免長(zhǎng)距離的平等走線，盡可能拉開(kāi)線與線之間的距離,，信號(hào)線與地線及電源線盡可能不交叉,。在一些對(duì)干擾十分敏感的信號(hào)線之間設(shè)置一根接地的印制線，可以有效地抑制串?dāng)_,。
為了避免高頻信號(hào)通過(guò)印制導(dǎo)線時(shí)產(chǎn)生的電磁輻射,，在印制電路板布線時(shí)，還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
●盡量減少印制導(dǎo)線的不連續(xù)性,，例如導(dǎo)線寬度不要突變,，導(dǎo)線的拐角應(yīng)大于90度禁止環(huán)狀走線等,。
●時(shí)鐘信號(hào)引線最容易產(chǎn)生電磁輻射干擾,，走線時(shí)應(yīng)與地線回路相靠近，驅(qū)動(dòng)器應(yīng)緊挨著連接器,。
●總線驅(qū)動(dòng)器應(yīng)緊挨其欲驅(qū)動(dòng)的總線,。對(duì)于那些離開(kāi)印制電路板的引線,，驅(qū)動(dòng)器應(yīng)緊緊挨著連接器。
●數(shù)據(jù)總線的布線應(yīng)每?jī)筛盘?hào)線之間夾一根信號(hào)地線,。最好是緊緊挨著最不重要的地址引線放置地回路,，因?yàn)楹笳叱］d有高頻電流。
●在印制板布置高速,、中速和低速邏輯電路時(shí),，應(yīng)按照?qǐng)D1的方式排列器件。
3.抑制反射干擾為了抑制出現(xiàn)在印制線條終端的反射干擾,，除了特殊需要之外,，應(yīng)盡可能縮短印制線的長(zhǎng)度和采用慢速電路,。必要時(shí)可加終端匹配，即在傳輸線的末端對(duì)地和電源端各加接一個(gè)相同阻值的匹配電阻,。根據(jù)經(jīng)驗(yàn),，對(duì)一般速度較快的TTL電路，其印制線條長(zhǎng)于10cm以上時(shí)就應(yīng)采用終端匹配措施,。匹配電阻的阻值應(yīng)根據(jù)集成電路的輸出驅(qū)動(dòng)電流及吸收電流的最大值來(lái)決定,。
三、去耦電容配置
在直流電源回路中,，負(fù)載的變化會(huì)引起電源噪聲,。例如在數(shù)字電路中，當(dāng)電路從一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)換為另一種狀態(tài)時(shí),，就會(huì)在電源線上產(chǎn)生一個(gè)很大的尖峰電流,，形成瞬變的噪聲電壓。配置去耦電容可以抑制因負(fù)載變化而產(chǎn)生的噪聲,，是印制電路板的可靠性設(shè)計(jì)的一種常規(guī)做法,，配置原則如下：
●電源輸入端跨接一個(gè)10～100uF的電解電容器，如果印制電路板的位置允許,，采用100uF以上的電解電容器的抗干擾效果會(huì)更好,。
●為每個(gè)集成電路芯片配置一個(gè)0.01uF的陶瓷電容器。如遇到印制電路板空間小而裝不下時(shí),，可每4～10個(gè)芯片配置一個(gè)1～10uF鉭電解電容器,，這種器件的高頻阻抗特別小，在500kHz～20MHz范圍內(nèi)阻抗小于1Ω,，而且漏電流很小(0.5uA以下),。
●對(duì)于噪聲能力弱、關(guān)斷時(shí)電流變化大的器件和ROM,、RAM等存儲(chǔ)型器件,，應(yīng)在芯片的電源線(Vcc)和地線(GND)間直接接入去耦電容。
●去耦電容的引線不能過(guò)長(zhǎng),，特別是高頻旁路電容不能帶引線,。
四、印制電路板的尺寸與器件的布置
印制電路板大小要適中,，過(guò)大時(shí)印制線條長(zhǎng),，阻抗增加，不僅抗噪聲能力下降,，成本也高;過(guò)小,，則散熱不好，同時(shí)易受臨近線條干擾,。
在器件布置方面與其它邏輯電路一樣,，應(yīng)把相互有關(guān)的器件盡量放得靠近些,，這樣可以獲得較好的抗噪聲效果。如圖2所示,。時(shí)種發(fā)生器,、晶振和CPU的時(shí)鐘輸入端都易產(chǎn)生噪聲，要相互靠近些,。易產(chǎn)生噪聲的器件,、小電流電路、大電流電路等應(yīng)盡量遠(yuǎn)離邏輯電路,，如有可能,，應(yīng)另做電路板，這一點(diǎn)十分重要
五,、熱設(shè)計(jì)
從有利于散熱的角度出發(fā)，印制版最好是直立安裝,，板與板之間的距離一般不應(yīng)小于2cm,，而且器件在印制版上的排列方式應(yīng)遵循一定的規(guī)則：
?對(duì)于采用自由對(duì)流空氣冷卻的設(shè)備，最好是將集成電路(或其它器件)按縱長(zhǎng)方式排列,，如圖3示;對(duì)于采用強(qiáng)制空氣冷卻的設(shè)備,，最好是將集成電路(或其它器件)按橫長(zhǎng)方式排列，如圖4所示,。
?同一塊印制板上的器件應(yīng)盡可能按其發(fā)熱量大小及散熱程度分區(qū)排列,，發(fā)熱量小或耐熱性差的器件(如小信號(hào)晶體管、小規(guī)模集成電路,、電解電容等)放在冷卻氣流的最上流(入口處),，發(fā)熱量大或耐熱性好的器件(如功率晶體管、大規(guī)模集成電路等)放在冷卻氣流最下游,。
?在水平方向上,，大功率器件盡量靠近印制板邊沿布置，以便縮短傳熱路徑;在垂直方向上,，大功率器件盡量靠近印制板上方布置,，以便減少這些器件工作時(shí)對(duì)其它器件溫度的影響。
?對(duì)溫度比較敏感的器件最好安置在溫度最低的區(qū)域(如設(shè)備的底部),，千萬(wàn)不要將它放在發(fā)熱器件的正上方,，多個(gè)器件最好是在水平面上交錯(cuò)布局。
?設(shè)備內(nèi)印制板的散熱主要依靠空氣流動(dòng),，所以在設(shè)計(jì)時(shí)要研究空氣流動(dòng)路徑,，合理配置器件或印制電路板?？諝饬鲃?dòng)時(shí)總是趨向于阻力小的地方流動(dòng),，所以在印制電路板上配置器件時(shí),，要避免在某個(gè)區(qū)域留有較大的空域。整機(jī)中多塊印制電路板的配置也應(yīng)注意同樣的問(wèn)題,。
大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明,，采用合理的器件排列方式，可以有效地降低印制電路的溫升,，從而使器件及設(shè)備的故障率明顯下降,。
以上所述只是印制電路板可靠性設(shè)計(jì)的一些通用原則，印制電路板可靠性與具體電路有著密切的關(guān)系,，在設(shè)計(jì)中不還需根據(jù)具體電路進(jìn)行相應(yīng)處理,，才能最大程度地保證印制電路板的可靠性。
六,、產(chǎn)品干擾的抑制方案
1 接地
1.1 設(shè)備的信號(hào)接地
目的：為設(shè)備中的任何信號(hào)提供一個(gè)公共的參考電位,。
方式：設(shè)備的信號(hào)接地系統(tǒng)可以是一塊金屬板。
1.2 基本的信號(hào)接地方式
有三種基本的信號(hào)接地方式：浮地,、單點(diǎn)接地,、多點(diǎn)接地。
1.2.1 浮地 目的：使電路或設(shè)備與公共地線可能引起環(huán)流的公共導(dǎo)線隔離起來(lái),，浮地還使不同電位的電路之間配合變得容易,。 缺點(diǎn)：容易出現(xiàn)靜電積累引起強(qiáng)烈的靜電放電。 折衷方案：接入泄放電阻,。
1.2.2 單點(diǎn)接地 方式：線路中只有一個(gè)物理點(diǎn)被定義為接地參考點(diǎn),，凡需要接地均接于此。 缺點(diǎn)：不適宜用于高頻場(chǎng)合,。
1.2.3 多點(diǎn)接地 方式：凡需要接地的點(diǎn)都直接連到距它最近的接地平面上,，以便使接地線長(zhǎng)度為最短。 缺點(diǎn)：維護(hù)較麻煩,。
1.2.4 混合接地 按需要選用單點(diǎn)及多點(diǎn)接地,。
1.3 信號(hào)接地線的處理(搭接)
搭接是在兩個(gè)金屬點(diǎn)之間建立低阻抗的通路。
分直接搭接,、間接搭接方式,。
無(wú)論哪一種搭接方式，最重要的是強(qiáng)調(diào)搭接良好,。
1.4 設(shè)備的接地(接大地)
設(shè)備與大地連在一起,，以大地為參考點(diǎn)，目的：
1) 實(shí)現(xiàn)設(shè)備的安全接地
2) 泄放機(jī)箱上所積累的電荷,，避免設(shè)備內(nèi)部放電,。
3) 接高設(shè)備工作的穩(wěn)定性，避免設(shè)備對(duì)大地的電位在外界電磁環(huán)境作用下發(fā)生的變化。
1.5 拉大地的方法和接地電阻 接地棒,。
1.6 電氣設(shè)備的接地
2 屏蔽
2.1 電場(chǎng)屏蔽
2.1.1 電場(chǎng)屏蔽的機(jī)理 分布電容間的耦合 處理方法：
1) 增大A,、B距離。
2) B盡量貼近接地板,。
3)A,、B間插入金屬屏蔽板。
2.1.2 電場(chǎng)屏蔽設(shè)計(jì)重點(diǎn)：
1) 屏蔽板程控受保護(hù)物;屏蔽板接地必須良好,。
2) 注意屏蔽板的形狀,。
3) 屏蔽板以良好導(dǎo)體為好，厚度無(wú)要求,，強(qiáng)度要足夠,。
2.2 磁場(chǎng)屏蔽
2.2.1 磁場(chǎng)屏蔽的機(jī)理
高導(dǎo)磁材料的低磁阻起磁分路作用，使屏蔽體內(nèi)的磁場(chǎng)大大降低,。
2.2.2 磁場(chǎng)屏蔽設(shè)計(jì)重點(diǎn)
1) 選用高導(dǎo)磁率材料,。
2) 增加屏蔽體的壁厚。
3) 被屏蔽物不要緊靠屏蔽體,。
4) 注意結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),。
5) 對(duì)強(qiáng)用雙層磁屏蔽體。
2.3 電磁場(chǎng)屏蔽的機(jī)理
1) 表面的反射,。
2) 屏蔽體內(nèi)部的吸收。
2.3.2 材料對(duì)電磁屏蔽的效果
2.4 實(shí)際的電磁屏蔽體
七,、產(chǎn)品內(nèi)部的電磁兼容性設(shè)計(jì)
1 印刷電路板設(shè)計(jì)中的電磁兼容性
1.1 印刷線路板中的公共阻抗耦合問(wèn)題 數(shù)字地與模擬地分開(kāi),，地線加寬。
1.2 印刷線路板的布局
※對(duì)高速,、中速和低速混用時(shí),，注意不同的布局區(qū)域。
※對(duì)低模擬電路和數(shù)字邏輯要分離,。
1.3 印刷線路板的布線(單面或雙面板)
※專(zhuān)用零伏線,，電源線的走線寬度≥1mm。
※電源線和地線盡可能靠近,，整塊印刷板上的電源與地要呈“井”字形分布,，以便使分布線電流達(dá)到均衡。
※要為模擬電路專(zhuān)門(mén)提供一根零伏線,。
※為減少線間串?dāng)_,，必要時(shí)可增加印刷線條間距離，在意安插一些零伏線作為線間隔離,。
※印刷電路的插頭也要多安排一些零伏線作為線間隔離,。
※特別注意電流流通中的導(dǎo)線環(huán)路尺寸。
※如有可能在控制線(于印刷板上)的入口處加接R-C去耦,，以便消除傳輸中可能出現(xiàn)的干擾因素,。
※印刷弧上的線寬不要突變,，導(dǎo)線不要突然拐角(≥90度)。
1.4 對(duì)在印刷線路板上使用邏輯電路有益建議
※凡能不用高速邏輯電路的就不用,。
※在電源與地之間加去耦電容,。
※注意長(zhǎng)線傳輸中的波形畸變。
※用R-S觸發(fā)的作按鈕與電子線路之間配合的緩沖,。
1.4.1 邏輯電路工作時(shí),，所引入的電源線干擾及抑制方法
1.4.2 邏輯電路輸出波形傳輸中的畸變問(wèn)題
1.4.3 按鈕操作與電子線路工作的配合問(wèn)題
1.5 印刷線路板的互連 主要是線間串?dāng)_，影響因素：
※直角走線
※屏蔽線
※阻抗匹配
※長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)
2 開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)中的電磁兼容性
2.1 開(kāi)關(guān)電源對(duì)電網(wǎng)傳導(dǎo)的騷擾與抑制
騷擾來(lái)源：
①非線性流,。
②初級(jí)電路中功率晶體管外殼與散熱器之間的容光煥發(fā)性耦合在電源輸入端產(chǎn)生的傳導(dǎo)共模噪聲,。
抑制方法：
①對(duì)開(kāi)關(guān)電壓波形進(jìn)行“修整”。
②在晶體管與散熱器之間加裝帶屏蔽層的絕緣墊片,。
③在市電輸入電路中加接電源濾波器,。
2.2 開(kāi)關(guān)電源的輻射騷擾與抑制
注意輻射騷擾與抑制
抑制方法：
①盡可能地減小環(huán)路面積。
②印刷線路板上正負(fù)載流導(dǎo)體的布局,。
③在次線整流回路中使用軟恢復(fù)二極管或在二極管上并聯(lián)聚酯薄膜電容器,。
④對(duì)晶體管開(kāi)關(guān)波形進(jìn)行“修整”。
2.3 輸出噪聲的減小
原因是二極管反向電流陡變及回路分布電感,。二極管結(jié)電容等形成高頻衰減振蕩,，而濾波電容的等效串聯(lián)電感又削弱了濾波的作用，因此在輸出改波中出現(xiàn)尖峰干擾解決辦法是加小電感和高頻電容,。
3 設(shè)備內(nèi)部的布線
3.1 線間電磁耦合現(xiàn)象及抑制方法
對(duì)磁場(chǎng)耦合：
①減小干擾和敏感電路的環(huán)路面積最好辦法是使用雙絞線和屏蔽線,。
②增大線間距離(使互感減小)。
③盡可有使干擾源線路與受感應(yīng)線路呈直角布線,。
對(duì)電容耦合：
①增大線間距離,。
②屏蔽層接地。
③降低敏感線路的輸入阻抗,。
④如有可能在敏感電路采用平衡線路作輸入,，利用平衡線路固有的共模抑制能力克服干擾源對(duì)敏感線路的干擾。
3.2 一般的布線方法：
按功率分類(lèi),，不同分類(lèi)的導(dǎo)線應(yīng)分別捆扎,，分開(kāi)敷設(shè)的線束間距離應(yīng)為50～75mm。
4 屏蔽電纜的接地
4.1 常用的電纜
※雙絞線在低于100KHz下使用非常有效,，高頻下因特性阻抗不均勻及由此造成的波形反射而受到限制,。
※帶屏蔽的雙絞線，信號(hào)電流在兩根內(nèi)導(dǎo)線上流動(dòng),，噪聲電流在屏蔽層里流動(dòng),，因此消除了公共阻抗的耦合，而任何干擾將同時(shí)感應(yīng)到兩根導(dǎo)線上，使噪聲相消,。
※非屏蔽雙絞線抵御靜電耦合的能力差些,。但對(duì)防止磁場(chǎng)感應(yīng)仍有很好作用。非屏蔽雙絞線的屏蔽效果與單位長(zhǎng)度的導(dǎo)線扭絞次數(shù)成正比,。
※同軸電纜有較均勻的特性阻抗和較低的損耗,，使從真流到甚高頻都有較好特性。
※無(wú)屏蔽的帶狀電纜,。
最好的接線方式是信號(hào)與地線相間,，稍次的方法是一根地、兩根信號(hào)再一根地依次類(lèi)推,，或?qū)Ｓ靡粔K接地平板,。
4.2 電纜線屏蔽層的接地
總之，將負(fù)載直接接地的方式是不合適的,，這是因?yàn)閮啥私拥氐钠帘螌訛榇鸥袘?yīng)的地環(huán)路電流提供了分流,，使得磁場(chǎng)屏蔽性能下降。
4.3 電纜線的端接方法
在要求高的場(chǎng)合要為內(nèi)導(dǎo)體提供360°的完整包裹,，并用同軸接頭來(lái)保證電場(chǎng)屏蔽的完整性,。
5 對(duì)靜電的防護(hù)
靜電放電可通過(guò)直接傳導(dǎo)，電容耦合和電感耦合三種方式進(jìn)入電子線路,。
直接對(duì)電路的靜電放電經(jīng)常會(huì)引起電路的損壞,，對(duì)鄰近物體的放電通過(guò)電容或電感耦合，會(huì)影響到電路工作的穩(wěn)定性,。
防護(hù)方法：
①建立完善的屏蔽結(jié)構(gòu),，帶有接地的金屬屏蔽殼體可將放電電流釋放到地。
②金屬外殼接地可限制外殼電位的升高,，造成內(nèi)部電路與外殼之間的放電。
③內(nèi)部電路如果要與金屬外殼相連時(shí),，要用單點(diǎn)接地,，防止放電電流流過(guò)內(nèi)部電路。
④在電纜入口處增加保護(hù)器件,。
⑤在印刷板入口處增加保護(hù)環(huán)(環(huán)與接地端相連),。