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PCB布线中的抗干扰设计

  在PCB(印制电路板)中,印制导线用来实现电路元件和器件之间电气连接,是PCB中的重要组件,PCB导线多为铜线,铜自身的物理特性也导致其在导电过程中必然存在一定的阻抗,导线中的电感成分会影响电压信号的传输,而电阻成分则会影响电流信号的传输,在高频线路中电感的影响尤为严重,因此,在PCB设计中必须注意和消除印制导线阻抗所带来的影响。

  1印制导线产生干扰的原因

  PCB上的印制导线通电后在直流或交流状态下分别对电流呈现电阻或感抗,而平行导线之间存在电感效应,电阻效应,电导效应,互感效应;一根导线上的变化电流必然影响另一根导线,从而产生干扰;PCB板外连接导线甚至元器件引线都可能成为发射或接收干扰信号的天线。印制导线的直流电阻和交流阻抗可以通过公式和公式来计算,R=PL/S和XL=2πfL式中L为印制导线长度(m),s为导线截面积(mm2),ρ为铜的电阻率,TT为常数,f为交流频率。正是由于这些阻抗的存在,从而产生一定的电位差,这些电位差的存在,必然会带来干扰,从而影响电路的正常工作。

  2PCB电流与导线宽度的关系

  PCB导线宽度与电路电流承载值有关,一般导线越宽,承载电流的能力越强。在实际的PCB制作过程中,导线宽度应以能满足电气性能要求而又便于生产为宜,它的最小值以承受的电流大小而定,导线宽度和间距可取0.3mm(12mil)。导线的宽度在大电流的情况下还要考虑其温升问题。PCB设计铜铂厚度、线宽和电流关系表1所示。

  表1PCB设计铜铂厚度、线宽和电流关系

  图1印制导线的拐弯应成圆角

  图2PCB中的45°折线

  图3两向布线时布线策略

  3PCB设计中的布线

  在PCB设计中,布线是关系PCB设计成功与否的关键阶段,PCB板上铜箔导线的位置、密度、宽窄、间距、走线形式等因素会决定PCB的抗干扰能力,因此,要获得PCB的最佳性能,必须要做到合理布线。

  3.1布线遵循原则

  3.1.1布线时板型选择和密度设计

  在满足布线要求的前提下,PCB布线时选择的板型,单面板应优先考虑,其次是双面板、多层板。其布线密度,要结合电路结构及产品性能要求,合理选择,力求布线简单、均匀。

  3.1.2布线时的线宽与间距选择

  PCB中选择的导线,其最小宽度由导线与绝缘基扳间的粘附强度和流过它们的电流值决定。导线最小宽度和间距一般不应小于8mil,如果布线密度允许,可以适当加宽导线宽度及导线间距。对铜箔厚度为2mil,宽度在40mil到600mil的导线,当流经该条导线的电流2A时,其温度不会高于3℃,一般选择导线宽度为60mil可满足要求。在没有特殊要求的情况下,布线通常选8~12mil导线宽度。而对于集成电路,尤其是数字电路,导线宽度最小可选择达到2~2.8mil,设计中,在条件允许的范围内,电源、地线宽度可尽量加宽,一般选择地线宽度大于电源线,而电源线宽度大于信号线宽度,必要时,可采用大面积敷铜接地。

  在制作PCB布线设计中,输入输出端的导线应尽量避免交叉,可通过添加线间电容的方式避免发生反馈耦合。导线的间距一般选择为大于等于线宽,其最小值由最坏情况下的线间绝缘电阻和击穿电压决定,在数字电路中,在工艺允许的情况下,间距可选择5~8mil。

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