PCB设计:提高敏感器件的抗干扰能力和及时把干扰消除

发表时间:2018-05-03 10:20

PCB设计原则千千万,抑制干扰源占一半。所谓抑制干扰源,就是通过切断干扰传播路径,提高敏感器件的抗干扰能力和及时把干扰消除。

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(1)抑制干扰源的方法

1. 继电器线圈增加续流二极管 ,消除断开线圈时产生的反电动势干扰。仅加 续流二极管会使继电器的断开时间滞后,增加稳压二极管后继电器在单位时间内可 动作更多的次数。

2. 在继电器接点两端并接火花抑制电路(一般是RC串联电路,电阻一般选几K 到几十K,电容选0.01uF),减小电火花影响。

3. 给电机加滤波电路,注意电容、电感引线要尽量短。

4. 电路板上每个IC要并接一个0.01μF~0.1μF高频电容,以减小IC对电源的 影响。注意高频电容的布线,连线应靠近电源端并尽量粗短,否则,等于增大了电 容的等效串联电阻,会影响滤波效果。

5. 布线时避免90度折线,减少高频噪声发射。

6. 可控硅两端并接RC抑制电路,减小可控硅产生的噪声(这个噪声严重时可能 会把可控硅击穿的)。

(2)切断干扰传播路径措施

1. 充分考虑电源对单片机的影响。电源做得好,整个电路的抗干扰就 解决了一大半。许多单片机对电源噪声很敏感,要给单片机电源加滤波电路或稳压器,以减小电源噪声对单片机的干扰。比如,可以利用磁珠和电容 组成π形滤波电路,当然条件要求不高时也可用100Ω电阻代替磁珠。

2. 如果单片机的I/O口用来控制电机等噪声器件,在I/O口与噪声源之 间应加隔离(增加π形滤波电路)。 控制电机等噪声器件,在I/O口与噪声源之 间应加隔离(增加π形滤波电路)。

3. 注意晶振布线。晶振与单片机引脚尽量靠近,用地线把时钟区隔离 起来,晶振外壳接地并固定。此措施可解决许多疑难问题。

4. 电路板合理分区,如强、弱信号,数字、模拟信号。尽可能把干扰源(如电机,继电器)与敏感元件(如单片机)远离。

5. 用地线把数字区与模拟区隔离,数字地与模拟地要分离,最后在一 点接于电源地。A/D、D/A芯片布线也以此为原则,厂家分配A/D、D/A芯片 引脚排列时已考虑此要求。

6. 单片机和大功率器件的地线要单独接地,以减小相互干扰。

7.大功率元器件尽可能放在电路板边缘。

(3)提高敏感器件抗干扰性能措施

1. 布线时尽量减少回路环的面积,以降低感应噪声。

2. 布线时,电源线和地线要尽量粗。除减小压降外,更重要的是降低耦 合噪声。

3. 对于单片机闲置的I/O口,不要悬空,要接地或接电源。其它IC的闲置 端在不改变系统逻辑的情况下接地或接电源。

4. 对单片机使用电源监控及看门狗电路,如:IMP809,IMP706,IMP813, X25043,X25045等,可大幅度提高整个电路的抗干扰性能。5. 在速度能满足要求的前提下,尽量降低单片机的晶振和选用低速数字 电路。

(4)PCB走线的干扰消除的方法

又来到我们老生常谈的走线环节了,一块PCB设计的功底,主要体现在走线上嘛。首先要有良好的地线层,良好的地线层处处等电位,不会产生共模电阻耦合,也不会经底线形成天线效应。良好的地线层能使EMI以最短的路径进入地线而消失。建立良好的地线层的方法是采用多层板,一层专门有做地线成,如果只能有双面板,尽量从正面走线,反面有做地线成,不得已才从反面过线。

1.保持足够的距离。对于可能出现有害耦合或辐射的两个线或两组要保持足够的距离,如滤波器的输入与输出,光耦的输入与输出,交流电源线与弱信号线等

2.长线架低通滤波器。走线尽量短捷 ,不得已走的长线应当在合理的位置插入C,RC,或LC低通滤波器

3.除了地线能用细线的不要用粗线,因为PCB上的每一根走线及时有用信号的载体,又是接受辐射干扰的干线,走线越长,越粗,天线效应越强。

(5)利用软件抗干扰技术

除了硬件上要采取一系列的抗干扰措施外,在软件上也要采取例如数字滤波、设置软件陷阱、利用看门狗程序冗余设计等措施使系统稳定可靠地运行。PCB处于某一工作状态的时间较长时,在主循环中应不断地检测状态,我们在采集某一开关量信号时,利用干扰信号多为毛刺型,作用时间短的特点。在多次运行中把干扰排除,也是增强可靠性的一个方法。


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