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如何從PCB布局開始控制數(shù)顯儀表EMC問題

2023年01月24日 10:58:16      來源：云南昌暉儀表制造有限公司 >> 進入該公司展臺      閱讀量：20

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PCB是最基本的部件，也是絕大部分電子元器件的載體。當(dāng)某型號數(shù)顯儀表的PCB設(shè)計完成后，可以說數(shù)顯儀表核心電路的騷擾和抗擾特性就基本已經(jīng)確定下來了，要想再提高其電磁兼容特性，就只能通過接口電路的濾波和外殼的屏蔽來“圍追堵截”，這樣不但大大增加了數(shù)顯儀表的后續(xù)成本，也增加了數(shù)顯儀表的復(fù)雜程度，降低了數(shù)顯儀表的可靠性，因此工程師要掌握一些PCB布局技巧，規(guī)避一些常犯的錯誤。本文列舉了一些常見的PCB布局錯誤，希望對廣大工程師有借鑒作用。

一、數(shù)顯儀表PCB的EMC布局的核心原則
數(shù)顯儀表PCB的EMC布局的核心原則就是從空間上避免不同器件之間的相互干擾。
1、數(shù)顯儀表PCB功能區(qū)域劃分
①按速度區(qū)域劃分
數(shù)顯儀表PCB按速度區(qū)域劃分
當(dāng)線路板上同時存在高速電路、中速電路和低速電路時，應(yīng)該遵從上圖中的布局原則，避免高頻電路噪聲通過接口向外輻射。
②按功能區(qū)域劃分
數(shù)顯儀表PCB按功能區(qū)域劃分
多種模塊電路在數(shù)顯儀表同一PCB上放置時，數(shù)字電路與模擬電路、高速與低速電路分開布局。避免數(shù)字電路、模擬電路、高速電路以及低速電路之間的互相干擾。

2、數(shù)顯儀表PCB布局設(shè)計時，應(yīng)充分遵守沿信號流向直線放置的設(shè)計原則，盡量避免來回環(huán)繞。
數(shù)顯儀表PCB布局遵守沿信號流向直線放置的原則
不合格的數(shù)顯儀表PCB布局設(shè)計
3、數(shù)顯儀表PCB對于特殊元件的位置時要遵守以下原則：
①盡可能縮短高頻元器件之間的連線，設(shè)法減少它們的分布參數(shù)和相互間的電磁干擾。易受干擾的元器件不能相互挨得太近，輸入和輸出元件應(yīng)盡量遠(yuǎn)離。
②某些元器件或?qū)Ь€之間可能有較高的電位差，應(yīng)加大它們之間的距離，以免放電引出意外短路。帶高電壓的元器件應(yīng)盡量布置在調(diào)試時手不易觸及的地方。
③重量超過15g的元器件，應(yīng)當(dāng)用支架加以固定，然后焊接。那些又大又重、發(fā)熱量多的元器件，不宜裝在印制板上，而應(yīng)裝在整機的機箱底板上，且應(yīng)考慮散熱問題。熱敏元件應(yīng)遠(yuǎn)離發(fā)熱元件。
④對于電位器、可調(diào)電感線圈、可變電容器、微動開關(guān)等可調(diào)元件的布局應(yīng)考慮整機的結(jié)構(gòu)要求。若是機內(nèi)調(diào)節(jié)，應(yīng)放在印制板上方便調(diào)節(jié)的地方;若是機外調(diào)節(jié)，其位置要與調(diào)節(jié)旋鈕在機箱面板上的位置相適應(yīng)。
⑤應(yīng)留出印制板定位孔及固定支架所占用的位置。

二、PCB布局常見錯誤舉例
常見錯誤1：晶振出現(xiàn)在單板接口連接器1000mil以內(nèi)。
晶振出現(xiàn)在單板接口連接器1000mil以內(nèi)
問題分析：晶體、晶振、繼電器、開關(guān)電源等強輻射器件出現(xiàn)在單板接口連接器1000mil以內(nèi)，干擾會直接向外輻射或在外出電纜上耦合出電流來向外輻射。
解決辦法：
①晶振遠(yuǎn)離接口連接器1000mil以外；
②接口增加濾波電路，濾除高頻干擾信號。

常見錯誤2：線路板電源輸入口的濾波電路(共模電感)沒有靠近接口放置。
線路板電源輸入口的濾波電路沒有靠近接口放置
問題分析：線路板電源輸入口的濾波電路遠(yuǎn)離近接口放置，可能導(dǎo)致已經(jīng)經(jīng)過了濾波的線路被再次耦合。
解決辦法：
共模電感靠近電源端口放置，同時注意地的隔離，如下圖：

常見錯誤3：器件擺放位置不合理。
問題分析：TVS靜電抑制器不能起到應(yīng)有的保護作用，主要是由于PCB中器件布局不合理造成，信號線在沒經(jīng)過TVS前通過過孔直接連接到MCU。
TVS靜電抑制器不能起到應(yīng)有的保護作用
解決辦法：改變TVS和過孔位置，把TVS并聯(lián)在管腳和MCU之間PCB走線上。
把TVS并聯(lián)在管腳和MCU之間PCB走線上
總結(jié)
TVS等保護器件在PCB布局時，應(yīng)靠近接口放置，并且保護器件應(yīng)該位于被保護器件與端口之間，信號先經(jīng)過保護器件，再由保護器件引向被保護器件。

三、數(shù)顯儀表PCB整體布局總結(jié)
①數(shù)顯儀表的高速、中速、低速電路要分開；
②數(shù)顯儀表的強電流、高電壓、強輻射元器件遠(yuǎn)離弱電流、低電壓、敏感元器件；
③數(shù)顯儀表的模擬電路、數(shù)字電路、電源電路、保護電路要分開；
④多層板設(shè)計，有單獨的電源和地平面；
⑤對數(shù)顯儀表的熱敏感的元件(含液態(tài)介質(zhì)電容、晶振)盡量遠(yuǎn)離大功率的元器件、散熱器等熱源。

昌暉儀表希望通過此文的簡單介紹，能幫助大家加深對數(shù)顯儀表PCB布局設(shè)計的理解，提前做好PCB布局的優(yōu)化設(shè)計，一勞永逸。
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