提高电子电路抗干扰能力的方法

电子设计制作者与爱好者在设计带微处理器的电子产品时，如何提高系统的抗干扰能力和电磁兼容性是设计者必需考滤的一个问题。本人就自己在电子设计制作过程中积累的一点经验供大家参考。

一、减小来自电源的噪声

电源在向系统提供能源的同时，也将其噪声加到所供电的电源上。电路中微控制器的复位线，中断线，以及其它一些控制线最容易受外界噪声的干扰。

电网上的强干扰通过电源进入电路。即使电池供电的系统，电池本身也有高频噪声。模拟电路中的模拟信号更经受不住来自电源的干扰。因此设计电源时要采取一定的抗干扰措施：(如输入电源与强电设备动力线分开;采用隔离变压器;采用低通滤波器;采用独立功能块单独供电等)。

二、减小信号传输中的畸变

微控制器主要采用高速CMOS技术制造。信号输入端静态输入电流在1 mA左右，输入电容10pF左右，输入阻抗相当高。高速CMOS电路的输出端都有相当的带载能力，即相当大的输出值，将一个门的输出端通过一段很长线引到输入阻抗相当高的输入端，反射问题就很严重。它会引起信号畸变，增加系统噪声。当Tpd>Tr时，就成了一个传输线问题，必须考虑信号反射、阻抗匹配等问题。

信号在印制板上的延迟时间与引线的特性阻抗有关，即与印制线路板材料的介电常数有关。可以粗略地认为，信号在印制板引线的传输速度，约为光速的1/3到1/2之间。微控制器构成的系统中常用逻辑电子元件的Tr(标准延迟时间)为3到18ns之间。

在印制线路板上，信号通过一个7W的电阻和一段25cm长的引线，线上延迟时间大致在4～20ns之间。也就是说，信号在印刷线路上的引线越短越好，最长不宜超过25cm。而且过孔数目也应尽量少，最好不多于2个。

当信号的上升时间快于信号延迟时间，就要按照快电子学处理。此时要考虑传输线的阻抗匹配，对于一块印刷线路板上的集成块之间的信号传输，要避免出现Td>Trd的情况，印刷线路板越大系统的速度就越不能太快。

用以下结论归纳印刷线路板设计的一个规则：信号在印刷板上传输，其延迟时间不应大于所用器件的标称延迟时间。

　　三、减小信号线间的交叉干扰

CMOS工艺制造的微控制由输入阻抗高，噪声高，噪声容限也很高，数字电路迭加100～200mv噪声并不影响其工作。若是模拟电路，这种干扰就变为不能容忍。如果印刷线路板为四层板，其中有一层是大面积的地。或双面板，信号线的反面是大面积的地时，这种信号间的交又干扰就会变小。原因是，大面积的地减小了信号线的特性阻抗，信号的反射大大减小。特性阻抗与信号线到地间的介质的介电常数的平方成反比，与介质厚度的自然对数成正比。若一模拟信号，要避免数字电路信号对它的干扰，那么模拟信号线下方要有大面积的地，模拟信号线到数字信号线的距离要大于模拟信号线与地距离的2～3倍。可用局部屏蔽地，在有引结的一面引线左右两侧布以地线。

四、注意印刷线路板与元器件的高频特性

在高频情况下，印刷线路板上的引线，过孔，电阻、电容、接插件的分布电感与电容等不可忽略。电容的分布电感不可忽略，电感的分布电容不可忽略。电阻产生对高频信号的反射，引线的分布电容会起作用，当长度大于噪声频率相应波长的1/20时，就产生天线效应，噪声通过引线向外发射。

(印刷线路板的过孔大约引起0.6pF的电容;一个集成电路本身的封装材料引入2～6pF电容;一个线路板上的接插件，有520nH的分布电感。一个双列直插的24引脚集成电路插座，引入4～18nH的分布电感。)这些小的分布参数对于这种较低频率下的微控制器系统中是可以忽略不计的;而对高频率控制下的微控制系统必须予以特别注意。印制板按频率和电流开关特性分区，噪声元件与非噪声元件要距离再远一些。I/O驱动电路尽量靠近印刷板边，让其尽快离开印刷板。对进入印制板的信号要加滤波，从高噪声区来的信号也要加滤波，同时用串终端电阻的办法，减小信号反射。

五、元件布置要合理分区元件

在印刷线路板上排列的位置要充分考虑抗电磁干扰问题，原则之一是各部件之间的引线要尽量短。在布局上，要把模拟信号部分，高速数字电路部分，噪声源部分(如继电器，大电流开关等)这三部分合理地分开。使相互间的信号耦合为0。印刷电路板上，电源线和地线最重要。克服电磁干扰，最主要的手段就是接地。

对于双面板，地线布置特别讲究，通过采用单点接地法，电源和地是从电源的两端接到印刷线路板上来的，电源一个接点，地一个接点。印刷线路板上，要有多个返回地线，这些都会聚到回电源的那个接点上，就是所谓单点接地。

所谓模拟地、数字地、大功率器件地分开，是指布线分开，而最后都汇集到这个接地点上来。与印刷线路板以外的信号相连时，通常采用屏蔽电缆。对于高频和数字信号，屏蔽电缆两端都接地。

低频模拟信号用的屏蔽电缆，一端接地为好。对噪声和干扰非常敏感的电路或高频噪声特别严重的电路应该用金属罩屏蔽起来。

六、用好去耦电容

好的高频去耦电容可以去除高到1 GHz的高频成份。陶瓷片电容或多层陶瓷电容的高频特性较好。设计印刷线路板时，每个集成电路的电源，地之间都要加一个去耦电容。去耦电容有两个作用：一方面是本集成电路的蓄能电容，提供和吸收该集成电路开门关门瞬间的充放电能;另一方面旁路掉该器件的高频噪声。数字电路中典型的去耦电容为0.1μ F的去耦电容有5nH分布电感，它的并行共振频率大约在7MHz左右，也就是说对于10MHz以下的噪声有较好的去耦作用，对40MHz以上的噪声几乎不起作用。1 μ F，1 0μ F电容，并行共振频率在20MHz以上，去除高频率噪声的效果要好一些。在电源进入印刷板的地方和一个1 μ F或1 0 μ F的去高频电容往往是有利的，即使是用电池供电的系统也需要这种电容。

每10片左右的集成电路要加一片充放电电容，或称为蓄放电容，电容大小可选10 μ F。最好不用电解电容，电解电容是两层溥膜卷起来的，这种卷起来的结构在高频时表现为电感，最好使用胆电容或聚碳酸脂电容。