摘要：近年，越来越多的人开始认识到印制板电路设计的重要性，即使电路原理图和试验板试验正确，而印制板电路设计不当，也会对设计的产品的性能产生不利影响。因此，在设计印制板电路时，不仅要考虑到印制电路板的合理布局、布线和焊盘，更要考虑到设计中的抗干扰和可靠性措施。
关键词：印制电路板；抗干扰设计；措施
PCB设计及制作技术的发展直接带动着大规模集成电路产业的发展，而集成电路在各行业领域的应用也日趋宽泛，因此PCB设计中的噪声抑制问题也变得越来越重要，特别是在军工、航空航天等对产品要求极为严苛的领域，PCB板上的噪声问题如果没有得到妥善解决可能会带来严重的后果。
1 PCB设计的干扰种类
PCB设计在干扰问题中的研究逐渐深入并取得了一些成果。印制电路板产生的干扰主要有三个方面的内容，首先是布局类干扰问题，这一问题主要是由于印制电路板中元件的放置位置的不合理而造成印制电路板产生干扰问题，其次是板层类干扰的问题，这类问题主要指的是由于印制电路板的设置不科学现象的存在，从而产生的噪声干扰的问题，最后是走线类干扰问题，这一问题主要是由于印制电路板的信号线以及电源线和地线之间的线距离设置或者线宽度设置的不合理导致，或者是印制电路板布线方法不适当所产生的。根据PCB使用过程中所产生的干扰类型，可以分别使用布局规则、分层对策和走线规则抑制等具体的措施对干扰问题进行有效抑制和解决，从而削弱或者消除印制电路板所受到的干扰，使得设计逐渐符合电磁兼容性的要求。
2 PCB设计的一般原则
要使电子电路获得最佳性能，元器件的布局及导线的布设是很重要的。为了设计质量好、造价低的PCB板，应遵循以下一般原则：
2.1布局：
首先要考虑PCB尺寸大小。PCB尺寸过大时，印制线条长，阻抗增加，抗噪声能力下降，成本也增加；过小，则散热不好，且邻近线条易受干扰。
在确定PCB尺寸后.再确定特殊元件的位置。对于特殊元件的位置要遵守以下原则：
（1）尽可能缩短高频元器件之间的连线，设法减少它们的分布参数和相互间的电磁干扰。易受干扰的元器件不能相互挨得太近，输入和输出元件应尽量远离。
（2）某些元器件或导线之间可能有较高的电位差，应加大它们之间的距离，以免放电引出意外短路。
（3）重量超过15g的元器件、应当用支架加以固定，然后焊接。那些又大又重、发热量多的元器件，不宜装在印制板上，而应装在整机的机箱底板上，且应考虑散热问题。
（4）对于电位器、可调电感线圈、可变电容器、微动开关等可调元件的布局应考虑整机的结构要求。
（5）应留出印制板定位孔及固定支架所占用的位置。根据电路的功能单元。
最后，根据电路的功能单元，对电路的全部元器件进行布局。对电路的全部元器件进行布局时，要符合以下原则：
（1）按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置，使布局便于信号流通，并使信号尽可能保持一致的方向。
（2）每个功能电路的核心元件为中心，围绕它来进行布局。
（3）高频下工作的电路，要考虑元器件之间的分布参数。一般电路应尽可能使元器件平行排列。这样，不但美观，而且装焊容易，易于批量生产。
（4）位于电路板边缘的元器件，离电路板边缘一般不小于2mm。
2.2布线
布线的原则如下：
（1）输入输出端用的导线应尽量避免相邻平行，最好加线接地线，以免发生反馈耦合。
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（2）印制摄导线的最小宽度主要由导线与绝缘基板间的粘附强度和流过它们的电流值决定。当铜箔厚度为0.05mm、宽度为1～15mm时，通过2A的电流，温度不会高于3℃，因此，导线宽度为1.5mm可满足要求。
（3）印制导线拐弯处一般取圆弧形，而直角或夹角在高频电路中会影响电气性能。此外，尽量避免使用大面积铜箔，否则，长时间受热时，易发生铜箔膨胀和脱落现象。
2.3焊盘
焊盘中心孔要比器件引线直径稍大一些。焊盘太大易形成虚焊。
焊盘外径D一般不小于(d+1.2)mm，其中d为引线孔径。对高密度的数字电路，焊盘最小直径可取(d+1.0)mm。
3 PCB干扰问题的抑制对策
3.1布局类干扰问题的抑制对策
印制电路板的布局首先需要根据信号的流动合理设置印制电路板中的每个功能模块的电路位置，同时尽量确保信号走向保持一致。在印制电路板的位置布局中，一般的将其中心设置为模块电路的核心元件。对印制电路板中的各个元器件间的走线，尤其是高频器件之间的引线进行必要的缩短。其次是在印制电路板集成热敏元件和芯片等部件的处理上，需要和发热元件保持比较远的距离。结合PCB板上的元器件的具体位置，合理确定连接器的位置，一般将连接器放置在PCB板的同一边，避免电缆从印制电路板两侧引出的情况，从而减小共模电流辐射。敏感元器件不能够太近，输入和输出元件应与其保持足够的距离。最后是尽量确保印制电路板中的驱动器和连接器位置接近，避免信号的长距离走线现象。
3.2板层类干扰问题的抑制对策
为了解决印制电路板中板层类干扰问题，需要对印制电路板的设计信息、信号的密集程度、电源以及地（GND）需求加以考虑，从而确定电路合理的电源设计和布线层数。采取的分层对策是否合理将直接影响GND层、电源层的瞬态电压和信号的电磁场屏蔽效果。一般情况下，如果是多层板（两层以上），则此时信号层需设计紧挨电源层或GND层，电源层和GND层应相邻且间距尽可能短。如果是单层板或双层板，则需要关注的就是电源线和信号线的设计。为了保证电源电流的回路面积足够小，通常电源线和GND平行设计且紧邻。对于单层板，一般在重要的信号线两边布下安全地线，防止信号线之间的串扰，减小信号回路面积。对于双层板也可以这么做，或者保证在重要信号的投射面上的GND层足够大。值得注意的是，这种单双板设计并不适用于数字（digital）电路或数模电路，主要是由于没有参考平面，导致平行走线现象和辐射增强。
如果PCB设计预算比较充足，可以使用多层板。此时的设计应注意以下几点：1）全局时钟线（CLK）或总线等具有高敏感度或强辐射的信号线，一般设置在与GND层紧邻的信号层或两个GND层之间。这样做的目的是减小信号回路面积，削弱辐射强度，提高板子的抗干扰性。2）高频信号线一般不设置在顶层或底层，从而减小其对外部的传导辐射。3）电源层的设计应相比于邻层内部缩进5-20H（介质厚度单位），目的是为了减弱边缘辐射。
3.3走线类干扰问题的抑制对策
进行PCB设计时，为了减少走线类干扰，应遵循以下几个原则：1）避免走线走直角（90度），通常以135度角或者圆弧走线代替。2）导线设置宁宽勿长，目的是导线阻抗。3）为了减少平行串扰，一般避免输入导线和输出导线的平行走线，或在二者中间穿插布置GND线。4）尽量减小导线走线回路，尤其是有电流经过时，目的是减小栽流回路的对外辐射。5）设置keysignal（关键信号），包括分流隔离和保护路线信号。6）在相同层的布线布局中，应确保相邻线（尤其是信号线）的物理隔离，防止串扰和噪声耦合现象。7）电源线宽度尽量大，一般设置最少25mil（线宽单位），减小环路电阻，且走线方向应与信号走线一致。8）三层以上电路板设计时，应设置独立的电源层，尽量做到各功能模块的独立供电。以上提到的是PCB布线时应遵循的基本原则，此外还需根据电路板具体情况，结合实现功能进行不同情况的细致布线。
4结语
综上所述，硬件的可靠性是设备的复杂性函数，为了消除一些特殊的、小概率的干扰，就要采用特殊的、更复杂的硬件抗干扰电路。过多地采用硬件抗干扰措施会明显提高产品的常规成本，且硬件数量的增加还会产生新的干扰，导致系统的可靠性下降。所以，应根据设计条件和目标要求，合理采用一些硬件抗干扰措施，提高系统的抗干扰能力。
参考文献
[1]凌林玉.印制电路板的抗干扰性设计[J].电子测试，2017，09：93-94.
[2]林义.浅议印制电路板的抗干扰设计[J].科技创新导报，2014，30：62.
论文作者:刘铮
论文发表刊物:《基层建设》2018年第29期
论文发表时间:2018/12/12
标签：电路板论文; 干扰论文; 电路论文; 导线论文; 元器件论文; 抗干扰论文; 布局论文; 《基层建设》2018年第29期论文;