元器件布局及印制电路板布线技术

开关电源的辐射骚扰与电流通路中的电流大小、通路的环路面积、以及电流频率的平方的乘积成正比,即辐射骚扰E∝IAf2。运用这一关系的前提是通路尺寸远小于频率的波长。

  上述关系式表明减小通路面积是减小辐射骚扰的关键,即是说开关电源的元器件彼此要紧密排列。在初级电路中,要求输入端电容、晶体管和变压器彼此靠近,且布线紧凑;在次级电路中,要求二极管、变压器和输出端电容彼此贴近。

  在设计印制电路板时,应尽量将相互关联的元器件摆放在一起,以避免因元器件离的太远而造成印制线过长所带来的干扰;再者将输入信号和输出信号尽量放置在引线端口附近,以避免因耦合路径而产生的干扰。在印制板上,将正负载流导线分别紧靠布在印制板的两面,并设法使之保持平行,因为平行紧靠的正负载流导体所产生的外部磁场是趋向于相互抵消的。实践证明,印制板的元器件布置和布线设计对开关电源EMC性能有极大的影响,在高频开关电源中,由于印制板上既有电平为±5V~±15V的小信号控制线,又有高压电源母线,同时还有一些高频功率开关、磁性元件,如何在印制板有限的空间内合理地安排元器件位置,将直接影响到电路中各元器件自身的抗干扰性和电路工作的可靠性。另外,切忌两条印制信号线平行走线。如果平行走线无法避免,可通过以下方法来补救:

  1)在两条信号线之间加一条地线,以起屏蔽作用;

  2)尽量拉开两条平行信号线之间的距离,以降低两线之间电磁场的影响;

  3)使两条平行的信号线流过的电流方向相反。布线间的电磁耦合是通过电场和磁场进行的,因此在布线时,应注意对电场与磁场耦合的抑制。对电场的抑制方法有:

  1)尽量增大线间距离,使电容耦合为最小;

  2)采用静电屏蔽,屏蔽层要接地;

  3)降低敏感线路的输入阻抗。


  对磁场的抑制方法有:

  1)减小骚扰源和敏感电路的环路面积;

  2)增大线间距离,使耦合骚扰源与敏感电路间的互感尽可能地小;

  3)最好使骚扰源与敏感电路呈直角布线,以便大大降低线路间耦合。

  另外,通过分析印制导线的特性阻抗,来选取印制导线的放置方式、长度、宽度以及布局方式。单根导线的特性阻抗由直流电阻R和自感L组成,印制线l越短,直流电阻R就越小;同时增加印制线的宽度和厚度也可降低直流电阻R。印制线长度l越短,自感L就越小,而且增加印制线的宽度b也可降低自感L。而多根印制线的特性阻抗除由直流电阻R和自感L组成外,还有互感M的影响,互感M除受印制线的长度和宽度影响外,印制线之间距离也起着重要的作用,增大两线的间距可减少互感。针对以上现象,在设计印制电路板时,应尽量降低电源线和地线的阻抗,因为电源线、地线和其它印制线都有电感,当电源电流变化较大时,将会产生较大的压降,而地线压降是形成公共阻抗干扰的重要因素,所以应尽量缩短地线,也可尽量加粗电源线和地线线条。在双面印制板设计中,除尽可能地加粗电源线和地线线条之外,还应在地线和电源线之间安装高频特性好的去耦电容。


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