中心議題：
從電子系統(tǒng)電磁兼容性角度出發(fā)，詳細(xì)地?cái)⑹隽穗p面印制電路板上的元器件的布局、供電線(xiàn)路和信號(hào)線(xiàn)信號(hào)線(xiàn)路的布線(xiàn)原則；并對(duì)雙面印制板" title="雙面印制板">雙面印制板的自動(dòng)布線(xiàn)進(jìn)行討論。
印制電路板(簡(jiǎn)稱(chēng)印制板)是電子應(yīng)用系統(tǒng)中元器件、電源線(xiàn)和信號(hào)線(xiàn)的高度集合體。印制板設(shè)計(jì)的好壞對(duì)其系統(tǒng)的電磁兼容性的能力有很大的影響，因此印制板的設(shè)計(jì)決不單是元器件與線(xiàn)路的簡(jiǎn)單布局、排布，只要有意識(shí)加強(qiáng)電磁兼容性設(shè)計(jì)，才能使其系統(tǒng)的抗干擾能力增強(qiáng)，穩(wěn)定性提高。
對(duì)于常用的單片機(jī)系統(tǒng)，時(shí)鐘頻率一般在4～12 MHz，其余的集成電路多為74HC和74LS系列，若采用單面的印制板，很難滿(mǎn)足需要，采用多層的，代價(jià)又太大，所以大多采用雙面印制板。使用雙面印制板時(shí)，只要充分地考慮了電磁兼容性問(wèn)題，是可以滿(mǎn)足應(yīng)用方面要求的。
當(dāng)然，單片機(jī)系統(tǒng)的電磁兼容性所涉及的問(wèn)題是方方面面的。本文只就雙面印制板面上單元電路(或元器件)的布局、線(xiàn)路的布置等與電磁兼容性相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)要地分析，并相應(yīng)地給出具體措施。
1 印制板上單元電路的布局
雙面印制板上各種單元電路的相互位置，直接影響系統(tǒng)的電磁兼容性。因此對(duì)將要使用單元電路的進(jìn)行甄別就顯得很重要。根據(jù)單元電路在使用中對(duì)電磁兼容性的敏感程度的不同進(jìn)行分組。分組的目的是為了按組對(duì)印制板區(qū)間進(jìn)行分割，讓同組元器件放在一起，以便于在空間上保證各組間的元器件不產(chǎn)生相互干擾。一般按工作速度快慢或電源電壓的等級(jí)進(jìn)行分組。
1.1按工作速度的快慢分組布局
單元電路工作頻率越高，速度就越快，信號(hào)的頻譜也就越豐富；高頻分量比例越大，對(duì)外干擾也就越強(qiáng)。可根據(jù)單元電路的工作頻率分為高速電路(如微處理器)，中速電路(如顯示處理)，低速電路(如接口)和模擬電路(如模擬信號(hào)放大器)。多種速度電路在印制板上的布局一般如圖1所示。
1.2按工作電源電壓的等級(jí)分組布局
一般說(shuō)來(lái)電源電壓不同，電路的種類(lèi)往往不同。例如，數(shù)字電路用5v的較多，模擬電路中運(yùn)算放大器等用12v、15v較多；若用同種電源電壓的電路中仍有數(shù)字與模擬元器件之分，還可以再分組。不同的電源電壓的等級(jí)布局如圖2所示。
注意：不能將電源電壓等級(jí)不同的元器件交叉重疊，以防止相互串?dāng)_。其元器件分布的合理性如圖3所示。
2 地線(xiàn)和電源線(xiàn)的布置
從解決電磁兼容性著眼，印制板上的線(xiàn)，以地線(xiàn)最為重要，所以對(duì)雙面印制板來(lái)說(shuō)地線(xiàn)要布置得特別合理。
2.1采用分類(lèi)的地線(xiàn)
地線(xiàn)分類(lèi)是根據(jù)不同的電源電壓、數(shù)字與模擬、高速與低速和大電流與小電流等分別設(shè)置地線(xiàn)。分類(lèi)設(shè)地的目的是為了防止其地線(xiàn)阻抗耦合干擾。雙面印制板用軌線(xiàn)作地線(xiàn)，即使軌線(xiàn)較寬，電感量也不能忽略，高頻電流通過(guò)時(shí)仍有可觀的電壓降，所以一般采用分地方法。所謂的分地，就是在布線(xiàn)時(shí)分開(kāi)，而最后都匯集到直流電源的一點(diǎn)地上。
2.2采用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的地線(xiàn)
對(duì)于同類(lèi)單元電路(或元器件)提高電磁兼容性效果的有效方法是采用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)地線(xiàn)如圖4所示。圖中實(shí)線(xiàn)為正面軌線(xiàn)，虛線(xiàn)為反面軌線(xiàn)，實(shí)線(xiàn)與虛線(xiàn)相互垂直，交叉點(diǎn)處由金屬化孔連接。這樣電流可以就近回流。圖4中的垂直地線(xiàn)可能給正面布線(xiàn)造成一定困難，可用小型母線(xiàn)來(lái)替代，并與電源供電線(xiàn)連結(jié)起來(lái)如圖5所示。圖中垂直的寬線(xiàn)條代表小型電流母線(xiàn)，可以裝卸，便于調(diào)度。
2.3供電線(xiàn)應(yīng)與地線(xiàn)配合布置
應(yīng)從兩個(gè)方面入手，一是盡可能減少供電線(xiàn)路的特性阻抗；二是減小供電回路面積。
雙面印制板的供電線(xiàn)路是由軌線(xiàn)組成的，為減小供電用軌線(xiàn)對(duì)的特性阻抗，供電軌線(xiàn)和地軌線(xiàn)應(yīng)盡可能地寬，并且利用正反面使它們相互平行靠近，若可能的話(huà)相互放置對(duì)應(yīng)面，使供電環(huán)路面積減小到最低程度。不同的供電環(huán)路不要相互重疊，以便于減小電磁的干擾。
2.4退耦電容的配置
雙面板上采用軌線(xiàn)對(duì)供電，除了注意軌線(xiàn)對(duì)的走線(xiàn)方式，同時(shí)應(yīng)在每片集成電路旁加容量為0.01～0.10 uF的高頻去耦電容，還應(yīng)在印制板連接的電源軌線(xiàn)對(duì)引入處加一個(gè)高頻去耦電容和一個(gè)容量1～10 uF的低頻濾波電容，以進(jìn)一步提高電源去耦濾波的低頻特性。
3 信號(hào)線(xiàn)的布置
3.1 不相容的信號(hào)應(yīng)相互隔離
高頻與低頻、電流大與電流小、數(shù)字與模擬信號(hào)是不相容的。在考慮了不相容元器件的位置后，在信號(hào)線(xiàn)的布置上仍應(yīng)該注意它們之間的隔離，以免相互之間產(chǎn)生耦合干擾。一般可采取以下措施：
(1)不相容的信號(hào)線(xiàn)應(yīng)相互遠(yuǎn)離，不要平行；分布在正反兩面的信號(hào)線(xiàn)應(yīng)相互垂直。以減少線(xiàn)間的電場(chǎng)和磁場(chǎng)的耦合干擾。
(2)高速信號(hào)線(xiàn)尤其是時(shí)鐘線(xiàn)應(yīng)盡可能地短，必要時(shí)可在高速信號(hào)線(xiàn)的兩邊加隔離地線(xiàn)。
(3)作為單元電路的輸入、輸出的信號(hào)線(xiàn)應(yīng)布置在各自區(qū)域，不要交叉。
3.2盡量減小信號(hào)環(huán)路的面積
減小信號(hào)環(huán)路面積，減少環(huán)路的重疊，對(duì)于大電流環(huán)路抗串?dāng)_尤為重要。在雙面板上，信號(hào)線(xiàn)及其回流線(xiàn)應(yīng)該緊靠一起布置，最好每條信號(hào)線(xiàn)都有自己的回流線(xiàn)，尤其是直流放大器，否則容易給電路造成干擾。
4 其它電磁兼容性措施
4.1 走線(xiàn)形狀不要有纏結(jié)和分支或硬拐角。因?yàn)槟菢涌赡軙?huì)破壞導(dǎo)線(xiàn)特性阻抗的一致性或?qū)е路瓷浜彤a(chǎn)生諧波或局部高電壓引起放電現(xiàn)象。一般優(yōu)先選用和避免采用的印制導(dǎo)線(xiàn)形狀，如圖6所示。
4.2在敏感元器件接線(xiàn)端頭和印制板的邊框用地、環(huán)保護(hù)起來(lái)，如圖7所示。注意保護(hù)環(huán)不能充當(dāng)電流回線(xiàn)，只能單點(diǎn)接地。
4.3不要在印制板上留下空白的銅皮層。因?yàn)樗鼈兗瓤赡艹洚?dāng)發(fā)射天線(xiàn)，也可能充當(dāng)接收天線(xiàn)，必須將它們接地。
4.4 I/O驅(qū)動(dòng)電路盡可能靠近印制板邊，讓它們盡快地離開(kāi)印制板。
4.5 閑置不用的門(mén)電路輸入、輸出不要懸空；閑置不用的運(yùn)算放大器同相輸入端要接地，反相輸入端接其輸出。
5 有選擇地使用自動(dòng)布線(xiàn)
印制板布線(xiàn)大多采用布線(xiàn)軟件來(lái)進(jìn)行自動(dòng)布線(xiàn)，這是造成印制板電磁兼容性能力下降的主要原因。自動(dòng)布線(xiàn)軟件事先根據(jù)人為規(guī)定方法進(jìn)行布線(xiàn)，其布線(xiàn)的原則大多數(shù)都是充分利用印制板的面積資源，目前尚未見(jiàn)到有判斷識(shí)別相鄰件或線(xiàn)相容性能力的自動(dòng)布線(xiàn)軟件。由于雙面印制板的可用面積資源有限，所以設(shè)計(jì)者應(yīng)謹(jǐn)慎使用自動(dòng)布線(xiàn)，親自參與一部分布線(xiàn)工作。一般手工操作的有：印制板區(qū)域的分割(元器件的布置)；地線(xiàn)與供電線(xiàn)的布置；高速信號(hào)線(xiàn)的布置(可首批自動(dòng)布線(xiàn))；敏感器件的線(xiàn)及線(xiàn)端保護(hù)等。
6 結(jié)束語(yǔ)
本文從實(shí)用的角度討論了雙面印制電路設(shè)計(jì)中的電磁兼容性技術(shù)。根據(jù)我們多年在單片機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)中的經(jīng)驗(yàn)，力求從實(shí)用的角度出發(fā)，給出了雙面印制板設(shè)計(jì)中的一些相應(yīng)抗干擾措施。