海上通信设备印制电路板防干扰设计.pdf

海上通信设备印制电路板防干扰设计郭庆元邢功张天新徐曾强41海上通信设备印制电路板防干扰设计郭庆元邢功张天新徐曾强（北海航海保障中心天津通信中心天津3300456)摘要：针对海上通信产品印刷电路板防干扰问题，文章详细地总结了印制电路板的设计和发信机电路设计的注意事项，解决了困扰海上通信多年的通信干扰问题。关键词：印制电路板（PCB）0引言随着微电子技术的迅速发展和微电子产品的大量应用，信息化社会的电子产品越来越趋向高速、宽带、高灵敏度、高密集度和小型化，这种趋势对海上通信设备印制电路板（PCB）的技术要求也越来越高，要求最大限度地提高元器件的装配密度。印制电路板的设计将走向小尺寸的孔径、线宽、间距和焊盘，力求在有限面积内布设完产品的电子线路。这一走向，不但导致了表面组装技术的形成和发展，并引起元器件微型化的重大变革，也导致印制电路板干扰问题更加严重。因此，PCB海上防干扰是目前困扰海上通信多年并待解决的技术难题。随着电子工业的发展，尤其是各种半导体集成器件的广泛应用，使电子器件的安装和接线问题越来越复杂，海上通信设备传统的手工布线和接线工艺已经变得无法适应。电子元器件和机电部件都有电接点，为了实现它们的电气连通，必须用导体将两个接点连接起来。互连的方法主要有两类，即立体互连与平面互连。平面互连也叫印制电路板互连，就是在绝缘基板上用印制手段制出导线图形，构成电气互连的线路。印制电路板的问世，可以说大大加速了现代电子工艺技术的发展进程。在目前的电子设备中，印制电路板互连占有主要地位，印制电路板组件已成为电子工业的一个极其重要的基本部件。海上通信发信机印制电路板不但完成互连，而且为电子元器件和机电部件提供了必要的机械支撑。印制电路板具有统一性和互换性，简化了装配收稿日期：2 0 2 3-0 3-16作者简介：郭庆元（19 6 6），男，天津市人，工程师，现从事航海保障与调研工作。）立体互连平面互连过程，缩短了生产周期，便于自动化生产，对于批量生产的电子设备，其优点尤为突出。1海上通信发信机印制电路板上的干扰1.1发信机PCB中带状线、电线、电缆间的串音印制电路板带状线、电线、电缆间的串音是PCB线路中存在的最难克服的问题之一。这里所说的串音是较广意义上的串音，电磁干扰问题主要就是串音，不管其源是有用信号还是噪声，串音用导6线的电容和互感来表示。1.2发信机数字PCB的电磁辐射干扰计算机等电子设备的电路一般都是由数字PCB实现的。在很多情况下，数字PCB产生的辐射问题要比模拟PCB更为严重。影响PCB电磁辐射的因素主要是PCB的结构和激励因素。PCB的结构不同，其辐射效果也不相同，传输带的长度、回路面积、地线走向、整体布局等都会影响到辐射的效果。除结构因素外，激励因素，如幅值、周期、脉冲宽度、上升与下降时间、频率等，也是影响辐射效果的重要因素。因此，消除辐射干扰最有效的方法是采用屏蔽，即屏蔽干扰源或敏感电路。此外，还可以通过改变电路设计来提高系统的抗干扰能力。2海上通信发信机印制电路板防干扰设计2.1印制电路板的设计印制电路板的设计是根据设计人员的意图，将电原理图转换成印制板图、确定加工技术要求的过程。印制电路板是所有精密电路设计中往往容易忽略的一种部件。如果印制电路板设计得当，它将具有减少干扰和提高抗干扰度的优点。如果印制电路板设计不当，将使载有小功率、高精确度、快速逻辑、或连接到高阻抗终端的一些导线受到寄生阻抗或介质吸收的影响，致使印制电路板发生干扰问42题。发信机印制电路板设计的主要内容是电路设计和结构设计。2.2发信机电路设计发信机电路设计是由电路设计人员提供原理图、逻辑图、元件表、成品技术要求。在设计电子线路时，考虑比较多的是产品的实际性能，而不会太多考虑产品的电磁兼容特性和电磁干扰的抑制以及电磁抗干扰特性。用这样的电路原理图进行PCB的排板时为达到防干扰的目的，必须采取必要的电路措施，即在其电路原理图的基础上增加必要的附加电路，以提高电子设备的防干扰性能。实际PCB设计中可采用以下电路措施。1）可用在PCB走线上串接一个电阻的办法，降低控制信号线上下沿的跳变速率；2）尽量为继电器等提供某种形式的阻尼（高频电容、反向二极管等）；3）对进入印制板的信号要加滤波，从高噪声区到低噪声区的信号也要加滤波，同时用串联终端电阻的办法，减小信号反射；4）MC U 无用端要通过相应的匹配电阻接电源或接地，或定义成输出端，集成电路上应该接电源或地的端都要接，不要悬空；5）闲置不用的门电路输入端不要悬空，而是通过相应的匹配电阻接电源或接地，闲置不用的正输入端接地，负输入端接输出端；6）为每个集成电路设一个高频去耦电容，每个电解电容边上都要加一个小的高频旁路电容；7）用大容量的钼电容或聚酯电容而不用电解电容作电路板上的充放电储能电容，使用管状电容时，外壳要接地；8）对输入和按键采用电平检测（而非边沿检测）；9）使用前沿速率尽可能慢且平滑的数字信号（不超过失真极限）；10）在PCB样板上，允许对信号边沿速度或带宽进行控制（例如，在驱动端使用软铁氧化磁珠或串联电阻）；11）降低负载电容，以使靠近输出端的集电极开路驱动器便于上拉，电阻值尽量大；12）处理器散热片与芯片之间通过导热材料隔离，并在处理器周围多点射频接地；13）电源的高质量射频旁路在每个电源管脚都天津航海2 0 2 3年第2 期是重要的；14）高质量电源监视电路需对电源中断、跌落、浪涌和瞬态干扰有抵抗能力；15）需要一只高质量的监视器，决不能在监视器或电源监视电路上使用可编程器件。电源监视电路及监视器也需适当的电路和软件技术，以适应大多数的不测情况，这取决于产品的临界状态；16）当逻辑信号沿的上升、下降时间比信号在PCB走线中传输一个来回的时间短时，应采用传输线技术；17）时钟电路通常是最主要的发射器，其PCB轨线是最关键的一点，要做好元件的布局，从而使时钟走线最短，同时保证时钟线在PCB的一面但不通过孔。当一个时钟必须经过一段长长的路径到达许多负载时，可以在负载旁边安装一时钟缓冲器，这样，长轨线中的电流就小很多了。这里，相对的失真并非重要。长轨线中的时钟沿应尽量圆滑，甚至可用正弦波，然后由负载的时钟缓冲器加以整形。2.3结构设计的主要内容主要内容是印制导线设计。结构可分为3个阶段，即决定印制板的尺寸、形状、材料、外部连接和安装方法；布设导线和元件，确定印制导线的宽度、间距和焊盘的直径和孔径；制备照相底图。印制电路板设计通常有两种方式，一种是人工设计；另一种是计算机辅助设计。在着手设计印制电路板时，设计人员应依据有关规则和原理、推荐标准、指导性技术文件进行设计。技术文件中说明了一系列电路板尺寸、层数、元件尺寸、坐标网格的间距、制作印制电路板图形的工艺等。3结束语目前，国内用于海上通信设备的单面印制板生产已达到一个较高的技术水平，不少厂家已具备生产线宽（间距）0.3mm的制造能力。由于集成电路集成度的提高，48 根引线的电路已开始普遍使用。发信机单面板的主要技术特性也达到世界先进水平。双面和多层印制电路板的生产技术获得了很大的发展。随着数控钻床、化学沉铜、电镀生产线的引进和高效沉铜电镀液的使用，金属化孔的可靠性大大提高，生产厂家还采用了先进的计算机辅助设计系统，使海上通信更畅通，更稳定，让海上通信进入新水平。