1、電路抗干擾技術(shù)電路抗干擾技術(shù) 主講人：楊學(xué)友主講人：楊學(xué)友 教授教授 第九章第九章 電路抗干擾技術(shù)電路抗干擾技術(shù) 本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容： 1.電路板布局電路板布局 2.電路板布線電路板布線 3.幾個(gè)等效模型幾個(gè)等效模型 4.高頻信號(hào)布線高頻信號(hào)布線 9.1電路板的布局 目的：保證每個(gè)不同的功能塊互不干擾。目的：保證每個(gè)不同的功能塊互不干擾。 主要電路模塊：數(shù)字部分（單片機(jī)及其主要電路模塊：數(shù)字部分（單片機(jī)及其 他數(shù)字器件）；模擬部分（模擬信號(hào)采他數(shù)字器件）；模擬部分（模擬信號(hào)采 集及放大部分）；大功率部分（電機(jī)驅(qū)集及放大部分）；大功率部分（電機(jī)驅(qū) 動(dòng)等大電流部分）。動(dòng)等大電流部分）。 原則

2、：功能相同部分盡量放在一起。原則：功能相同部分盡量放在一起。 三種混合電路的布局三種混合電路的布局 布局模型布局模型 功 率 放 大 部 分 數(shù) 字 電 路 部 分 模 擬 電 路 部 分 電源線 地線 電源 入口 優(yōu)點(diǎn)及改進(jìn)優(yōu)點(diǎn)及改進(jìn) 優(yōu)點(diǎn)：電路互相隔離，功率部分優(yōu)點(diǎn)：電路互相隔離，功率部分 電流最大，靠近電源。電流最大，靠近電源。 改進(jìn)：每個(gè)模塊都有獨(dú)立的電源改進(jìn)：每個(gè)模塊都有獨(dú)立的電源 和地線。隔離最徹底。和地線。隔離最徹底。 9.2 9.2 電路板的布線電路板的布線 電源部分：這是電路中最重要的電源部分：這是電路中最重要的 部分，一個(gè)穩(wěn)定的電源電路是這部分，一個(gè)穩(wěn)定的電源電路是這 個(gè)電

3、路穩(wěn)定工作的基礎(chǔ)。個(gè)電路穩(wěn)定工作的基礎(chǔ)。 關(guān)于電源入口的處理：最好加上關(guān)于電源入口的處理：最好加上 一個(gè)濾波電路。（包括高頻（開(kāi)一個(gè)濾波電路。（包括高頻（開(kāi) 關(guān)電源）和低頻（關(guān)電源）和低頻（50hz工頻）工頻） 幾種濾波電路幾種濾波電路 型濾波電路：電容型濾波電路：電容-電感電感-電容電容 其他其他 一階低通濾波電路：包括電解電一階低通濾波電路：包括電解電 容、容、0.1u電容濾波。電容濾波。 低通濾波：頻率響應(yīng)。低通濾波：頻率響應(yīng)。 電源線和地線的寬度電源線和地線的寬度 原則：原則：1A電流至少需要電流至少需要1mm寬的電源線。寬的電源線。 地線盡量寬，保證地電阻最小。一般在地線盡量寬，保證

4、地電阻最小。一般在 電路板中需要電路板中需要PLACE PLOGEN。 去藕電容和旁路電容的概念去藕電容和旁路電容的概念 去藕電容：藕表示去藕電容：藕表示2個(gè)對(duì)象的連接。去藕個(gè)對(duì)象的連接。去藕 電容就是在電容就是在2個(gè)相互連接對(duì)象之間所加的個(gè)相互連接對(duì)象之間所加的 電容。比如集成塊電壓入口處所加的電電容。比如集成塊電壓入口處所加的電 容。容。 旁路電容：一般來(lái)說(shuō)是濾去信號(hào)中某一旁路電容：一般來(lái)說(shuō)是濾去信號(hào)中某一 些頻率分量所加的電容。旁路的些頻率分量所加的電容。旁路的“路路” 一般是指電源的一般是指電源的“地地”部分。部分。 旁路電容的來(lái)源 旁路電容不是理論概念，而是一個(gè)經(jīng)常使用的旁路電容不是

5、理論概念，而是一個(gè)經(jīng)常使用的 實(shí)用方法，在實(shí)用方法，在50 - 60年代，這個(gè)詞也就有它年代，這個(gè)詞也就有它 特有的含義，現(xiàn)在已不多用。電子管或者晶體特有的含義，現(xiàn)在已不多用。電子管或者晶體 管是需要偏置的，就是決定工作點(diǎn)的直流供電管是需要偏置的，就是決定工作點(diǎn)的直流供電 條件。例如電子管的柵極相對(duì)于陰極往往要求條件。例如電子管的柵極相對(duì)于陰極往往要求 加有負(fù)壓，為了在一個(gè)直流電源下工作，就在加有負(fù)壓，為了在一個(gè)直流電源下工作，就在 陰極對(duì)地串接一個(gè)電阻，利用板流形成陰極的陰極對(duì)地串接一個(gè)電阻，利用板流形成陰極的 對(duì)地正電位，而柵極直流接地，這種偏置技術(shù)對(duì)地正電位，而柵極直流接地，這種偏置技術(shù)

6、 叫做叫做“自偏自偏”，但是對(duì)（交流）信號(hào)而言，這，但是對(duì)（交流）信號(hào)而言，這 同時(shí)又是一個(gè)負(fù)反饋，為了消除這個(gè)影響，就同時(shí)又是一個(gè)負(fù)反饋，為了消除這個(gè)影響，就 在這個(gè)電阻上并聯(lián)一個(gè)足夠大的點(diǎn)容，這就叫在這個(gè)電阻上并聯(lián)一個(gè)足夠大的點(diǎn)容，這就叫 旁路電容。旁路電容。 去藕電容和旁路電容去藕電容和旁路電容 1）電源部分去藕電容：在進(jìn)入每個(gè)芯片時(shí)，）電源部分去藕電容：在進(jìn)入每個(gè)芯片時(shí)， 一般在電源和地部分加上一個(gè)去藕電容。一般在電源和地部分加上一個(gè)去藕電容。 2個(gè)作用：個(gè)作用： a）防止電源部分的干擾進(jìn)入芯片）防止電源部分的干擾進(jìn)入芯片 b）防止芯片產(chǎn)生的干擾影響電源）防止芯片產(chǎn)生的干擾影響電源 2

7、）旁路電容：一般是為了去掉某種頻率分）旁路電容：一般是為了去掉某種頻率分 量。量。 3）去藕電容和旁路電容的擺放位置。）去藕電容和旁路電容的擺放位置。 去藕、旁路位置去藕、旁路位置 9.39.3幾種元件的等效模型幾種元件的等效模型 電容的等效模型：電解電容有較強(qiáng)的電電容的等效模型：電解電容有較強(qiáng)的電 感特性感特性 電解電容的解釋電解電容的解釋 低頻特性：組成的低通濾波電路可以濾去一定范圍內(nèi)低頻特性：組成的低通濾波電路可以濾去一定范圍內(nèi) 的高頻的高頻 高頻特性：當(dāng)頻率上升到一定階段后，高頻部分不衰高頻特性：當(dāng)頻率上升到一定階段后，高頻部分不衰 減。減。 改進(jìn)：后續(xù)最好加一個(gè)包括改進(jìn)：后續(xù)最好加一

8、個(gè)包括0.1u的磁片等電容的低通的磁片等電容的低通 濾波濾波 電感的等效模型電感的等效模型 模型：模型： 驗(yàn)證電路驗(yàn)證電路 理想電感低通濾波響應(yīng) 實(shí)際電容低通濾波響應(yīng) 4.4.高頻數(shù)字電路布線高頻數(shù)字電路布線 4.1 基本概念基本概念 1）高頻信號(hào)：當(dāng)信號(hào)頻率大于）高頻信號(hào)：當(dāng)信號(hào)頻率大于100M時(shí)或者信時(shí)或者信 號(hào)的上升沿很小，比如號(hào)的上升沿很小，比如100ps,都可理解為高頻都可理解為高頻 信號(hào)信號(hào) 2）信號(hào)完整性）信號(hào)完整性SI（Signal Integrity）：指信）：指信 號(hào)線上的信號(hào)質(zhì)量，主要問(wèn)題包括反射、振鈴、號(hào)線上的信號(hào)質(zhì)量，主要問(wèn)題包括反射、振鈴、 地彈、串?dāng)_等。反射和振鈴

9、是由傳輸介質(zhì)的不地彈、串?dāng)_等。反射和振鈴是由傳輸介質(zhì)的不 匹配造成；地彈是由多個(gè)匹配造成；地彈是由多個(gè)IO口同時(shí)變化引起地口同時(shí)變化引起地 平面的瞬時(shí)毛刺；串?dāng)_是由平面的瞬時(shí)毛刺；串?dāng)_是由2個(gè)（或多個(gè)）信個(gè)（或多個(gè)）信 號(hào)相互干擾引起（比如一個(gè)信號(hào)回路面積較大號(hào)相互干擾引起（比如一個(gè)信號(hào)回路面積較大 引起天線效應(yīng)）。引起天線效應(yīng)）。 3）傳輸線理論及模型：當(dāng)傳輸信號(hào)的信號(hào)傳輸線理論及模型：當(dāng)傳輸信號(hào)的信號(hào) 線的長(zhǎng)度大于該信號(hào)波長(zhǎng)（工程上取波線的長(zhǎng)度大于該信號(hào)波長(zhǎng)（工程上取波 長(zhǎng)的長(zhǎng)的1/20）時(shí)，此信號(hào)線就是傳輸線。）時(shí)，此信號(hào)線就是傳輸線。 傳輸線模型如下圖（傳輸線模型如下圖（R3是匹配電阻

10、）：是匹配電阻）： 4）特征阻抗（匹配電阻）：信號(hào)線上某一點(diǎn)上）特征阻抗（匹配電阻）：信號(hào)線上某一點(diǎn)上 瞬時(shí)電壓和瞬時(shí)電流的比值，傳輸線模型的瞬時(shí)電壓和瞬時(shí)電流的比值，傳輸線模型的R L C是單位長(zhǎng)度上的度量。反映在是單位長(zhǎng)度上的度量。反映在PCB電路板電路板 就是就是TRACK的特性。只要分布參數(shù)恒定，特的特性。只要分布參數(shù)恒定，特 種阻抗固定。公式如下：種阻抗固定。公式如下： Z0 = SQRT（L0 / C0） 5）信號(hào)線延遲：信號(hào)從源端經(jīng)過(guò)導(dǎo)體到達(dá)終端）信號(hào)線延遲：信號(hào)從源端經(jīng)過(guò)導(dǎo)體到達(dá)終端 的時(shí)間。的時(shí)間。 T0 = SQRT（L0*C0） V = C / SQRT(E) c：光速：

11、光速 E：電介率：電介率 T = S / V S:信號(hào)線長(zhǎng)度信號(hào)線長(zhǎng)度 4.2 高速電路設(shè)計(jì)技術(shù)高速電路設(shè)計(jì)技術(shù) 理論分析理論分析 RLC串聯(lián)電路集總模型：將分布參數(shù)集串聯(lián)電路集總模型：將分布參數(shù)集 中可以方便分析。中可以方便分析。 RLC電路的階躍信號(hào)響應(yīng)：電路的階躍信號(hào)響應(yīng)： 1）欠阻尼：）欠阻尼：R太小太小(反射和振鈴反射和振鈴) 2）過(guò)阻尼：）過(guò)阻尼：R太大（反射）太大（反射） 3）臨界：）臨界： R=sqrt（L/C） 1.端接技術(shù)：端接技術(shù)： 短傳輸線：當(dāng)最小數(shù)字脈寬大于傳輸線的短傳輸線：當(dāng)最小數(shù)字脈寬大于傳輸線的 延遲，稱(chēng)為短傳輸線；長(zhǎng)傳輸線反之。延遲，稱(chēng)為短傳輸線；長(zhǎng)傳輸線反之

12、。 短傳輸線：使用源端匹配短傳輸線：使用源端匹配 短傳輸線：使用終端匹配短傳輸線：使用終端匹配 信號(hào)線長(zhǎng)度的計(jì)算：信號(hào)線長(zhǎng)度的計(jì)算： 如果要求信號(hào)上升沿的長(zhǎng)度不能如果要求信號(hào)上升沿的長(zhǎng)度不能 大于大于2ns 則由公式則由公式 v = C/sqrt(E) ,E=4.5左右，左右， 則則v等于等于1.5 x 108 m/s ， 2x1.5x0.1=30cm * 對(duì)于百兆信號(hào)，小于對(duì)于百兆信號(hào)，小于1ns，則信號(hào)線，則信號(hào)線 長(zhǎng)度不能大于長(zhǎng)度不能大于15cm，并且按照長(zhǎng)短，并且按照長(zhǎng)短 傳輸線進(jìn)行相應(yīng)的端接匹配。傳輸線進(jìn)行相應(yīng)的端接匹配。 關(guān)于總線等長(zhǎng)分析關(guān)于總線等長(zhǎng)分析 高速總線等長(zhǎng)：比如對(duì)于船舶

13、項(xiàng)目高速總線等長(zhǎng)：比如對(duì)于船舶項(xiàng)目DSP 數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線D015，由于上升沿很小，要求，由于上升沿很小，要求 數(shù)據(jù)線等長(zhǎng)，即要求這數(shù)據(jù)線等長(zhǎng)，即要求這16根線必須同時(shí)根線必須同時(shí) 滿足信號(hào)建立時(shí)間要求。設(shè)建立時(shí)間為滿足信號(hào)建立時(shí)間要求。設(shè)建立時(shí)間為 1ns，且信號(hào)輸出時(shí)上升沿為，且信號(hào)輸出時(shí)上升沿為0.5ns，則，則 這這16根線必須小于根線必須小于15cm。 PCI電路板時(shí)鐘線：一般是走蛇形線，是電路板時(shí)鐘線：一般是走蛇形線，是 為了時(shí)鐘的延遲時(shí)間是個(gè)定值。為了時(shí)鐘的延遲時(shí)間是個(gè)定值。 4.3 4.3 信號(hào)互擾分析及解決信號(hào)互擾分析及解決 電流環(huán)（天線）理論：當(dāng)一個(gè)信號(hào)的電流回路電流環(huán)（天線）理論：當(dāng)一個(gè)信號(hào)的電流回路 比較大時(shí)，就形成天線，容易被其他信號(hào)干擾。比較大時(shí)，就形成天線，容易被其他信號(hào)干擾