單片機系統設計的誤區與對策

4 誤區之四:PCB布線要橫平豎直
提起PCB布線,許多工程技術人員都知道一個傳統的經驗:正面橫向走線、反面縱向走線,橫平豎直,既美觀又短捷;還有個傳統經驗是:只要空間允許,走線越粗越好。可以明確地說,這些經驗在注重EMC的今天已經過時。
要使單片機系統有良好的EMC性能,PCB設計十分關鍵。一個具有良好的EMC性能的PCB,必須按高頻電路來設計——這是反傳統的。單片機系統按高頻電路來設計PCB的理由在于:盡管單片機系統大部分電路的工作頻率并不高,但是EMI的頻率是高的,EMC測試的模擬干擾頻率也是高的[5]。要有效抑制 EMI,順利通過EMC測試,PCB的設計必須考慮高頻電路的特點。PCB按高頻電路設計的要點是:
(1)要有良好的地線層。良好的地線層處處等電位,不會產生共模電阻偶合,也不會經地線形成環流產生天線效應;良好的地線層能使EMI以最短的路徑進入地線而消失。建立良好的地線層最好的方法是采用多層板,一層專門用作線地層;如果只能用雙面板,應當盡量從正面走線,反面用作地線層,不得已才從反面過線。
(2)保持足夠的距離。對于可能出現有害耦合或幅射的兩根線或兩組或要保持足夠的距離,如濾波器的輸入與輸出、光偶的輸入與輸出、交流電源線與弱信號線等。
(3)長線加低通濾波器。走線盡量短捷,不得已走的長線應當在合理的位置插入C、RC或LC低通濾波器。
(4)除了地線,能用細線的不要用粗線。因為PCB上的每一根走線既是有用信號的載體,又是接收幅射干擾的干線,走線越長、越粗,天線效應越強。
5 誤區之五:IC芯片的封裝形式不影響性能
眾所周知,IC芯片的封裝貼片式和雙列直插式之分。一般認為:貼片式和雙列直插式的區別主要是體積不同和焊接方法不同,對系統性能影響不大。其實不然。
前面說到,PCB上每一根走線都存在天線效應。現在要說,PCB上的每一個元件也存在天線效應,元件的導電部分越大,天線效應越強。所以,同一型號芯片,封裝尺寸小的比封裝尺寸大的天線效應弱。這就解釋了許多工程師已經注意到的一個現象:同一裝置,采用貼片元件比采用雙列直插元件更易通過EMC測試。
此外,天線效應還跟每個芯片的工作電流環路有關。要削弱天線效應,除了減小封裝尺寸,還應盡量減小工作電流環路尺寸、降低工作頻率和di/dt。留意最新型號的IC芯片(尤其是單片)的管腳布局會發現:它們大多拋棄了傳統方式——左下角為GND右上角為 VCC,而將VCC和GND安排在相鄰位置,就是為了減小工作電流環路尺寸。
實際上,不僅是IC芯片,電阻、電容封裝也與EMC有關。用0805封裝比1206封裝有更好的EMC性能,用0603封裝又比0805封裝有更好的EMC性能。目前國際上流行的是0603封裝。
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