一、电路设计层面- 合理布局
- 分区规划
- 将模拟电路和数字电路分开布局,因为数字电路在工作时会产生高频噪声,容易干扰模拟电路的正常工作。例如在印制电路板(PCB)设计中,可以将模拟部分放在PCB的一侧,数字部分放在另一侧,中间设置隔离带。
- 元件摆放
- 按照信号流向摆放元件,尽量减少信号的交叉和环路面积。对于高频元件,如晶振、时钟发生器等,应尽量靠近其相关的电路模块,并且远离易受干扰的元件或线路。例如,晶振应靠近微控制器的时钟输入引脚,以减少时钟信号传输过程中的干扰。
- 接地设计
- 单点接地
- 在低频电路(通常频率低于1MHz)中,采用单点接地方式可以有效避免地环路电流产生的干扰。即将所有的接地点连接到一个公共参考点上,这样可以防止不同接地点之间由于电位差而形成地环路,地环路会像天线一样接收和发射电磁干扰。
- 多点接地
- 对于高频电路(频率高于10MHz),多点接地更为合适。高频信号的波长较短,采用多点接地可以降低接地阻抗,减少因接地电感引起的高频信号反射和干扰。例如在射频(RF)电路中,通常在PCB上设置多个接地过孔,使高频信号能够快速有效地接地。
- 接地平面
- 使用大面积的接地平面可以提高接地的可靠性和抗干扰能力。接地平面能够为信号提供低阻抗的返回路径,同时也可以起到屏蔽的作用,减少外部电磁干扰对电路的影响。在多层PCB设计中,专门设置一层为接地层是常见的做法。
- 布线策略
- 避免平行布线
- 尽量避免长距离平行布线,特别是对于高速信号和敏感信号。因为平行布线容易产生电磁耦合,导致信号之间相互干扰。如果无法避免平行布线,应增加线间距离或者采用屏蔽线。例如在差分信号布线时,虽然是平行走线,但要严格控制差分线的间距、长度匹配等参数,以减少对外界的干扰和自身受到的干扰。
- 控制布线长度
- 对于高速时钟信号和敏感的模拟信号,应尽量缩短布线长度。长的信号线会增加信号的传输延迟和衰减,同时也会增大信号对外辐射和接收干扰的可能性。例如,在设计高速CPU的时钟信号布线时,应使时钟线尽可能短,以减少时钟信号的抖动和电磁辐射。
- 采用差分信号
- 差分信号是一种抗干扰能力较强的信号传输方式。它通过发送两个大小相等、极性相反的信号,在接收端利用差分放大器来提取信号。由于差分信号对共模干扰有很强的抑制作用,所以在高速数据传输和对干扰敏感的应用中广泛使用,如USB、以太网等接口电路。
二、电路元件选择- 选择合适的芯片
- 选用具有低电磁辐射和高抗干扰能力的芯片。例如,一些微控制器具有内部的电磁兼容(EMC)优化措施,如内置的噪声抑制电路、时钟频率抖动控制等功能,可以有效减少芯片自身产生的电磁干扰并提高对外部干扰的抵抗能力。
- 使用电磁屏蔽元件
- 磁珠
- 磁珠是一种能够抑制高频噪声的元件。它等效于一个电感和一个电阻串联,在高频时呈现高阻抗,能够将高频噪声转化为热能消耗掉。在电源线上或者信号线与地之间连接磁珠,可以有效抑制高频噪声的传导。
- 共模电感
- 共模电感主要用于抑制共模干扰。共模干扰是指在两根信号线或电源线与地之间同时存在的同方向干扰信号。共模电感对共模信号呈现高阻抗,而对差模信号(正常的信号传输模式)呈现低阻抗,从而可以有效地滤除共模干扰。例如在电源输入线中,常常使用共模电感来减少来自电网的共模电磁干扰。
三、屏蔽措施- 电路屏蔽
- 使用金属屏蔽罩将整个电路或者容易产生干扰和受干扰的部分罩起来。例如,对于高精度的模拟电路模块,可以使用铜制屏蔽罩将其封闭起来,屏蔽罩接地,这样可以有效地防止外部电磁干扰进入电路内部,同时也可以阻止内部电路产生的电磁干扰向外辐射。
- 电缆屏蔽
- 对于连接电路的电缆,如果电缆传输的是敏感信号或者容易产生干扰的信号,应采用屏蔽电缆。屏蔽电缆的外层是金属屏蔽层,将其接地后,可以有效防止外界电磁干扰对电缆内信号的影响,同时也能减少电缆内信号对外界的干扰。例如在音频设备中,音频信号线常常采用屏蔽电缆来保证音质不受电磁干扰的影响。
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