印制板的电磁兼容设计+Multisim对原理图仿真(7)
2.4 去耦、滤波、隔离设计
(1) 去耦、滤波、隔离是实现硬件抗干扰最常用的三大措施。
(2) 在设计PCB时，经常需要在每个集成电路的电源和地之间要接一个去耦电容，关于去耦电容在2.1器件的选择中已经介绍，通常每个集成电路芯片都应布置一个0.01μF的陶瓷电容，如果PCB空间有限，至少4~8个集成电路芯片要加一个1~10μF的钽电容。对于RAM、ROM等这些抗噪能力弱、关断时电源变化大的器件，应在电源线和地线之间接入高频去耦电容[9]。
(3) 滤波是指各类信号按频率特性进行分类并控制它们的方向。常用的滤波器有低通、高通、带通、带阻四种类型。低通滤波器用在接入的交流电源线上，目的是传输低频信号，将高频噪声导入大地，其配置指标是插入损耗，如果插入损耗过低起不到噪声的抑制作用，而过高则会导致“漏电”，影响系统的人身安全性。其他滤波器应根据系统中对信号的处理要求进行选择。
(4) 典型的信号隔离是光电隔离。使用光电隔离器件将集成电路的输入输出隔离开，一方面使干扰信号不会进入电路系统，另一方面电路系统本身的噪声也不会以任何传导的方式传播出去[10]。屏蔽则是用来隔离空间辐射的，对开关电源之类的噪声特别大的部件，要用金属盒罩起来，以减少噪声源对系统的干扰。对于高灵敏度的弱信号放大电路之类的模拟电路，因为特别害怕干扰，所以可屏蔽起来。特别要注意的事，金属屏蔽本身必须要接真正的地。
上面根据电磁兼容的相关知识，对在PCB设计中电磁兼容的考虑提出一些改进方案，这些方案的合理性将在下面进行实例分析验证。
3. PCB电磁兼容实例分析
下面选择三点式自激振荡电路和正弦波为例，分别从原理图设计阶段和PCB设计阶段考虑，对前面所提出的部分优化措施的合理性进行验证。
3.1 三点式自激振荡电路
本电路从原理图设计阶段考虑，对印制板的电磁兼容性能进行优化。
首先是一个三点式自激振荡电路的例子，振荡频率为1MHz。对它的原始电路进行仿真，原理图如图9所示。
图9 振荡电路原理图(原始)
仿真结果见下图10。
图10 原始电路仿真波形
可以看出，由于干扰因素的存在，振荡电路波形有着较为明显的失真。现在分别采用前面提出的增加旁路与隔直电容去耦合的方案、采用就近多点接地减弱高频电路中地线阻抗去干扰的方案进行仿真。
(1) 在输入端加旁路电容与隔直电容
优化后的原理图如图11所示。
图11 优化原理图(1)
仿真结果见下图12。
图12 优化原理图(1)仿真波形
与原始电路仿真结果对比，很容易发现振荡曲线变得平滑了许多，说明在输入端加旁路电容与隔直电容去耦合的方案是有效的。增加旁路电容能够降低从元器件电源地引脚转移出无用的共模射频能量，通过产生交流旁路来消除无用能量，从而降低元器件的电磁干扰分量，同时还能起到滤波的作用。
(2) 采用多点接地
采用多点接地优化后的原理图如图13所示。
图13 优化原理图(2)
仿真结果见下图14。
图14 优化原理图(2)仿真波形
从仿真结果来看，与原始电路仿真波形相比，多点接地后，波形也有明显好转，说明多点接地的措施对解决电磁兼容问题也是有效的。高频电路中，采用多点就近接地有利于使地线尽可能短，减小地线的阻抗，减弱干扰的发生。
3.2 正弦波发生电路
下面以正弦波发生电路为例，从PCB设计阶段考虑，对前面提出的PCB布局、布线、接地方式、滤波、屏蔽这些优化方案进行实例分析。