单片机应用系统的抗干扰技术设计

第五章单片机应用系统的抗干扰技术设计

§5．1 干扰源

我们要进行抗干扰措施，首先就得仔细研究干扰产生的原因、途径，掌握或了解其规律后，才能有针对性地提出各种抗干 https://www.360docs.net/doc/5d15095825.html,/ 扰的理论和措施。

5.1.1干扰与噪声的区别

(1) 噪声是绝对的，它的产生或存在不受接收者的影响，是独立的，与有用信号无关。干扰是相对有用信号而言的，只有噪声达到一定数值、它和有用信号一起进入应用系统并影响其正常工作时才形成干扰。

(2) 干扰在满足一定条件时，可以消除；噪声在一般情况下，难以消除，只能减弱。

5.1.2分类

根据产生干扰的物理原因，干扰可以分为如下几种类型：机械干扰、热干扰、光干扰、湿度干扰、化学干扰、电和磁的干扰、射线辐射干扰。其中，电和磁的干扰是最为普遍和严重的干扰，下面对电磁干扰作重点论述。

电磁干扰的分类：

(1) 从噪声产生的来源分类可以分为：

○1固有噪声源固有噪声是指器件内部物理性的无规则波动所形成的噪声。○2人为噪声源人为噪声源主要是各种电气设备所产生的噪声，主要有以下

几种：1. 工频噪声，大功率输电线是典型的工频噪声源。低电平的信号线只要有一段长度与输电线平行，就会受到明显的干扰；即使一般室内的交流电源线，对输入阻抗低和灵敏度高的传感器来说也会是很大的干扰源。在传感器的内部，由于工频感应也会产生交流噪声，它所形成的干扰也不可忽视。2. 射频噪声，高频感应加热、高频焊接等工业电子设备以及广播、电视、雷达及通信设备等通过辐射或通过电源线会给附近的传感器系统带来干扰。3. 电子开关，由于电子通断的速度极快，使电路中的电压和电流发生急剧的变化，形成冲击脉冲，从而成为噪声干扰源。

○3自然噪声源和放电噪声

自然噪声主要指天电形成的放电现象。放电现象的起因不仅是天电，还有各种电

气设备所造成的，主要有：电晕放电、火花放电、放电管放电等。

(2) 从干扰的出现区域来分可分为内部干扰和外部干扰。

(3) 从干扰对电路作用的形成分类

○1差模干扰

也称为串联干扰，差模干扰进入电路后，使传感器系统 https://www.360docs.net/doc/5d15095825.html,/ 的一个信号输入端子相对于另一个信号输入端子的电位发生变化，即干扰信号与有用信号按电势源串联起来作用于输入端。因为这种干扰和有用信号叠加起来直接作

用于输入端，所以它直接影响到测量结果。 Us Rs

Z1

R1

E1Us

Rs Z1

R1I1

（a ）串联电压源形式 （b ）并联电流源形式

图5-1 差模干扰等效电路

○

2共模干扰 它是相对于公共的电位基准点，在传感器系统的两个输入端子同时出现同向干扰。它虽然不直接对测量结果造成影响，但当信号输入电路不对称时，它会转化为差模干扰，进而对测量产生影响。在实际工作中，由于共模干扰电压一般比较大，而且它的耦合机理和耦合电路不易搞清楚、排除困难，所以共模干扰对测量的影响更为严重。 Us

R1

R3R2

Un

AGND

图5-2 共模干扰等效电路

(4) 共模干扰抑制比

为了衡量传感器系统对共模干扰的抑制能力，引入共模干扰抑制比，其定义为：作用于传感器系统的共模干扰信号与这个共模干扰信号转换为差模干扰信号之比，通常以对数形式表示：

20lg cm cd

U CMRR U = (dB) (5-1) 式中，cm U ——实际的共模干扰电压；cd U ——共模干扰电压转换成的差模干扰电压。 共模干扰抑制比也可以定义为差模增益与共模增益之比，其表达式为

20lg

d m

K CMRR K = (dB) (5-2) 式中, d K ——差模增益；m K ——共模增益。

从以上定义式，可以看出共模干扰抑制比是传感器系统对共模干扰抑制能力的量度，CMRR 越大，说明抑制共模干扰的能力越强。

(5) 噪声形成干扰的三要素

噪声形成干扰必需具备三个条件，即三要素。这三要素是有噪声源、有对噪声敏感的接收电路和噪声源到接收电路之间的耦合通道。三者之间的联系如图5-3所示：

https://www.360docs.net/doc/5d15095825.html,/

图5-3 耦合通道

分析干扰问题时，要根据这三要素进行，搞清噪声源是什么，噪声的接收电路是什么以及噪声与接收电路之间是通过什么途径进行耦合的。

5.1.3 噪声的耦合方式

噪声进入电路的方式，称为耦合方式,其有多种类型，归纳起来有以下几种：

(1) 电容性耦合 它是由于两个电路之间存在寄生电容，使得一个电路

的电荷变化影响到另一个电路。

(2) 互感耦合 互感耦合又称电磁耦合。它是由于两个电路之间存在互

感，使得当一个电路的电流变化时，通过磁交链影响到另一个电路。

这种干扰耦合方式，多发生在两根导线在较长一段平行架设中，其

中动力线或强信号线成为干扰源；在传感器系统内部的线圈或变压

器漏磁也成为邻近电路的干扰源。

AGND AGND

AGND AGND Un

In

M

图5-4 互感耦合等效电路 (3) 共阻抗耦合 共阻抗耦合是由于几个电路之间有公共阻抗，当一个

电路中有电流渡过时，在公共阻抗上产生一个压降，这一压降对其

它与公共阻抗相连的电路形成干扰。这种干扰耦合形式主要产生在

下述几种情况： ○

1电源内阻抗的共阻抗耦合○2公共地线的耦合○3信号输出电路的相互干扰

(4) 漏电耦合 由于两部分电路之间绝缘不良，高电位电路通过绝缘电阻

向低电平电路漏电，这种漏电电流对低电平电路形成干扰，其等效

电路如图5-5所示：

En Rm

Zi

AGND

AGND Un

A B

图5-5 漏电耦合等效电路 (5) 传导耦合 传导耦合是指经导线检拾到噪声，再经它传输到噪声接收

电路而形成干扰的噪声耦合方式。最常见的是电源线经噪声环境，

它把交变电磁场感应到电源回路中而形成感应电势，再经这条电源噪声源 耦合 接收电路

线传送到各自进入的电子装置，形成干扰。这种干扰不易被发现且

易 https://www.360docs.net/doc/5d15095825.html,/ 被人们所忽视。

(6)辐射电磁场耦合大功率的高频电气设备，广播、电视、通信发射

台等，不断地向外发射电磁波。传感器系统若置于这种发射场中就

会感应到与发射电磁场成正比的感应电势，这种感应电势进入电路

就形成干扰。

5.1.4抑制电磁干扰的基本方法

抑制干扰的基本方法是从形成干扰的三要素出发，在噪声源、耦合通道、接收电路方面采取措施。

(1) 消除或抑制噪声源

消除或抑制噪声源是最积极主动的措施，因为它能从根本上消除或减少干扰，但在实际工作当中，消除或抑制噪声源是有一定限度的。

(2) 破坏干扰的耦合通道

干扰的耦合通道，即传递方式可分为两大类，一种是以“路”的形式，另一

种是以“场”的形式。对不同传递形式的干扰，可采用不同的对策：○1对于“路”的形式侵入的干扰，可以采用阻截或给予低阻通路的办法，使干扰不能进入接收

电路。○2对于以“场”的形式侵入的干扰，一般采用屏蔽措施并兼用“路”的抑制干扰措施，使干扰受到阻截并难以“路”的形式侵入电路。

(3) 消除接收电路对干扰的敏感性

不同的电路结构形式对干扰的敏感程度不同。一般高输入阻抗电路比低输入阻抗电路易于接收干扰；模拟电路比数字电路易于接收干扰；布局松散的电子装置比结构紧凑的易于接收干扰。为消弱电路对干扰的敏感性，可以采用滤波、选频、双绞线、对称电路和负反馈等措施。

(2)采用软件抑制干扰

对于有些已进入电路的干扰，用硬件措施又不易实现或不易奏效，可以考虑在采

用微处理器的智能传感器系统中，通过编入一定的程序进行信号处理和分析判断，达到抑制干扰的目的。

§5．2 硬件抗干扰措施

在上一节中提到，电磁干扰在所有干扰中对传感器系统或电子装置的影响最大，本节着重对其论述。常 https://www.360docs.net/doc/5d15095825.html,/ 采用的用于抑制电磁干扰的基本措施有以下几种：

5.2.1 屏蔽

利用低电阻材料或高磁导率材料制成容器，将需要防护的部分包起来，从而把电力线或磁力线的影响限定在某个范围或阻止它们进入某个范围。这种防静电或电磁感应所采取的措施称为“屏蔽”。屏蔽的目的是隔断“场”的耦合，即抑制各种场的干扰。屏蔽可分为静电屏蔽、电磁屏蔽和磁屏蔽。

(1) 静电屏蔽原理

○

1静电屏蔽原理 由静电学知道，在静电平衡状态下的导体内部，各点等电位，即导体内部无电力线，利用金属导体的这一性质，并加上接地措施，则静电场的电力线就在接地的金属导体处中断，从而直到电场隔离的作用。

○

2驱动屏蔽 上述屏蔽原理是在静电平衡条件下，才能实现安全屏蔽。如果导体A 上电荷变化较快，那么在接地线上就会有对应于电荷变化的随时间变化的电流渡过，则在导体B 外侧剩余电荷，于是在导体B 的外部空间将出现静电场和感应电磁场，因此，这时的屏蔽是不完全的。这对于要求高的场合，就不能满足要求了，这时可以考虑采用驱动屏蔽。其原理如图5-6所示。若1：1电压跟随器是理想的，即在工作中导体B 与屏蔽层C 之间的绝缘电阻为无穷大，并且等电位，那么在B 导体之外与屏蔽层内侧之间的空间无电力线，各点等电位。这说明，导体A 产生的噪声电场影响不到导体B 。这时，尽管导体B 与屏蔽层C 之间有寄生电容存在，但是因为B 与C 等电位，故此寄生电容也不起作用。因此，驱动屏蔽能有效地抑制通过寄生电容的耦合干扰。 1

23

UA 74F126Z1AGND C

AGND

A En

B

C

图5-6 驱动屏蔽

（2）电磁屏蔽 电磁屏蔽主要用来防止高频电磁场的影响，对于低频电磁场干扰的屏蔽效果是不明显的。电磁屏蔽是采用导电良好的金属材料做成屏蔽层，利用高频电磁场对金属屏蔽层的作用，在屏蔽金属内产生电涡流，由涡流主生的磁场抵消或减弱干扰磁场的影响，从而达到屏蔽的目的。

(3) 低频磁屏蔽 低频磁屏蔽主要用于防止低频磁场的干扰。它是采用高导磁材料作屏蔽层，使低频干扰磁通限制在磁阻很小的磁屏蔽层的内部，防止其干扰作用。

5.2.2 接地 https://www.360docs.net/doc/5d15095825.html,/

(一)接地的目的与作用

○

1保证人身和设备安全的需要○2抑制干扰的需要。良好、正确的接地，可以消除或降低各种形式的干扰，从而保证传感器系统、电子设备或控制系统可靠而稳定地工作。通过接地给干扰电压以低阻通路，以防止对电子设备形成干扰；消除各电路电流流经一公共地线阻抗所产生的噪声电压，即共阻抗干扰；避免磁场或地电位差的影响，使其不形成地环路。

(二)地线的种类

根据设计的目的，地线可分为两大类，即实际地和虚地。实际地就是大地；虚地是不接大地的地，是作为信号的参考点，以建立系统的基准电位。在传感器系统、电子设备或控制系统中，就形成了各种各样的地线：保安地线 信号源地线 信号地线（包括模拟信号地和数字信号地两种）负载地线 屏蔽层地线（机壳地线）

(三)各种地线的处理原则

对于各种不同的地线，在实际的系统中怎样处理才合理，下面提出一些处理原则：

（1）低频电路的一点接地原则 所谓低频电路的“一点接地，就是把多个接地点用导线把它们汇集到一点，再从这点接地。采用一点接地，可以有效地克服地电位差的影响和共用地线的共阻抗引起的干扰；

（2）高频电路的多点接地原则 对于高频电路，地线上顺具有电感而示增加了地线阻抗，同时各地线间又产生互感耦合。当地线长度等于1/4波长的奇数倍时，地线阻抗就会变得很高，这时地线变成了天线，而向外辐射噪声。为了防止辐射干扰，地线长度应小于信号波长的1/20，这时也同时降低了地线阻抗，在这种情况下，可采用一点接地。如果地线长度超过信号波长的1/20，则应采用多点接地；

（3）强电地线与信号地线分开设置 所谓强电地线，主要是指电源地线、大功率负载地线等，它上边流过的电流大，在地线电阻上会产生几级电压降。若这种地线与信号地线共用，就会产生很强的干扰，因此，信号地线与它分别设置；

（4）模拟信号地线与数字信号地分开设置 数字信号一般比较强，而且是交变的脉冲，流过它的地线 https://www.360docs.net/doc/5d15095825.html,/ 电流也呈脉冲。模拟信号比较弱。如果两种信号共用一条地线，数字信号就会通过地线电阻对模拟信号构成干扰，故这两种地线应分开设置。

(四)接地方法常有：埋设铜板、接地棒、网状地线。

5.2.3 浮置

它指的是电子设备的输入信号放大器公共线不接机壳或大地，测量放大器与机壳或大地之间无直流联系。浮置的目的在于阻断干扰电流的通路。

5.2.4 对称电路

对称电路又称平衡电路。它是指双线电路中的两根导线与连接到这两根导线的所有电路，对地或对其它导线的结构对称，且对应的阻抗相等。对称电路有抑制干扰的能力，实际的电路很难做到完全对称。这时，电路抑制噪声的能力取决于电路的对称程度。在不对称电路中，为使传输导线在传递信号过程中所检拾的噪声不对电路造成干扰，可通过采用两个变压器把信号传输线变成对称电路。

5.2.5 隔离技术

在采用两点以上接地的检测或控制系统中，为了抑制地电位差所形成的干扰，运用隔离技术切断地环路电流是十分有效的方法。这种方法主要用于信号隔离和电源隔离。从原理上，可分为电磁隔离和光电隔离。

(1) 电磁隔离 这种方法是在两个电路间加一个隔离变压器。 隔离变压器

AGND AGND AGND 电网微机电源微机

图5-7 电源隔离

(2) 光电隔离这种方法是在两个电路间加入一个光电耦合器。光电耦合器是由发光二极管和光电三极管组成。电路Ⅰ的信号加到发光二极管上，使发光二极管发光，它的光强正比于电路1输出的信号电流；这个光被光电三极管接收，再产生正比于光强的电流输送到电路Ⅱ由于光电耦合器的线性范围有限，它用于数字信号传输更有利。

U1

OPT OISO1U2

OPT OISO1

检测信号微机被控对象

图5-8 微机控制系统隔离

(3) 隔离放大器隔离放大器又称隔离器，其输入电路、输出电路和电源没有直接的耦合。隔离放大器主要用于要求共模干扰抑制比高的模拟电信号的传递过程中。

5.2.6 滤波 https://www.360docs.net/doc/5d15095825.html,/

滤波是一种只允许某一频带信号通过或只阻止某一频带信号通过的抑制干扰措施之一。滤波方式有无源滤波、有源滤波，它主要应用于信号滤波和电源滤波。在前面章节3.3.2---(三)滤波电路中有较为详细的介绍。

§5.3 单片机系统软件抗干扰方法

在提高硬件系统抗干扰能力的同时，软件抗干扰以其设计灵活、节省硬件资源、可靠性好而越来越受到重视。下面以MCS-51单片机系统为例，对微机系统软件抗干扰方法进行阐述。

5.3.1软件抗干扰方法的研究

在工程实践中，软件抗干扰研究的内容主要是：一、消除模拟输入信号的噪声 (如数字滤波技术)；二、程序运行混乱时使程序重入正轨的方法。本文针对后者提出了几种有效的软件抗干扰方法：

1. 指令冗余

CPU取指令过程是先取操作码，再取操作数。当PC受干扰出现错误，程序便脱离正常轨道“乱飞”，当乱飞到某双字节指令，若取指令时刻落在操作数上，误将操作数当作操作码，程序将出错。若“飞”到了三字节指令，出错机率更大。

在关键地方人为插入一些单字节指令，或将有效单字节指令重写称为指令冗余。通常是在双字节指令和三字节指令后插入两个字节以上的NOP。这样即使乱飞程序飞到操作数上，由于空操作指令NOP的存在，避免了后而的指令被当作操作数执行，程序自动纳入正轨。此外，对系统流向起重要作用的指令如LCALL、LJMP、JC等指令之前插入两条NOP，也可将乱飞程序纳入正轨，确保这些重要指令的执行。

2. 拦截技术

所谓拦截，是指将乱飞的程序引向指定位置，再进行出错处理。通常用软件陷阱来拦截乱飞的程序。因此先要合理设计陷阱，其次要将陷阱安排在适当的位置。

(1) 软件陷阱的设计

当乱飞程序进入非程序区，冗余指令便无法起作用。通过软件陷阱，拦截乱飞程序，将其引向指定位置，再进行出错处理。软件陷阱是指用来将捕获的乱飞

程序引向复位入口地址0OOOH的 https://www.360docs.net/doc/5d15095825.html,/88yulecheng/指令。通常在EPROM 中非程序区填入以下指令作为软件陷阱： https://www.360docs.net/doc/5d15095825.html,/88yulecheng/ NOP By-gnksguybb

NOP

LJMP，OOOOH

其机器码为00000200000

(2) 陷阱的安排

通常在程序中未使用的EPROM空间填00000200000最后一条应填入020000，当乱飞程序落到此区，即可自动入轨。在用户程序区各模块之间的空余单元也可填入陷阱指令。

当使用的中断因干扰而开放时，在对应的中断服务程序中设置软件陷阱，能及时捕获错误的中断。如某应用系统虽未用到外部中断1，外部中断1的中断服务程序可为如下形式：

NOP

NOP

RETI

返回指令可用“RETI”，也可用“LJMP OOOOH"。如果故障诊断程序与系统自恢复程序的设计可靠、完善，用“LJMP OOOOH”作返回指令可直接进入故障诊断程序，尽早地处理故障，恢复程序的运行。

考虑到程序存贮器的容量，软件陷阱一般1K空间有2-3个就可以进行有效拦截。

3. 软件“看门狗”技术

若失控的程序进入“死循环”，通常采用“看门狗”技术使程序脱离“死循环”。通过不断检测程序循环运行时间，若发现程序循环时间超过最大循环运行时间，则认为系统陷入“死循环”，需进行出错处理。

“看门狗”技术可由硬件实现，也可由软件实现。在工业应用中，严重的干扰有时会破坏中断方式控制字，关闭中断。则系统无法定时“喂狗”，硬件看门狗电路失效。而软件看门狗可有效地解决这类问题。

在实际应用中，采用环形中断监视系统。用定时器TO监视定时器T1，用定时器T1监视主程序，主程序监视定时器TO。采用这种环形结构的软件“看门狗”具有良好的抗干扰性能，大大提高了系统可靠性。对于需经常使用T1定时器进行串口通讯的测控系统，则定时器T1不能进行中断，可改由串口中断进行监控(如果用的是MCS-52系列单片机，也可用T2代替T1进行监视)。

这种软件“看门狗”监视原理是：主程序、TO中断服务程序、T1中断服务程序中各设一运行观测变量，假设为MWatch, TOWatch:、T1Watch，主程序每循环一次，MWatch加1，同样T0、T1中断服务程序执行一次，TOWatch、1Watch 加1。

在TO中断服务程序中通过检测T1Watch的变化情况判定T1运行是否正常，在T1中断服务程序中检测MWatch的变化情况判定主程序是否正常运行，在主程序中通过检测TOWatch的变化情况判别TO是否正常土作。若检测到某观测变量变化不正常，比如应当加1而未加1，则转到出错处理程序作排除故障处理。

当然，对主程序最大循环周期、定时器TO和T1定时子周期应以全盘合理考虑。

5.3.2 系统故障处理、自恢复程序的设计

单片机系统因干扰复位或掉电后复位均属非正常复位，应进行故障诊断，自动恢复非正常复位前的状态。

1. 非正常复位的识别

程序的执行总是从OOOOH开始，导致程序从OOOOH开始执行有四种可能：一、系统开机上电复位；二、软件故障复位；三、看门狗超时未喂狗硬件复位；四、任务正在执行中掉电后来电复位。四种情况中除第一种情况外均属非正常复位，需加以识别。

(1)硬件复位与软件复位的识别

此处硬件复位指开机复位与看门狗复位，硬件复位对寄存器有影响，如复位后PC-OOOOH,SP=07H, PSW=OOH等。而软件复位则对SP, SPW无影响。故对于微机测控系统，当程序正常运行时，将SP设置地址大于07H，或者将PSW的第5位用户标志位在系统正常运行时设为1。那么系统复位时只需检测PSW. 4标志位或SP值便可判此是否硬件复位。

此外，由于硬件复位时片内RAM状态是随机的，而软件复位片内RAM则可保持复位前状态，因此可选取片内某一个或两个单元作为上电标志。设40H用来做上电标志，上电标志字为78H，若系统复位后40H单元内容不等于78H，则认为是硬件复位，否则认为是软件复位，转向出错处理。若用两个单元作上电标志，则这种判别方法的可靠性更高。

(2)开机复位与看门狗故障复位的识别

开机复位与看门狗故障复位因同属硬件复位，所以要想予以正确识别，一般要借助非易失性RAM或者ROM。当系统正常运行时，设置一可掉电保护的观测单元。当系统正常运行时，在定时喂狗的中断服务程序中使该观测单元保持正常值(设为:AAH)，而在主程中将该单元清零，因观测单元掉电可保护，则开机时通过检测该单元是否为正常值可判断是否为看门狗复位。

(3) 正常开机复位与非正常开机复位的识别

识别测控系统中因意外情况如系统掉电等情况引起的开机复位与正常开机复位，对于过程控制系统尤为重要。如某以时间为控制标准的测控系统，完成一次测控任务需1小时。在已执行测控50分钟的情况下，系统电压异常引起复位，此时若系统复位后又从头开始进行测控则会造成不必要的时间消耗。因此可通过一监测单元对当前系统的运行状态、系统时间予以监控，将控制过程分解为若干步或若干时间段，每执行完一步或每运行一个时间段则对监测单元置为关机允许值，不同的任务或任务的小同阶段有不同的值，若系统正在进行测控任务或正在执某时间段，则将监测单元置为非正常关机值。那么系统复位后可据此单元判别系统原来的运行状态，跳到出错处理程序中恢复系统原运行状态。

2. 非正常复位后系统自恢复运行的程序设计

对顺序要求严格的一些过程控制系统，当系统非正常复位时，一般都要求从失控的那一个模块或任务恢复运行。所以测控系统要作好重要数据单元、参数的备份，如系统运行状态、系统的进程值、当前输入输出的值、当前时钟值、观测单元值等，这些数据既要定时备份，同时若有修改也应立即予以备份。

当在已判别出系统处于非正常复位的情况下，先要恢复一些必要的系统数据，如显示模块的初始化、片外扩展芯片的初始化等；其次再对测控系统的系统状态、运行参数等予以恢复，包括显示界而等的恢复；之后再把复位前的任务、参数、运行时间等恢复，再进入系统运行状态。

应当说明的是，真实地恢复系统的运行状态需要极为细致地对系统的重要数

据予以备份，并加以数据可靠性检杳，以保证恢复的数据的可靠性。

其次，对多任务、多进程测控系统，数据的恢复需考虑恢复的次序问题，恢复系统基木数据是指取出备份的数据覆盖当前的系统数据。系统基本初始化是指对芯片、显示、输入输出方式等进行初始化，要注意输入输出的初始化不应造成误动作。而复位前任务的初始化是指任务的执行状态、运行时间等。

对于软件抗干扰的一些其它常用方法如数字滤波、RAM数据保护与纠错等，限于篇幅，本文未作讨论。在工程实践中通常都是几种抗干扰方法组合用，互相补充、完善，才能取得较好的抗干扰效果。从根本上来说，硬件抗干扰是主动的，而软件抗干扰是被动的。细致周到地分析干扰源，硬件与软件抗干扰相结合，完善系统监控程序，设计一稳定可靠的单片机系统是完全可行的。

第六章 PCB设计

印制电路板(PCB)是电子产品中电路元件和器件的支撑件，它提供电路元件和器件之间的电气连接。随着电子技术的飞速发展，PCB的密度(集成度)越来越高。PCB设计的好坏对抗干扰能力影响很大，因此，在进行PCB设计时，必须遵守PCB设计的一般原则，并应符合抗干扰设计的要求。

§6.1 PCB设计的一般原则

要使电子电路获得最佳性能，元器件的布局及导线的布设是很重要的。为了设计质量好、造价低的PCB，应遵循以下一般原则：

6.1.1 布局

1. 首先，要考虑PCB尺寸大小。PCB尺寸过大时，印制线条长，阻抗增加，抗噪声能力下降，成本也增加；过小，则散热不好，且邻近线条易受干扰。在确定PCB尺寸后，再确定特殊元件的位置。最后，根据电路的功能单元，对电路的全部元器件进行布局。

2. 在确定特殊元件的位置时要遵守以下原则：

(1)尽可能缩短高频元器件之间的连线，设法减少它们的分布参数和相互间的电磁干扰。易受干扰的元器件不能相互挨得太近，输入和输出元件应尽量远离。

(2)某些元器件或导线之间可能有较高的电位差，应加大它们之间的距离，以免放电引出意外短路。带高电压的元器件应尽量布置在调试时手不易触及的地方。

(3)重量超过15g的元器件，应当用支架加以固定，然后焊接。那些又大又重、发热量多的元器件，不宜装在印制板上，而应装在整机的机箱底板上，且应考虑散热问题。热敏元件应远离发热元件。

(4)对于电位器、可调电感线圈、可变电容器、微动开关等可调元件的布局应考虑整机的结构要求。若是机内调节，应放在印制板上方便于调节的地方；若是机外调节，其位置要与调节旋钮在机箱面板上的位置相适应。

(5)应留出印制扳定位孔及固定支架所占用的位置。

3. 根据电路的功能单元，对电路的全部元器件进行布局时，要符合以下原则：

(1)按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置，使布局便于信号流通，并使信号尽可能保持一致的方向。

(2)以每个功能电路的核心元件为中心，围绕它来进行布局。元器件应均匀、整齐、紧凑地排列在PCB上，尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接。

(3)在高频下工作的电路，要考虑元器件之间的分布参数。一般电路应尽可能使元器件平行排列。这样，不但美观，而且装焊容易，易于批量生产。

(4)位于电路板边缘的元器件，离电路板边缘一般不小于2mm。电路板的最佳形状为矩形。长宽比为3：2成4：3。电路板面尺寸大于200x150mm时．应考虑电路板所受的机械强度。

6.1.2 布线

布线的原则如下：

(1)输入输出端用的导线应尽量避免相邻平行。最好加线间地线，以免发生反馈藕合。

(2)印制导线的最小宽度主要由导线与绝缘基扳间的粘附强度和流过它们的电流值决定。

当铜箔厚度为0.05mm、宽度为1-15mm时,通过2A的电流，温度不会高于3℃，因此导线宽度为1.5mm可满足要求。对于集成电路，尤其是数字电路，通常选0.02-0.3mm导线宽度。当然，只要允许，还是尽可能用宽线,尤其是电源线和地线。

导线的最小间距主要由最坏情况下的线间绝缘电阻和击穿电压决定。对于集成电路，尤其是数字电路，只要工艺允许，可使间距小至5-8mm。

(3)印制导线拐弯处一般取圆弧形，而直角或夹角在高频电路中会影响电气性能。此外，尽量避免使用大面积铜箔，否则，长时间受热时，易发生铜箔膨胀和脱落现象。必须用大面积铜箔时，最好用栅格状，这样有利于排除铜箔与基板间粘合剂受热产生的挥发性气体。

6.1.3焊盘

焊盘中心孔要比器件引线直径稍大一些，焊盘太大易形成虚焊。焊盘外径D 一般不小于(d+1.2)mm，其中d为引线孔径。对高密度的数字电路，焊盘最小直径可取(d+1.0)mm。

§6.2 PCB及电路抗干扰措施

印制电路板的抗干扰设计与具体电路有着密切的关系，这里仅就PCB抗干扰设计的几项常用措施做一些说明。

6.2.1电源线设计

根据印制线路板电流的大小，尽量加粗电源线宽度，减少环路电阻。同时使电源线、地线的走向和数据传递的方向一致，这样有助于增强抗噪声能力。

6.2.2地线设计

地线设计的原则是；

(1)数字地与模拟地分开。若线路板上既有逻辑电路又有线性电路，应使它们尽量分开。低频电路的地应尽量采用单点并联接地，实际布线有困难时可部分

串联后再并联接地。高频电路宜采用多点串联接地，地线应短而租，高频元件周围尽量用栅格状大面积地箔。

(2)接地线应尽量加粗。若接地线用很细的线条，则接地电位随电流的变化而变化，使抗噪性能降低。因此应将接地线加粗，使它能通过三倍于印制板上的允许电流。如有可能，接地线应在2-3mm以上。

(3)接地线构成闭环路。只由数字电路组成的印制板，其接地电路布成团环路大多能提高抗噪声能力。

6.2.3退藕电容配置

PCB设计的常规做法之一是在印制板的各个关键部位配置适当的退藕电容。退藕电容的一般配置原则是：

(1)电源输入端跨接10-100uf的电解电容器。如有可能，接100uF以上的更好。

(2)原则上每个集成电路芯片都应布置一个0.01pF的瓷片电容，如遇印制板空隙不够，可每4-8个芯片布置一个1-10pF的胆电容。

(3)对于抗噪能力弱、关断时电源变化大的器件，如RAM、ROM存储器件，应在芯片的电源线和地线之间直接接入退藕电容。

(4)电容引线不能太长，尤其是高频旁路电容不能有引线。此外，还应注意以下两点：

○1在印制板中有接触器、继电器、按钮等元件时。操作它们时均会产生较

大火花放电，必须采用附图所示的RC电路来吸收放电电流。一般R取1-2K，C 取2.2-47UF。

○2CMOS的输入阻抗很高，且易受感应，因此在使用时对不用端要接地或接

正电源。经常使用排阻做为上拉或下拉。排阻的公共端接电源或地线，在实际使用过程中发现，如果排阻值较大则通过公共端耦合引起误动作。排阻值较小则增加系统功耗。结论：排阻阻值要慎选，公共端接线或电源线要粗，最好有退耦电容。