關于濾波

濾波技術是抑制干擾的一種有效措施，尤其是在對付開關電源EMI信號的傳導干擾和某些輻射干擾方面，具有明顯的效果。

任何電源線上傳導干擾信號，均可用差模和共模干擾信號來表示。

差模干擾在兩導線之間傳輸，屬于對稱性干擾；共模干擾在導線與地（機殼）之間傳輸，屬于非對稱性干擾。在一般情況下，差模干擾幅度小、頻率低、所造成的干擾較小，共模干擾幅度大、頻率高，還可以通過導線產生輻射，所造成的干擾較大。因此，欲削弱傳導干擾，把EMI信號控制在有關EMC標準規定的極限電平以下。除抑制干擾源以外，最有效的方法就是在開關源輸入和輸出電路中加裝EMI濾波器。一般設備的工作頻率約為10～50 kHz。EMC很多標準規定的傳導干擾電平的極限值都是從10 kHz算起。對開關電源產生的高頻段EMI信號，只要選擇相應的去耦電路或網絡結構較為簡單的EMI濾波器，就不難滿足符合EMC標準的濾波效果。

1 .1瞬態干擾

是指交流電網上出現的浪涌電壓、振鈴電壓、火花放電等瞬間干擾信號，其特點是作用時間極短，但電壓幅度高、瞬態能量大。瞬態干擾會造成單片開關電源輸出電壓的波動；當瞬態電壓疊加在整流濾波后的直流輸入電壓ＶＩ上，使ＶＩ超過內部功率開關管的漏－源擊穿電壓Ｖ（ＢＲ）ＤＳ時，還會損壞ＴＯＰＳｗｉｔｃｈ芯片，因此必須采用抑制措施。通常，靜電放電（ESD）和電快速瞬變脈沖群（EFT）對數字電路的危害甚于其對模擬電路的影響。靜電放電在5 — 200MHz的頻率范圍內產生強烈的射頻輻射。此輻射能量的峰值經常出現在35MHz — 45MHz之間發生自激振蕩。許多I/O電纜的諧振頻率也通常在這個頻率范圍內，結果，電纜中便串入了大量的靜電放電輻射能量。當電纜暴露在4 — 8kV靜電放電環境中時，I/O電纜終端負載上可以測量到的感應電壓可達到600V。這個電壓遠遠超出了典型數字的門限電壓值0.4V。典型的感應脈沖持續時間大約為400納秒。將I/O電纜屏蔽起來，且將其兩端接地，使內部信號引線全部處于屏蔽層內，可以將干擾減小60 — 70dB，負載上的感應電壓只有0.3V或更低。電快速瞬變脈沖群也產生相當強的輻射發射，從而耦合到電纜和機殼線路。電源線濾波器可以對電源進行保護。線 — 地之間的共模電容是抑制這種瞬態干擾的有效器件，它使干擾旁路到機殼，而遠離內部電路。當這個電容的容量受到泄漏電流的限制而不能太大時，共模扼流圈必須提供更大的保護作用。這通常要求使用專門的帶中心抽頭的共模扼流圈，中心抽頭通過一只電容（容量由泄漏電流決定）連接到機殼。共模扼流圈通常繞在高導磁率鐵氧體芯上，其典型電感值為15 ～ 20mH。

1.2傳導的抑制

往往單純采用屏蔽不能提供完整的電磁干擾防護，因為設備或系統上的電纜才是最有效的干擾接收與發射天線。許多設備單臺做電磁兼容實驗時都沒有問題，但當兩臺設備連接起來以后，就不滿足電磁兼容的要求了，這就是電纜起了接收和輻射天線的作用。唯一的措施就是加濾波器，切斷電磁干擾沿信號線或電源線傳播的路徑，與屏蔽共同夠成完善的電磁干擾防護，無論是抑制干擾源、消除耦合或提高接收電路的抗能力，都可以采用濾波技術。針對不同的干擾，應采取不同的抑制技術，由簡單的線路清理，至單個元件的干擾抑制器、濾波器和變壓器，再至比較復雜的穩壓器和凈化電源，以及價格昂貴而性能完善的不間斷電源，下面分別作簡要敘述。

1.3 專用線路

只要通過對供電線路的簡單清理就可以取得一定的干擾抑制效果。如在三相供電線路中認定一相作為干擾敏感設備的供電電源；以另一相作為外部設備的供電電源；再以一相作為常用測試儀器或其他輔助設備的供電電源。這樣的處理可避免設備間的一些相互干擾，也有利于三相平衡。值得一提的是在現代電子設備系統中，由于配電線路中非線性負載的使用，造成線路中諧波電流的存在，而零序分量諧波在中線里不能相互抵消，反而是疊加，因此過于纖細的中線會造成線路阻抗的增加，干擾也將增加。同時過細的中線還會造成中線過熱。

1.4 瞬變干擾抑制器

屬瞬變干擾抑制器的有氣體放電管、金屬氧化物壓敏電阻、硅瞬變吸收二極管和固體放電管等多種。其中金屬氧化物壓敏電阻和硅瞬變吸收二極管的工作有點象普通的穩壓管，是箝位型的干擾吸收器件；而氣體放電管和固體放電管是能量轉移型干擾吸收器件（以氣體放電管為例，當出現在放電管兩端的電壓超過放電管的著火電壓時，管內的氣體發生電離，在兩電極間產生電弧。由于電弧的壓降很低，使大部分瞬變能量得以轉移，從而保護設備免遭瞬變電壓破壞）。瞬變干擾抑制器與被保護設備并聯使用。

1.5氣體放電管

氣體放電管也稱避雷管，目前常用于程控交換機上。避雷管具有很強的浪涌吸收能力，很高的絕緣電阻和很小的寄生電容，對正常工作的設備不會帶來任何有害影響。但它對浪涌的起弧響應，與對直流電壓的起弧響應之間存在很大差異。例如90V氣體放電管對直流的起弧電壓就是90V，而對5kV/μs的浪涌起弧電壓最大值可能達到1000V。這表明氣體放電管對浪涌電壓的響應速度較低。故它比較適合作為線路和設備的一次保護。此外，氣體放電管的電壓檔次很少。

1.6金屬氧化物壓敏電阻

由于價廉，壓敏電阻是目前廣泛應用的瞬變干擾吸收器件。描述壓敏電阻性能的主要參數是壓敏電阻的標稱電壓和通流容量即浪涌電流吸收能力。前者是使用者經常易弄混淆的一個參數。壓敏電阻標稱電壓是指在恒流條件下（外徑為7mm以下的壓敏電阻取0.1mA；7mm以上的取1mA）出現在壓敏電阻兩端的電壓降。由于壓敏電阻有較大的動態電阻，在規定形狀的沖擊電流下（通常是8/20μs的標準沖擊電流）出現在壓敏電阻兩端的電壓（亦稱是最大限制電壓）大約是壓敏電阻標稱電壓的1.8～2倍（此值也稱殘壓比）。這就要求使用者在選擇壓敏電阻時事先有所估計，對確有可能遇到較大沖擊電流的場合，應選擇使用外形尺寸較大的器件（壓敏電阻的電流吸收能力正比于器件的通流面積，耐受電壓正比于器件厚度，而吸收能量正比于器件體積）。使用壓敏電阻要注意它的固有電容。根據外形尺寸和標稱電壓的不同，電容量在數千至數百pF之間，這意味著壓敏電阻不適宜在高頻場合下使用，比較適合于在工頻場合，如作為晶閘管和電源進線處作保護用。特別要注意的是，壓敏電阻對瞬變干擾吸收時的高速性能（達ns）級，故安裝壓敏電阻必須注意其引線的感抗作用，過長的引線會引入由于引線電感產生的感應電壓（在示波器上，感應電壓呈尖刺狀）。引線越長，感應電壓也越大。為取得滿意的干擾抑制效果，應盡量縮短其引線。關于壓敏電阻的電壓選擇，要考慮被保護線路可能有的電壓波動（一般取1.2～1.4倍）。如果是交流電路，還要注意電壓有效值與峰值之間的關系。所以對 220V線路，所選壓敏電阻的標稱電壓應當是220×1.4×1.4≈430V。此外，就壓敏電阻的電流吸收能力來說，1kA（對8/20μs的電流波）用在晶閘管保護上，3kA用在電器設備的浪涌吸收上；5kA用在雷擊及電子設備的過壓吸收上；10kA用在雷擊保護上。壓敏電阻的電壓檔次較多，適合作設備的一次或二次保護。

1.7硅瞬變電壓吸收二極管（TVS管）

硅瞬變電壓吸收二極管具有極快的響應時間（亞納秒級）和相當高的浪涌吸收能力，及極多的電壓檔次。可用于保護設備或電路免受靜電、電感性負載切換時產生的瞬變電壓，以及感應雷所產生的過電壓。 TVS管有單方向（單個二極管）和雙方向（兩個背對背連接的二極管）兩種，它們的主要參數是擊穿電壓、漏電流和電容。使用中TVS管的擊穿電壓要比被保護電路工作電壓高10％左右，以防止因線路工作電壓接近TVS擊穿電壓，使TVS漏電流影響電路正常工作；也避免因環境溫度變化導致TVS管擊穿電壓落入線路正常工作電壓的范圍。 TVS管有多種封裝形式，如軸向引線產品可用在電源饋線上；雙列直插的和表面貼裝的適合于在印刷板上作為邏輯電路、I/O總線及數據總線的保護。 TVS管在使用中應注意的事項： ·對瞬變電壓的吸收功率（峰值）與瞬變電壓脈沖寬度間的關系。手冊給的只是特定脈寬下的吸收功率（峰值），而實際線路中的脈沖寬度則變化莫測，事前要有估計。對寬脈沖應降額使用。 ·對小電流負載的保護，可有意識地在線路中增加限流電阻，只要限流電阻的阻值適當，不會影響線路的正常工作，但限流電阻對干擾所產生的電流卻會大大減小。這就有可能選用峰值功率較小的TVS管來對小電流負載線路進行保護。 ·對重復出現的瞬變電壓的抑制，尤其值得注意的是TVS管的穩態平均功率是否在安全范圍之內。 ·作為半導體器件的TVS管，要注意環境溫度升高時的降額使用問題。 ·特別要注意TVS管的引線長短，以及它與被保護線路的相對距離。 ·當沒有合適電壓的TVS管供采用時，允許用多個TVS管串聯使用。串聯管的最大電流決定于所采用管中電流吸收能力最小的一個。而峰值吸收功率等于這個電流與串聯管電壓之和的乘積。 ·TVS管的結電容是影響它在高速線路中使用的關鍵因素，在這種情況下，一般用一個TVS管與一個快恢復二極管以背對背的方式連接，由于快恢復二極管有較小的結電容，因而二者串聯的等效電容也較小，可滿足高頻使用的要求。 ·固體放電管 固體放電管是一種較新的瞬變干擾吸收器件，具有響應速度較快（10～20ns級）、吸收電流較大、動作電壓穩定和使用壽命長等特點。固體放電管與氣體放電管同屬能量轉移型。圖2.2為其伏安特性。當外界干擾低于觸發電壓時，管子呈截止狀。一旦干擾超出觸發電壓時，伏安特性發生轉折，進入負阻區，此時電流極大，而導通電阻極小，使干擾能量得以轉移。隨著干擾減小，通過放電管電流的回落，當放電管的通過電流低于維持電流時，放電管就迅速走出低阻區，而回到高阻態，完成一次放電過程。固體放電管的一個優點是它的短路失效模式（器件失效時，兩電極間呈短路狀），為不少應用場合所必須，已在國內外得到廣泛應用。固體放電管的電壓檔次較少，比較適合于作網絡、通信設備，乃至部件一級的保護。

七、PCB使用技巧

1、元器件標號自動產生或已有的元器件標號取消重來

Tools工具|Annotate…注釋

All Part：為所有元器件產生標號

Reset Designators：撤除所有元器件標號

2、單面板設置：

Design設計|Rules…規則|Routing layers

Toplayer設為NotUsed

Bottomlayer設為Any

3、自動布線前設定好電源線加粗

Design設計|Rules…規則|Width Constraint

增加：NET，選擇網絡名VCC GND，線寬設粗

4、PCB封裝更新，只要在原封裝上右鍵彈出窗口內的footprint改為新的封裝號

5、100mil=2.54mm;1mil=1/1000英寸

6、快捷鍵“M”，下拉菜單內的Dram Track End 拖拉端點＝＝＝＝拉PCB內連線的一端點處繼續連線。

7、定位孔的放置

在KeepOutLayer層（禁止布線層）中畫一個圓，Place|Arc（圓心弧）center，然后調整其半徑和位置

8、設置圖紙參數

Design|Options|Sheet Options

（1）設置圖紙尺寸：Standard Sytle選擇

（2）設定圖紙方向：Orientation選項----Landscape（小平方向）----Portrait（垂直方向）

（3）設置圖紙標題欄（Title BlocK）：選擇Standard為標準型，ANSI為美國國家協會標準型

（4）設置顯示參考邊框Show Reference Zones

（5）設置顯示圖紙邊框Show Border

（6）設置顯示圖紙模板圖形Show Template Graphics

（7）設置圖紙柵格Grids

鎖定柵格Snap On，可視柵格設定Visible

（8）設置自動尋找電器節點

10、元件旋轉：

Space鍵：被選中元件逆時針旋轉90

在PCB中反轉器件（如數碼管），選中原正向器件，在拖動或選中狀態下，

X鍵：使元件左右對調（水平面）； Y鍵：使元件上下對調（垂直面）

11、元件屬性：

Lib Ref：元件庫中的型號，不允件修改

Footprint：元件的封裝形式

Designator：元件序號如U1

Part type：元件型號（如芯片名AT89C52 或電阻阻值10K等等）（在原理圖中是這樣，在PCB中此項換為Comment）

12、生成元件列表（即元器件清單）Reports|Bill of Material

13、原理圖電氣法則測試（Electrical Rules Check）即ERC

是利用電路設計軟件對用戶設計好的電路進行測試，以便能夠檢查出人為的錯誤或疏忽。

原理圖繪制窗中Tools工具|ERC…電氣規則檢查

ERC對話框各選項定義：

Multiple net names on net：檢測“同一網絡命名多個網絡名稱”的錯誤

Unconnected net labels：“未實際連接的網絡標號”的警告性檢查

Unconnected power objects：“未實際連接的電源圖件”的警告性檢查

Duplicate sheet mnmbets：檢測“電路圖編號重號”

Duplicate component designator：“元件編號重號”

bus label format errors：“總線標號格式錯誤”

Floating input pins：“輸入引腳浮接”

Suppress warnings：“檢測項將忽略所有的警告性檢測項，不會顯示具有警告性錯誤的測試報告”

Create report file：“執行完測試后程序是否自動將測試結果存在報告文件中”

Add error markers：是否會自動在錯誤位置放置錯誤符號

Descend into sheet parts：將測試結果分解到每個原理圖中，針對層次原理圖而言

Sheets to Netlist：選擇所要進行測試的原理圖文件的范圍

Net Identifier Scope：選擇網絡識別器的范圍

14、系統原帶庫Miscellanous Devices.ddb中的DIODE（二級管）封裝應該改，也就把管腳說明

1（A） 2（K）改為A（A） K（K）

這樣畫PCB導入網絡表才不會有錯誤：Note Not Found

15、PCB布線的原則如下

（1）輸入輸出端用的導線應盡量避免相鄰平行。最好加線間地線，以免發生反饋藕合。

（2）印制攝導線的最小寬度主要由導線與絕緣基扳間的粘附強度和流過它們的電流值決定。

當銅箔厚度為0.05mm、寬度為1~15mm時．通過2A的電流，溫度不會高于3℃，因此導線寬度為1.5mm（60mil）可滿足要求。對于集成電路，尤其是數字電路，通常選0.02~0.3mm（0.8~12mil）導線寬度。當然，只要允許，還是盡可能用寬線．尤其是電源線和地線。導線的最小間距主要由最壞情況下的線間絕緣電阻和擊穿電壓決定。對于集成電路，尤其是數字電路，只要工藝允許，可使間距小至5~8mm。

（3）印制導線拐彎處一般取圓弧形，而直角或夾角在高頻電路中會影響電氣性能。此外，盡量避免使用大面積銅箔，否則．長時間受熱時，易發生銅箔膨脹和脫落現象。必須用大面積銅箔時，最好用柵格狀。這樣有利于排除銅箔與基板間粘合劑受熱產生的揮發性氣體。

（4）焊盤：焊盤中心孔要比器件引線直徑稍大一些。焊盤太大易形成虛焊。焊盤外徑D一般不小于（d+1.2）mm，其中d為引線孔徑。對高密度的數字電路，焊盤最小直徑可取（d+1.0）mm。

16、工作層面類型說明

⑴、信號層（Signal Layers），有16個信號層，TopLayer BottomLayer MidLayer1-14。

⑵、內部電源/接地層（Internal Planes），有4個電源/接地層Planel1-4。

⑶、機械層（Mechanical Layers），有四個機械層。

⑷、鉆孔位置層（Drill Layers），主要用于繪制鉆孔圖及鉆孔的位置，共包括Drill Guide 和Drill drawing兩層。

⑸、助焊層（Solder Mask），有TopSolderMask和BottomSolderMask兩層，手工上錫。

⑹、錫膏防護層（Paste Mask）有TopPaste和BottomPaster兩層。

⑺、絲印層（Silkscreen），有TopOverLayer和BottomOverLayer兩層，主要用于繪制元件的外形輪廓。

⑻、其它工作層面（Other）：

KeepOutLayer：禁止布線層，用于繪制印制板外邊界及定位孔等鏤空部分。

MultiLayer：多層

Connect：連接層

DRCError:DRC錯誤層

VisibleGrid：可視柵格層

Pad Holes：焊盤層。

Via Holes：過孔層。

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