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一种主板抗干扰设计方法

范文

林俊峰

摘要：伴随着各种电子类产品的功能日益增加，电路板却越来越小，芯片工艺改进，集成度不断提高，防护性能却没有相应提升，仍旧沿用早期设计，而且随着I/O速率提高，大部分I/O口均采用MOS管方式驱动，导致防护能力较弱，在主板工作时如果走线受到外来干扰（如空气接触或探针探测等），极易导致主板工作异常、数据被探测到或者受外来干扰影响而导致主板不能正常工作。目前主板的抗干扰设计采用的方法已不能满足要求或者成本浪费较大，文章提出一种低成本的可控抗干扰思路并进行论证。

关键词：I/O口； MOS管；抗干扰

伴随着各种电子类产品的功能越来越强大，而电路板却越来越小，芯片工艺改进，集成度不断提高，防护性能却没有相应提升，仍旧沿用早期设计，防护能力较弱，在主板工作时段，如果走线受到外来干扰（如空气接触或探针探测等），极易导致主板工作异常、数据被探测到或者受外来干扰影响而导致主板不能正常工作，而产品出厂过认证必须过相应的设计，抗干扰设计一直都是各设计机构和团队研究的课题。

1 当前存在问题

目前主板的抗干扰设计，主要是在印制电路板（Printed Circuit Board，PCB）布线设计时采用表面大面积铺地、是走线不走表层或者增加昂贵的抗干扰器件的形式来实现。这种方式会增加成本，而且造成空间上较大的浪费，而且需要将所有的地相连接，一旦主板上某个地方产生干扰信号，根据干扰回路走向电阻电小原一般原则，可以知道干扰信号的走向不规则，无法预测，会影响主板的正常工作，主板上的干扰也很难消除，如设计不当可能进一步减弱整体抗干扰能力，适得其反[1]。

2 解决思路

本文提出一种新的解决思路，通过一种新的干扰引导线设计，通过引入一种新的接地方式，并且单向二极管来隔离干扰信号方向，引导干扰信号路径，以达到抗干扰目标，同时可以减少材料成本投入。

3 解决方法

3.1 最小电路单元设计

本文设计的主板抗干扰电路，基本结构如图1所示，在主板上设有保护电路模块、干扰引导线及导流二极管组成最小保护单元，标识4号线为需要保护的信号线，标识1和5为PCB板上无走线区域，工艺上用阻焊油覆盖，标识2为干扰引导线前端，标识6为干扰信号引导线末端，标识8为干扰阻焊开窗，该窗口上面不覆盖阻焊油，标识3为导流二极管，干扰引导线的前端连接至干扰引导线的末端形成闭合的包围空间，需保护电路模块和易受干扰信号线位于该包围空间内，干扰引导线通过连接线与导流二极管的正极连接，导流二极管的负极通过连接线连接到主板电源地，在设计上，主板可以是PCBA（Printed Circuit Board +Assembly）电路主板或柔性电路主板（Flexible Printed Circuit，FPC），干擾引入窗口的横截面为方形、圆形或椭圆形或者其他形状。

3.2 保护电路工作过程

扩展到整个主板的保护上面，如图2所示，主板在原理设计上加入n（n≥1）个保护电路模块1，具体到设计上对每个保护电路模块1分解，通过增加干扰引导线2，并以二极管3单向连接电源地（接地）来实现控制干扰信号释放路径，干扰引导线2环绕于易受干扰信号线，同时干扰引导线2上部分放置阻焊开窗7，定向引导外来干扰信号，干扰引导线2通过至少一个二极管3单向连接电源地，达到单向引导干扰信号方向作用，同时又防止电源地上的干扰串到干扰引导线2上面。通过干扰引导线2实现对干扰信号的引导、吸收，多重保护达到引导干扰信号泄放，从而实现电路良好抗干扰性能[2]。

3.3 电路应用

本文以一个带有音频和视频信号的4芯耳机电路为例子，描述在实际电路中的应用场景，如图3所示，选取的耳机型号为通用的PJ-392耳机插座，在电路图中位号为JP1，JP1的第一端口接圣板地，第二端口接右声道输出信号线ROUT，第四端口接左声道输出信号线LOUT，第六端口接复合视频广播信号线CVBS_OUT，右声道输出信号线ROUT、左声道输出信号线LOUT和复合视频广播信号线CVBS_OUT为易受干扰信号线，即需保护的信号线，D1和D2为导流二极管，同时板上放置若干个阻焊开窗，在主板带电调试过程中，LOUT， ROUT和CVBS_OUT信号如果受到外界的干扰，则干扰会通过这3根信号线传导到后端的主芯片引脚上，从而导致主芯相关模块损坏。常见的干扰是人体静电接触干扰，有一种情况就是人体手指空气放电干扰，在本文的设计中，如果带静电的手指靠近LOUT/ROUT/CVBS_OUT之一时，由于这3根信号线由阻焊油覆盖，阻焊开窗口示覆盖阻焊油，干扰能量会优先从阻值小的路径泄放，即干扰能量会从阻焊开窗进入，而不会从LOUT/ROUT/CVBS_OUT之一进入，然后干扰能量会通过外围的闭环路径最终通过导流管D1和D2泄放到主板地，从而起到保护作用[3]。

在整主板的保护电路中，整个主板包括模块较多，以某机顶盒为例，共有音频输出接口，外接存储接口，调试接口，外置USB模块，高清晰度多媒体接口（High Definition Multimedia Interface，HDMI）输出口，以太网模块等6个需保护模块，根据本文提出的保护方法，对主板加以改造，均达到良好的抗干扰目的，在实际生产中良品率较原设计有明显提升。

4 结语

本文分析了当前主板抗干扰设计上存在的一些不足，在实践的基础上，提出了一种新的抗干扰电路，通过引入干扰引导线、阻焊开窗、导流二级管等设计，再由这些关键设计组合形成一个完整的抗干扰设计单元，并把设计单元扩展到整个主板上，从原理和实践结果分析了方案的可行性，并且得出结论。目前该方案已经在产品设计上推广使用，效果明显，同时在材料清单上只加入二极管单元，成本也得到良好控制，达到预期设计目的，对后续类似电路设计具有极大参考意义。

[参考文献]

[1]胡汉才.单片机原理及系统设计[M].北京：清华大学出版社，2002.

[2]高辉.智能食品的抗干扰技术[J].工业仪表与自动化装置，2000（4）：63-66.

[3]国家质量技术监督局.GB 17626.2—1998电磁兼容性试验和测量技术静电放电抗扰度试验[M].北京：中国标准出版社，1998.

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