原创 PCB布局布线中的降噪考虑与制板中的电容选择

一、PCB 布局降低噪声的检查要项<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

1、抑制噪声源

(1) 在符合设计规格的前提下，使用最低频率的时钟以及最和缓的上升时间。

(2) 如果时钟电路在电路板外，则将相关之时序电路(如MCU)靠近连接器，否则，就放在母板中间。

(3) 将震荡器平放于PCB并接地。

(4) 尽可能缩小时序信号的循环区域。

(5) 将数字I/O驱动器(digital I/O driver)放置于PCB外缘。

(6) 将进入PCB的信号予以适当滤波。

(7) 将离开PCB的噪声信号予以适当滤波。

(8) 使用碟状陶瓷电容(disk ceramic capacitor)或是多层陶瓷电容(multilayer ceramic capacitor) 作为数字逻辑IC的削尖电容。

(9) 尽量将数字IC之消尖靠近IC旁边。

(10) 使用排线包装的OP放大器，将"+"端接地，以"-"端作为输入信号端。

(11) 提供适当的突波阻尼(surge absorber)给继电器线圈。

(12) 使用45度角(圆弧更佳)的绕线以取代90度角来减少高频辐射。

(13) 如果需要，产生高频噪声的电源线用feed-through capacitor连接外部。

(14) 如果需要，在产生高频噪声的电源线处串接陶铁磁珠(ferrite bead)以滤除高频噪声。

(15) 将shield cable两端均接地(但并非作为地线)，以降低电磁辐射。

2 减少噪声耦合

(1) 如果经济许可，使用多层电路板来分开PCB上不同性质的电路。4层板PCB，通常外面的两层为讯号，中间两层为电源层(power layer)与地线层(ground layer)。如电路板为数模混合电路，应将数字与模拟电路的地线分别布线，最后再将地线予以单点连接。

(2) 对单层及双层线路板使用单点电源和接地的布局。如采用双层线路板制作以微处理器为基础的控制板(数模混合电路)，则应特别注意数字与模拟电路『电源线』与『地线』的布局。

(3) 选用芯片组以缩短时序的传输线。

(4) 将digital I/O芯片组安置于PCB边缘并靠近连接器。

(5) 高速逻辑闸仅限用于特定功能之电路。

(6) 对电源和接地使用宽绕线。

(7) 保持时序绕线、汇流排和芯片致能与I/O脚位和连接器分隔开。

(8) 尽量将数字信号线路(尤其是时钟信号)远离模拟输入和电压参考脚位。

(9) 当与混合信号转换器并用时，勿将数字和模拟线路相交，信号的绕线要彼此远离。

(10) 分隔噪声与低阶模拟讯号脚位。

(11) 将时序信号与I/O信号垂直绕线。

(12) 将时序电路远离I/O讯号线。

二、PCB制板电容选择

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RC吸收电路来吸收放电电流。一般R取1~2kΩ，C取2.2~4.7μF。

一般的10pF左右的电容用来滤除高频的干扰信号，0.1uF左右的用来滤除低频的纹波干扰，还可以起到稳压的作用。

滤波电容具体选择什么容值要取决于你PCB上主要的工作频率和可能对系统造成影响的谐波频率，可以查一下相关厂商的电容资料或者参考厂商提供的资料库软件，根据具体的需要选择。至于个数就不一定了，看你的具体需要了，多加一两个也挺好的，暂时没用的可以先不贴，根据实际的调试情况再选择容值。如果你PCB上主要工作频率比较低的话，加两个电容就可以了，一个滤除纹波，一个滤除高频信号。如果会出现比较大的瞬时电流，建议再加一个比较大的钽电容。其实滤波应该也包含两个方面，也就是各位所说的大容值和小容值的，就是去耦和旁路。原理我就不说了，实用点的，一般数字电路去耦0.1uF即可，用于<?xml:namespace prefix = st1 ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:smarttags" />10M以下；20M以上用1到10个uF，去除高频噪声好些，大概按C=1/f  。旁路一般就比较的小了，一般根据谐振频率一般为0.1或0.01uF。

说到电容，各种各样的叫法就会让人头晕目眩，旁路电容、去耦电容、滤波电容等等，其实无论如何称呼，它的原理都是一样的，即利用对交流信号呈现低阻抗的特性，这一点可以通过电容的等效阻抗公式看出来：Xcap=1/2лfC，工作频率越高、电容值越大则电容的阻抗越小。在电路中，如果电容起的主要作用是给交流信号提供低阻抗的通路，就称为旁路电容；如果主要是为了增加电源和地的交流耦合，减少交流信号对电源的影响，就可以称为去耦电容；如果用于滤波电路中，那么又可以称为滤波电容；除此以外，对于直流电压，电容器还可作为电路储能，利用冲放电起到电池的作用。而实际情况中，往往电容的作用是多方面的，我们大可不必花太多的心思考虑如何定义。本文里，我们统一把这些应用于高速PCB设计中的电容都称为旁路电容。

电容的本质是通交流、隔直流，理论上说电源滤波用电容越大越好。但由于引线和PCB布线原因，实际上电容是电感和电容的并联电路(还有电容本身的电阻，有时也不可忽略)，这就引入了谐振频率的概念。在谐振频率以下电容呈容性，谐振频率以上电容呈感性。此外，独石电容、纸介电容、电解电容、低频瓷介(也称为铁电电容)、涤纶电容(一般是容量较大，体积较小)，因介质损耗大，不适用于高、中频电路，可用于低频、电源滤波等电路中；云母电容、聚苯乙烯电容、高频瓷介、空气介质电容等(一般是容量较小，相对体积较大)，介质损耗小，适合在高频、中频电路中使用。因而一般大电容滤低频波，小电容滤高频波。这也能解释为什么同样容值的STM封装的电容滤波频率比DIP封装更高。至于到底用多大的电容，这里仅给出一个参考：

不过仅仅是参考而已，用老工程师的话说——主要靠经验。更可靠的做法是将一大一小两个电容并联，一般要求相差两个数量级以上，以获得更大的滤波频段。