电子设计师如何提高系统抗干扰能力和电磁兼容性

     身为电子设計创作人员及爱好者，在构建包含微处理器的电子装置時，提升系統的抗干扰能力及电磁兼容性始终是我们必须深入思考和研究的重要课题。在此，笔者愿意分享自身在电子设计实践中所累积的一些心得体会，以期对广大同仁有所裨益。

    我们需要关注并降低电源带来的噪声影响。电源在为整个系统提供能量的同时，也不可避免地将自身产生的噪声传递至所供电的电源上。尤其值得注意的是，电路中微控制器的复位线、中断线以及其他一系列控制线极易受到外部噪声的干扰。

    电网中的强烈干扰往往会通过电源侵入电路内部。即便使用电池供电的系统，电池本身亦存在高频噪声。而模拟电路中的模拟信号则更加难以抵御来自电源的干扰。因此，在设计电源时，我们需采取相应的抗干扰措施，例如：将输入电源与强电设备动力线分离；选用隔离变压器；配置低通滤波器；或者为独立功能模块单独供电等等。

    我们还需努力减少信号传输过程中的畸变现象。微控制器通常采用高速CMOS技术进行制造，其信号输入端的静态输入电流大约在1mA左右，输入电容约为10pF，输入阻抗极高。高速CMOS电路的输出端具有相当的负载能力，即能够承受较大的输出数值。然而，如果将一个门的输出端通过较长的导线连接至输入阻抗极高的输入端，那么反射问题将会变得非常严重，从而导致信号畸变，进一步加剧系统噪声。当传输延迟时间Tpd大于信号上升时间Tr时，便形成了传输线问题，此时我们必须考虑信号反射、阻抗匹配等因素。

    信号在印制板上的延迟时间与引线的特性阻抗密切相关，即与印制线路板材料的介电常数直接关联。我们可以近似地认为，信号在印制板引线上的传输速度约为光速的三分之一至二分之一。在由微控制器组成的系统中，常用逻辑电子元件的Tr（标准延迟时间）通常在3到18纳秒之间。

    在实际的印制线路板设计中，信号经过一个7瓦的电阻和一段长度为25厘米的引线后，线上延迟时间大致在4至20纳秒之间。这意味着，信号在印刷线路上的引线越短越好，最长不宜超过25厘米。此外，过孔数量也应尽可能减少，最好不超过两个。

    当信号的上升时间快于信号延迟时间时，我们需要按照快速电子学理论进行处理。在此种情况下，我们需要考虑传输线的阻抗匹配问题。对于一块印刷线路板上的集成块之间的信号传输，我们应当尽力避免出现Td大于Trd的状况。同时，印刷线路板面积越大，系统运行速度也就越不能过快。

    综上所述，我们可以得出这样一条关于印刷线路板设计的基本原则：信号在印刷板上传输时，其延迟时间不应超过所使用器件的标称延迟时间。