羅智慶 德賽西威汽車電子有限公司

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汽車影音系統(tǒng)抗干擾電路設(shè)計(jì)

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【文章摘要】

【關(guān)鍵詞】

影音系統(tǒng)；噪聲；干擾；PCB電路；設(shè)計(jì)

引言

近幾年，車載影音系統(tǒng)已成為每臺(tái)汽車的標(biāo)配，良好而穩(wěn)定的汽車影音系統(tǒng)甚至成為了一些消費(fèi)者的首選內(nèi)容。作為電子產(chǎn)品，其穩(wěn)定性、可靠性除了取決于所選的電子元器件和電路的設(shè)計(jì)之外，還依賴與PCB電路板良好的抗干擾性能。影響汽車影音系統(tǒng)的一個(gè)主要因素就是噪聲，包括系統(tǒng)自身所產(chǎn)生的和來自其他系統(tǒng)的干擾。那么如何抑制影音系統(tǒng)噪聲的產(chǎn)生、傳播并且降低系統(tǒng)自身受其它系統(tǒng)的干擾呢？根據(jù)電磁兼容性原則，這就首先要從系統(tǒng)的電路的設(shè)計(jì)階段考慮。

在電子設(shè)備中噪聲產(chǎn)生的原因是多方面的，主要可以概括為過高的工作頻率和不合理的PCB電路設(shè)計(jì)。下面我們主要從電子元器件的選擇與配置，PCB電路基板類型的選擇與布線，接地線的設(shè)計(jì)與屏蔽，電源的設(shè)計(jì)等幾個(gè)方面來考慮。

1.元器件的選擇與配置

選擇比較合理的電子元器件可以說是對(duì)抗影音系統(tǒng)干擾產(chǎn)生的第一步，它也是提高整個(gè)電路系統(tǒng)抗干擾能力的基礎(chǔ)。在汽車影音系統(tǒng)的電路中不僅含一些大功率、大電流的元器件，而且也有包含一些微弱信號(hào)元器件。因此在進(jìn)行電子元器件的選擇時(shí)，如果能夠針對(duì)元件的這些特點(diǎn)來合理篩選，將會(huì)得到比較好的效果。

首先應(yīng)選擇抗干擾能力強(qiáng)的電子元器件。為了抑制干擾信號(hào)的傳輸，可以考慮采用非線性電子器件、選擇性濾波器及光電耦合等元件。此外，為了降低影音系統(tǒng)的發(fā)熱及能耗，應(yīng)當(dāng)盡可能多地選擇功耗較小的電子元器件。

合理的電子元件配置是降低干擾的重要手段，在汽車影音系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意以下幾點(diǎn)。

（1）不要把ΙC、電感等元器件放置在PCB板的邊緣。因?yàn)檫@些元件容易產(chǎn)生噪聲，若將這些噪音源放置在PCB的邊緣，就會(huì)形成噪音輻射，影響系統(tǒng)的性能。

（2）對(duì)于一些高速信號(hào)，如時(shí)鐘線等的配線要盡可能地向最短的方向進(jìn)行，若配線邊較長的，將會(huì)形成噪音放射。

（3）在電路設(shè)計(jì)中，要在連接器、ΙC 電源等位置添加噪音預(yù)防回路。在配置噪音預(yù)防回路的各個(gè)元件時(shí)，應(yīng)當(dāng)把回路元件放置在相對(duì)應(yīng)的ΙC、連接器等的同一層并且保證距離最短。

（4）當(dāng)同一電路基板上有多種模塊，如數(shù)字和模擬、高速和低速電路時(shí)，應(yīng)當(dāng)將各個(gè)模塊分開布置，從而避免各個(gè)模塊之間的相互干擾。

2.PCB板的選取與布線

電路基板的選取要兼顧尺寸大小和層數(shù)這兩個(gè)方面。板子的大小要適當(dāng)并且選擇基板的層數(shù)時(shí)要充分考慮噪聲的影響。例如，可以將噪聲比較大的元器件的下層設(shè)計(jì)為GND 層.影音系統(tǒng)中合理的電路設(shè)計(jì)與布線可以在很大程度上提高系統(tǒng)的抗干擾能力，克服和抑制系統(tǒng)中的干擾。影音系統(tǒng)的PCB抗干擾設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)遵循以下幾點(diǎn)。

（1）對(duì)于多層板，要盡量使其內(nèi)層GND的面積最大化。因?yàn)樵龃驡ND的面積能夠有效降低GND布線的阻抗以減少噪聲的產(chǎn)生。但是若不能在內(nèi)層進(jìn)行GND全層面積化，則可以將面積化的布線盡可能地分散開。例如，在電源和GND共存的情況下，必須要保證它們之間的布線間隔至少在0.5mm 以上。對(duì)于PCB板為2層的情況，則最好將一層設(shè)置為GND，此外，為了強(qiáng)化地線，需將在頂層和底層的地線上配置2～3mm為間隔的過孔［1］。

（2）在晶振周圍，需要用較大面積的GND 線對(duì)其進(jìn)行包圍，并且其周圍的GND線要和與晶振相連的ΙC的GND 線進(jìn)行連接，并將此中類型的布線和其它配線之間的間隔配置在0.5mm以上。這樣做的目的是為了降低噪聲源發(fā)振電路對(duì)周圍的影響。

（3）對(duì)于ΙC 端子和噪音對(duì)策元器件的布線，它們之間的布線不應(yīng)當(dāng)有分支或過孔，假如存在了分支或過孔，那么噪聲就可以通過分支或過孔傳到其他配線中，從而導(dǎo)致對(duì)策元器件失效。

3.接地與屏蔽設(shè)計(jì)

對(duì)于電子系統(tǒng)，防止干擾和抑制噪聲的另外一種重要的方式是接地。根據(jù)接地點(diǎn)數(shù)可分為單點(diǎn)接地、多點(diǎn)接地和混合接地三種方式，這三種接地方式選擇的主要依據(jù)是系統(tǒng)的工作頻率。對(duì)于一些頻率小于1MHz的低頻電路一般選擇單點(diǎn)接地方式；對(duì)于頻率大于10MHz的高頻電路則大多選擇多點(diǎn)接地方式；對(duì)于頻率大于1MHz且小于10MHz的電路則可以選擇混合接地方式。由于目前在汽車影音系統(tǒng)電路中大部分都是數(shù)字電路，其中的高次諧波不容忽略，因此在PCB基板設(shè)計(jì)時(shí)大多采用多點(diǎn)接地或混合接地。

除了上面所說的接地，在汽車影音系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中還有一種重要的防干擾措施：屏蔽，其主要原理是采用切斷干擾傳播的通路的方法來抵制干擾對(duì)其它元器件的影響。在進(jìn)行屏蔽設(shè)計(jì)時(shí)一般遵循以下幾點(diǎn)。

（1）根據(jù)不同的場景選擇合適的屏蔽材料。對(duì)于高頻電場，應(yīng)當(dāng)選擇銅、鋁和鎂等作為屏蔽材料以得到最大的反射效率；對(duì)于低頻磁場，屏蔽應(yīng)用，應(yīng)當(dāng)選擇鐵和鎳鐵等磁性材料以獲得最大的吸收效率。

（2）根據(jù)不同的電器設(shè)備導(dǎo)線有選擇地進(jìn)行屏蔽。例如，影音系統(tǒng)的音響導(dǎo)線應(yīng)當(dāng)選擇屏蔽線以避免干擾其它電子設(shè)備；藍(lán)牙、GPS天線也需要選擇屏蔽線以防止來自其它電子設(shè)備的干擾。

（3）所有從屏蔽空間引出的導(dǎo)線都應(yīng)當(dāng)加裝電容器、扼流圈或去干擾濾波器進(jìn)行高頻閉鎖以保證外殼的屏蔽效能［2］。

4.電源設(shè)計(jì)

我們知道任何的電子設(shè)備都需要電源，但是電源在向系統(tǒng)提供電能的同時(shí)，系統(tǒng)中的干擾也會(huì)通過電源進(jìn)入到電路中，從而將噪聲傳到所供電的設(shè)備上。因此，在設(shè)計(jì)汽車影音系統(tǒng)整體的電源電路設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)在電源線中配置型濾波器以濾除30MHz～1.5GHz的噪音。此外，為了將電源線上的噪音去耦，需要在電路中的各個(gè)ΙC的電源線上加入噪音對(duì)策用濾波器。

5.結(jié)束語

本文對(duì)汽車影音系統(tǒng)中的干擾進(jìn)行了分析并對(duì)抗干擾電路的設(shè)計(jì)進(jìn)行了討論。一般來說，按照以上幾點(diǎn)設(shè)計(jì)的電路可以消除汽車影音系統(tǒng)中的常見干擾，使系統(tǒng)能夠正常穩(wěn)定地運(yùn)行。但是對(duì)于一些特殊的、小概率的干擾就需要更為復(fù)雜的抗干擾技術(shù)，如專門的硬件抗干擾電路。隨著汽車電子設(shè)備的不斷發(fā)展以及車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的推動(dòng)，汽車影音系統(tǒng)正朝著集成化、智能化的方向發(fā)展，這些都將推動(dòng)汽車抗干擾技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

【參考文獻(xiàn)】

［1］于惠娟.汽車音響中PCB板的EMC設(shè)計(jì).中國科技信息.2014-05-15

［2］吳鐘鳴，諸鑫瑞，盧軍鋒.汽車電器電磁干擾及對(duì)策探討.金陵科技學(xué)院學(xué)報(bào).2008-09-30

對(duì)汽車影音系統(tǒng)的干擾進(jìn)行分析，并分別從電子元器件的選擇與配置，PCB電路基板類型的選擇與布線，接地線的設(shè)計(jì)與屏蔽，電源的設(shè)計(jì)等幾個(gè)方面對(duì)抗干擾電路的設(shè)計(jì)進(jìn)行討論，給出相應(yīng)的設(shè)計(jì)方法。