汽车影音系统抗干扰电路设计

罗智庆 德赛西威汽车电子有限公司



汽车影音系统抗干扰电路设计

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【文章摘要】

【关键词】

影音系统；噪声；干扰；PCB电路；设计

引言

近几年，车载影音系统已成为每台汽车的标配，良好而稳定的汽车影音系统甚至成为了一些消费者的首选内容。作为电子产品，其稳定性、可靠性除了取决于所选的电子元器件和电路的设计之外，还依赖与PCB电路板良好的抗干扰性能。影响汽车影音系统的一个主要因素就是噪声，包括系统自身所产生的和来自其他系统的干扰。那么如何抑制影音系统噪声的产生、传播并且降低系统自身受其它系统的干扰呢？根据电磁兼容性原则，这就首先要从系统的电路的设计阶段考虑。

在电子设备中噪声产生的原因是多方面的，主要可以概括为过高的工作频率和不合理的PCB电路设计。下面我们主要从电子元器件的选择与配置，PCB电路基板类型的选择与布线，接地线的设计与屏蔽，电源的设计等几个方面来考虑。

1.元器件的选择与配置

选择比较合理的电子元器件可以说是对抗影音系统干扰产生的第一步，它也是提高整个电路系统抗干扰能力的基础。在汽车影音系统的电路中不仅含一些大功率、大电流的元器件，而且也有包含一些微弱信号元器件。因此在进行电子元器件的选择时，如果能够针对元件的这些特点来合理筛选，将会得到比较好的效果。

首先应选择抗干扰能力强的电子元器件。为了抑制干扰信号的传输，可以考虑采用非线性电子器件、选择性滤波器及光电耦合等元件。此外，为了降低影音系统的发热及能耗，应当尽可能多地选择功耗较小的电子元器件。

合理的电子元件配置是降低干扰的重要手段，在汽车影音系统的电路设计时，应当注意以下几点。

（1）不要把ΙC、电感等元器件放置在PCB板的边缘。因为这些元件容易产生噪声，若将这些噪音源放置在PCB的边缘，就会形成噪音辐射，影响系统的性能。

（2）对于一些高速信号，如时钟线等的配线要尽可能地向最短的方向进行，若配线边较长的，将会形成噪音放射。

（3）在电路设计中，要在连接器、ΙC 电源等位置添加噪音预防回路。在配置噪音预防回路的各个元件时，应当把回路元件放置在相对应的ΙC、连接器等的同一层并且保证距离最短。

（4）当同一电路基板上有多种模块，如数字和模拟、高速和低速电路时，应当将各个模块分开布置，从而避免各个模块之间的相互干扰。

2.PCB板的选取与布线

电路基板的选取要兼顾尺寸大小和层数这两个方面。板子的大小要适当并且选择基板的层数时要充分考虑噪声的影响。例如，可以将噪声比较大的元器件的下层设计为GND 层.影音系统中合理的电路设计与布线可以在很大程度上提高系统的抗干扰能力，克服和抑制系统中的干扰。影音系统的PCB抗干扰设计时应当遵循以下几点。

（1）对于多层板，要尽量使其内层GND的面积最大化。因为增大GND的面积能够有效降低GND布线的阻抗以减少噪声的产生。但是若不能在内层进行GND全层面积化，则可以将面积化的布线尽可能地分散开。例如，在电源和GND共存的情况下，必须要保证它们之间的布线间隔至少在0.5mm 以上。对于PCB板为2层的情况，则最好将一层设置为GND，此外，为了强化地线，需将在顶层和底层的地线上配置2～3mm为间隔的过孔［1］。

（2）在晶振周围，需要用较大面积的GND 线对其进行包围，并且其周围的GND线要和与晶振相连的ΙC的GND 线进行连接，并将此中类型的布线和其它配线之间的间隔配置在0.5mm以上。这样做的目的是为了降低噪声源发振电路对周围的影响。

（3）对于ΙC 端子和噪音对策元器件的布线，它们之间的布线不应当有分支或过孔，假如存在了分支或过孔，那么噪声就可以通过分支或过孔传到其他配线中，从而导致对策元器件失效。

3.接地与屏蔽设计

对于电子系统，防止干扰和抑制噪声的另外一种重要的方式是接地。根据接地点数可分为单点接地、多点接地和混合接地三种方式，这三种接地方式选择的主要依据是系统的工作频率。对于一些频率小于1MHz的低频电路一般选择单点接地方式；对于频率大于10MHz的高频电路则大多选择多点接地方式；对于频率大于1MHz且小于10MHz的电路则可以选择混合接地方式。由于目前在汽车影音系统电路中大部分都是数字电路，其中的高次谐波不容忽略，因此在PCB基板设计时大多采用多点接地或混合接地。

除了上面所说的接地，在汽车影音系统的设计中还有一种重要的防干扰措施：屏蔽，其主要原理是采用切断干扰传播的通路的方法来抵制干扰对其它元器件的影响。在进行屏蔽设计时一般遵循以下几点。

（1）根据不同的场景选择合适的屏蔽材料。对于高频电场，应当选择铜、铝和镁等作为屏蔽材料以得到最大的反射效率；对于低频磁场，屏蔽应用，应当选择铁和镍铁等磁性材料以获得最大的吸收效率。

（2）根据不同的电器设备导线有选择地进行屏蔽。例如，影音系统的音响导线应当选择屏蔽线以避免干扰其它电子设备；蓝牙、GPS天线也需要选择屏蔽线以防止来自其它电子设备的干扰。

（3）所有从屏蔽空间引出的导线都应当加装电容器、扼流圈或去干扰滤波器进行高频闭锁以保证外壳的屏蔽效能［2］。

4.电源设计

我们知道任何的电子设备都需要电源，但是电源在向系统提供电能的同时，系统中的干扰也会通过电源进入到电路中，从而将噪声传到所供电的设备上。因此，在设计汽车影音系统整体的电源电路设计时，应当在电源线中配置型滤波器以滤除30MHz～1.5GHz的噪音。此外，为了将电源线上的噪音去耦，需要在电路中的各个ΙC的电源线上加入噪音对策用滤波器。

5.结束语

本文对汽车影音系统中的干扰进行了分析并对抗干扰电路的设计进行了讨论。一般来说，按照以上几点设计的电路可以消除汽车影音系统中的常见干扰，使系统能够正常稳定地运行。但是对于一些特殊的、小概率的干扰就需要更为复杂的抗干扰技术，如专门的硬件抗干扰电路。随着汽车电子设备的不断发展以及车联网技术的推动，汽车影音系统正朝着集成化、智能化的方向发展，这些都将推动汽车抗干扰技术的进一步发展。

【参考文献】

［1］于惠娟.汽车音响中PCB板的EMC设计.中国科技信息.2014-05-15

［2］吴钟鸣，诸鑫瑞，卢军锋.汽车电器电磁干扰及对策探讨.金陵科技学院学报.2008-09-30

对汽车影音系统的干扰进行分析，并分别从电子元器件的选择与配置，PCB电路基板类型的选择与布线，接地线的设计与屏蔽，电源的设计等几个方面对抗干扰电路的设计进行讨论，给出相应的设计方法。