PCB微控制器抗干扰：电磁干扰、信号串扰

干扰一：电磁辐射干扰（EMI），来自外部设备或内部元件

• 应对方案：屏蔽 + 接地
  • 内部高频元件加屏蔽罩：晶振、射频模块等内部干扰源，在 PCB 上布置金属屏蔽罩（材质选黄铜或镀锡钢板，厚度≥0.1mm），屏蔽罩的接地要 “可靠”—— 通过 3-4 个接地柱连到接地平面，避免形成地环路，屏蔽罩与元件的间距≥1mm，防止电容耦合。某工业 MCU PCB，晶振加屏蔽罩后，辐射干扰对 ADC 采集的影响从 50mV 降至 8mV；
  • 外部干扰用接地平面隔离：PCB 采用 “接地平面” 设计（双层 PCB 的底层全铺铜接地），MCU 的信号线路和电源线路靠近接地平面，接地平面能吸收外部辐射干扰，相当于 “电磁屏障”。某家电 MCU PCB，无接地平面时受微波炉辐射影响，UART 通信误码率达 10%，加接地平面后误码率降至 0.1%；
  • 关键线路加屏蔽层：若 MCU 有长距离信号线（如≥10cm 的传感器连线），采用屏蔽线（外层为金属网，内层为信号线），屏蔽层一端接地（单点接地，避免地环路），减少外部辐射耦合。

干扰二：信号串扰，数字信号与模拟信号 “相互干扰”

• 应对方案：分区布局 + 隔离
  • 数字区与模拟区 “物理隔离”：在 PCB 上划分 “数字区” 和 “模拟区”，中间留≥2mm 的隔离带（隔离带铺接地铜箔），数字信号线路和模拟信号线路不交叉、不平行（平行间距≥3mm），避免电容耦合。某温度采集 MCU PCB，数字线路与模拟线路平行布线，采集噪声从 10mV 升至 40mV，交叉布线改为垂直后噪声降至 8mV；
  • 模拟信号加滤波电路：在模拟传感器与 MCU ADC 引脚之间加 RC 滤波电路（如 1kΩ 电阻 + 0.1μF 电容），截止频率≤1kHz，滤除高频串扰噪声；若干扰严重，可加差分放大器（如 AD8221），将模拟信号转为差分信号传输，抗串扰能力提升 10 倍。某压力传感器 MCU PCB，加差分放大器后，串扰噪声从 30mV 降至 2mV，采集精度恢复正常；
  • 数字地与模拟地 “单点连接”：数字地和模拟地在 PCB 上分开布局，仅在靠近 MCU 的公共接地点连接（可通过 0Ω 电阻或磁珠连接，磁珠能抑制高频噪声串扰），避免数字地的噪声通过地环路串扰到模拟地。

干扰三：电源噪声干扰，来自电源转换或负载变化

• 应对方案：多级滤波 + 电压钳位
  • 电源入口加共模电感：在 MCU 电源的入口处串联共模电感（如 TDK ACM2012，阻抗 600Ω@100MHz），能抑制电源线上的共模噪声（如外部设备通过电源耦合的干扰），配合 X 电容（0.1μF/250V）和 Y 电容（1000pF/250V），组成 EMC 滤波电路，电源噪声可减少 60%；
  • 电源线上加 TVS 管：在 MCU 电源引脚与地之间并联 TVS 管（如 SMBJ3.3CA），当出现电压尖峰（如≥4.5V）时，TVS 管快速导通，将电压钳位在安全范围，保护 MCU 不被高压损坏。某电机控制 MCU PCB，未加 TVS 管时电机启动的电压尖峰导致 MCU 频繁复位，加 TVS 管后故障消失；
  • 负载端加续流二极管：若 MCU 控制感性负载（如继电器、小电机），在负载两端反向并联续流二极管（如 1N4001），吸收负载断电时产生的反向电动势，避免电动势通过电源线路干扰 MCU。