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如何设计高质量的PCB线路板?

  文爲关于pcb线路图布线的局部经历总结,文中内容次要适用于高精度模仿零碎或低频(<50MHz)数字零碎。

  1.组件布置

  组件布置合理是设计出优质的PCB图的根本前提。关于组件布置的要求次要有装置、受力、受热、信号、美观六方面的要求。

  1.1.装置

  指在详细的使用场所下,爲了将电路板顺利装置进机箱、外壳、插槽,不致发作空间干预、短路等事故,并使指定接插件处于机箱或外壳上的指定地位而提出的一系列根本要求。这里不再赘述。

  1.2.受力

  电路板应能接受装置和任务中所受的各种外力和震动。爲此电路板应具有合理的外形,板上的各种孔(螺钉孔、异型孔)的地位要合理布置。普通孔与板边间隔至多要大于孔的直径。同时还要留意异型孔形成的板的最单薄截面也应具有足够的抗弯强度。板上间接"伸"出设备外壳的接插件尤其要合理固定,保证临时运用的牢靠性。

  1.3.受热

  关于大功率的、发热严重的器件,除保证散热条件外,还要留意放置在适当的地位。尤其在精细的模仿零碎中,要格外留意这些器件发生的温度场对软弱的前级缩小电路的不利影响。普通功率十分大的局部应独自做成一个模块,并与信号处置电路间采取一定的热隔离措施。

  1.4.信号

  信号的搅扰PCB幅员设计中所要思索的最重要的要素。几个最根本的方面是:弱信号电路与强信号电路分开甚至隔离;交流局部与直流局部分开;高频局部与低频局部分开;留意信号线的走向;地线的布置;适当的屏蔽、滤波等措施。这些都是少量的论着重复强调过的,这里不再反复。

  1.5.美观

  不只要思索组件放置的划一有序,更要思索走线的优美流利。由于普通内行人有时更强调前者,以此来片面评价电路设计的优劣,爲了商品的抽象,在功能要求不苛刻时要优先思索前者。但是,在高功能的场所,假如不得不采用双面板,而且电路板也封装在外面,平常看不见,就应该优先强调走线的美观。下一大节将会详细讨论布线的"美学"。

  2.布线准绳

  上面详细引见一些文献中不罕见的抗搅扰措施。思索到实践使用中,尤其是商品试制中,仍少量采用双面板,以下内容次要针对双面板。

  2.1.布线"美学"

  转弯时要防止直角,尽量用斜线或圆弧过渡。

  走线要划一有序,分门别类集中陈列,不只可以防止不异性质信号的互相搅扰,也便于反省和修正。关于数字零碎,同一阵营的信号线(如数据线、地址线)之间不用担忧搅扰的成绩,但相似读、写、时钟这样的控制性信号,就应该独来独往,最好用地线维护起来。

  大面积铺地(上面会进一步阐述)时,地线(其实应该是地"面")与信号线间尽量坚持合理的相等间隔,在避免短路、漏电的前提下尽量接近。

  关于弱电零碎,地线与电源线要尽量接近。

  运用表贴组件的零碎,信号线尽量全走正面。

  2.2.地线布置

  文献中对地线的重要性及布置准绳有很多阐述,但关于实践PCB中的地线排布依然缺乏详细精确的引见。我的经历是,爲了进步零碎的牢靠性(而不只是做出一个实验样机),对地线无论怎样强调都不爲过,尤其是在微弱信号处置中。爲此,必需不遗余力地贯彻"大面积铺地"的准绳。

  铺地时,普通必需是网格状地,除非那些被其它线路联系出来的零星地盘。网格状地的受热功能和高频导电功能都要大大优于整块的地线。在双面板布线中,有时爲了走信号线,不得不将地线联系开,这关于坚持足够低的地电阻是极爲不利的。爲此,必需采用一系列的"小聪明"手腕来保证地电流的"迟滞"。这些技巧包括:

  少量运用外表贴装组件,省去焊孔所占用的"原本"应属于地线的空间。

  充沛应用正面空间:在少量运用外表贴装组件的场所下,设法使信号线尽量走顶层,将底层"无私"地让给地线,这其中又触及到有数细碎的小诀窍,自己拙作《PCB技巧之一:交流管脚》中就有一招,还有很多相似的法术,当前会陆续写出。

  合理布置信号线,将板上的重要地带,尤其是"腹地"(这里关系到整个板地线的沟通)"让"给地线,只需精心设计,这一点还是能做到的。

  正面与背面的配合:有时在板的某一面,地线真实是"穷途末路"了,这时可设法使两面的布线互相协调,"此处不留爷,自有留爷处",在背面的绝对应地位空出一块足够的地盘铺设地线,再经过数量足够、地位合理的过孔(思索到过孔有较大的电阻),经过这?quot;桥梁"将被横行而过的信号线强行联系却又依依不舍、盼望一致的两岸连成一个导电功能足够的全体。

  狗急跳墙的着数:真实滕不出中央而又不甘愿庞大的地线被区区一根信号线拦腰切断时,就让这个信号冤枉一点,走跨接线吧。有时,我不甘愿仅仅拉一根光秃秃的导线,这个信号恰恰又要经过一个电阻或其它"长脚"的器件,我就可以理直气壮的延伸这个器件的管脚,使之兼任跨接线的职务,既经过了信号,又防止了跨接线这个不面子的称谓:-(当然,在大少数状况下,我总可以让这样的信号从适宜的中央经过而防止与地线的穿插,独一需求的是察看力和想象力。

  最少的准绳:地电流的途径要合理,大电流与微弱的信号电流决不能并肩行进。有时,选择合理的途径,一个排的地线抵得上不合理配置的一个集团军。

  最初,特地阐明一点,有一句名言:"你可以置信你的母亲,但永远不要置信你的地"。在极微弱信号处置的场所(微伏以下),即便不择手腕保证了地电位的分歧,电路上关键点的地电位差异依然要超越被处置信号的幅度,至多是同一量级,即便静态电位适宜了,瞬时的电位差依然能够很大。关于这样的场所,首先要在原理上使电路的任务尽能够的不依赖于地电位。

  2.3.电源线布置与电源滤波

  普通的文献都以为电源线应尽能够粗,对此我不敢完全苟同。只要在大功率(1秒内均匀电源电流能够到达1A)的场所,才必需保证足够的电源线宽度(我的经历,每1A电流对应50mil可以满足大少数场所的需求)。假如只爲了避免信号的窜扰的话,电源线的宽度不是关键。甚至,有时细一些的电源线更有利!电源的质量普通次要不在于其相对值,而在于电源的动摇和迭加的搅扰。处理电源搅扰的关键在于滤波电容!假如你的使用场所对电源质量确实有苛刻的要求,就不要吝啬滤波电容的钱!运用滤波电容时要留意以下几条:

  整个电路的电源输出端应该有"总"的滤波措施,而且各品种型的电容要相互搭配,"一样都不能少",至多不会好事的J关于数字零碎至多要有100uF电解+10uF片钽+0.1uF贴片+1nF贴片。较高频(100kHz)100uF电解+10uF片钽+0.47uF贴片+0.1uF贴片。交流模仿零碎:关于直流及低频模仿零碎:1000uF|1000uF电解+10uF片钽+1uF贴片+0.1uF贴片。

  每个重要芯片身边都应该有"一套"滤波电容。关于数字零碎,一个0.1uF贴片普通就够了,重要的或任务电流较大的芯片还应并上一个10uF片钽或1uF贴片,任务频率最高的芯片(CPU、晶振)还要并10nF|470pF或一个1nF。该电容应尽能够接近芯片的电源管脚并尽能够间接衔接,越小的应越接近。

  关于芯片滤波电容,以内(滤波电容至芯片电源管脚)的一段应尽能够粗,如能采用多根细线并排就更好。有了滤波电容提供低(交流)阻抗电压源并抑制交流耦合搅扰,电容管脚以外(指从总电源至滤波电容的一段)的电源线就不那幺重要了,线宽不用太粗,至多不用爲此占用少量的板面积。某些模仿零碎中还要求电源输出采用RC滤波网络以进一步抑制搅扰,而较细的电源线有时恰恰就兼具RC滤波器中电阻的作用,反而有利。

  关于任务温度变化范围较大的零碎,要留意铝电解电容在高温下功能会降低甚至丧失滤波作用,此时要用适当的钽电容替代之。例如,用100uF钽|1000uF铝替代470uF铝,或用22uF片钽替代100uF铝。

  留意铝电解电容不要离大功率发热器件太近。

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