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高質(zhì)量PCB設(shè)計(jì)理論

作者: 時(shí)間:2012-06-08 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

本文為關(guān)于圖布線的部分經(jīng)驗(yàn)總結(jié),文中內(nèi)容主要適用于高精度模擬系統(tǒng)或低頻(50MHz)數(shù)字系統(tǒng)。

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/190282.htm

1.組件布置

組件布置合理是設(shè)計(jì)出優(yōu)質(zhì)的圖的基本前提。關(guān)于組件布置的要求主要有安裝、受力、受熱、信號、美觀六方面的要求。

1.1.安裝

指在具體的應(yīng)用場合下,為了將電路板順利安裝進(jìn)機(jī)箱、外殼、插槽,不致發(fā)生空間干涉、短路等事故,并使指定接插件處于機(jī)箱或外殼上的指定位置而提出的一系列基本要求。這里不再贅述。

1.2.受力

電路板應(yīng)能承受安裝和工作中所受的各種外力和震動。為此電路板應(yīng)具有合理的形狀,板上的各種孔(螺釘孔、異型孔)的位置要合理安排。一般孔與板邊距離至少要大于孔的直徑。同時(shí)還要注意異型孔造成的板的最薄弱截面也應(yīng)具有足夠的抗彎強(qiáng)度。板上直接伸出設(shè)備外殼的接插件尤其要合理固定,保證長期使用的可靠性。

1.3.受熱

對于大功率的、發(fā)熱嚴(yán)重的器件,除保證散熱條件外,還要注意放置在適當(dāng)?shù)奈恢谩S绕湓诰艿哪M系統(tǒng)中,要格外注意這些器件產(chǎn)生的溫度場對脆弱的前級放大電路的不利影響。一般功率非常大的部分應(yīng)單獨(dú)做成一個模塊,并與信號處理電路間采取一定的熱隔離措施。

1.4.信號

信號的干擾版圖設(shè)計(jì)中所要考慮的最重要的因素。幾個最基本的方面是:弱信號電路與強(qiáng)信號電路分開甚至隔離;交流部分與直流部分分開;高頻部分與低頻部分分開;注意信號線的走向;地線的布置;適當(dāng)?shù)钠帘?、濾波等措施。這些都是大量的論著反復(fù)強(qiáng)調(diào)過的,這里不再重復(fù)。

1.5.美觀

不僅要考慮組件放置的整齊有序,更要考慮走線的優(yōu)美流暢。由于一般外行人有時(shí)更強(qiáng)調(diào)前者,以此來片面評價(jià)電路設(shè)計(jì)的優(yōu)劣,為了產(chǎn)品的形象,在性能要求不苛刻時(shí)要優(yōu)先考慮前者。但是,在高性能的場合,如果不得不采用雙面板,而且電路板也封裝在里面,平時(shí)看不見,就應(yīng)該優(yōu)先強(qiáng)調(diào)走線的美觀。下一小節(jié)將會具體討論布線的美學(xué)。

2.布線原則

下面詳細(xì)介紹一些文獻(xiàn)中不常見的抗干擾措施??紤]到實(shí)際應(yīng)用中,尤其是產(chǎn)品試制中,仍大量采用雙面板,以下內(nèi)容主要針對雙面板。

2.1.布線美學(xué)

轉(zhuǎn)彎時(shí)要避免直角,盡量用斜線或圓弧過渡。

走線要整齊有序,分門別類集中排列,不僅可以避免不同性質(zhì)信號的相互干擾,也便于檢查和修改。 對于數(shù)字系統(tǒng),同一陣營的信號線(如數(shù)據(jù)線、地址線)之間不必?fù)?dān)心干擾的問題,但類似讀、寫、時(shí)鐘這樣的控制性信號,就應(yīng)該獨(dú)來獨(dú)往,最好用地線保護(hù)起來。

大面積鋪地(下面會進(jìn)一步論述)時(shí),地線(其實(shí)應(yīng)該是地面)與信號線間盡量保持合理的相等距離,在防止短路、漏電的前提下盡量靠近。

對于弱電系統(tǒng),地線與電源線要盡量靠近。

使用表貼組件的系統(tǒng),信號線盡量全走正面。

2.2.地線布置

文獻(xiàn)中對地線的重要性及布置原則有很多論述,但關(guān)于實(shí)際PCB中的地線排布仍然缺乏詳細(xì)準(zhǔn)確的介紹。我的經(jīng)驗(yàn)是,為了提高系統(tǒng)的可靠性(而不只是做出一個實(shí)驗(yàn)樣機(jī)),對地線無論怎樣強(qiáng)調(diào)都不為過,尤其是在微弱信號處理中。為此,必須不遺余力地貫徹大面積鋪地的原則。

鋪地時(shí),一般必須是網(wǎng)格狀地,除非那些被其它線路分割出來的零星地盤。網(wǎng)格狀地的受熱性能和高頻導(dǎo)電性能都要大大優(yōu)于整塊的地線。在雙面板布線中,有時(shí)為了走信號線,不得不將地線分割開,這對于保持足夠低的地電阻是極為不利的。為此,必須采用一系列的小聰明手段來保證地電流的通暢。這些技巧包括:

大量使用表面貼裝組件,省去焊孔所占用的本來應(yīng)屬于地線的空間。

充分利用正面空間:在大量使用表面貼裝組件的場合下,設(shè)法使信號線盡量走頂層,將底層無私地讓給地線,這其中又涉及到無數(shù)細(xì)碎的小竅門,本人拙作《PCB技巧之一:交換管腳》中就有一招,還有很多類似的法術(shù),以后會陸續(xù)寫出。

合理安排信號線,將板上的重要地帶,尤其是腹地(這里關(guān)系到整個板地線的溝通)讓給地線,只要精心設(shè)計(jì),這一點(diǎn)還是能做到的。

正面與反面的配合:有時(shí)在板的某一面,地線實(shí)在是走投無路了,這時(shí)可設(shè)法使兩面的布線相互協(xié)調(diào),此處不留爺,自有留爺處,在反面的相對應(yīng)位置空出一塊足夠的地盤鋪設(shè)地線,再通過數(shù)量足夠、位置合理的過孔(考慮到過孔有較大的電阻),通過這?quot;橋梁將被橫行而過的信號線強(qiáng)行分割卻又戀戀不舍、盼望統(tǒng)一的兩岸連成一個導(dǎo)電性能足夠的整體。

狗急跳墻的著數(shù):實(shí)在滕不出地方而又不甘心龐大的地線被區(qū)區(qū)一根信號線攔腰切斷時(shí),就讓這個信號委屈一點(diǎn),走跨接線吧。有時(shí),我不甘心僅僅拉一根光禿禿的導(dǎo)線,這個信號恰好又要經(jīng)過一個電阻或其它長腳的器件,我就可以名正言順的延長這個器件的管腳,使之兼任跨接線的職務(wù),既通過了信號,又避免了跨接線這個不體面的稱呼:-(當(dāng)然,在大多數(shù)情況下,我總可以讓這樣的信號從合適的地方通過而避免與地線的交叉,唯一需要的是觀察力和想象力。

起碼的原則:地電流的路徑要合理,大電流與微弱的信號電流決不能并肩前進(jìn)。有時(shí),選擇合理的路徑,一個排的地線抵得上不合理配置的一個集團(tuán)軍。

最后,順便說明一點(diǎn),有一句名言:你可以相信你的母親,但永遠(yuǎn)不要相信你的地。在極微弱信號處理的場合(微伏以下),即使不擇手段保證了地電位的一致,電路上關(guān)鍵點(diǎn)的地電位差別仍然要超過被處理信號的幅度,至少是同一量級,即使靜態(tài)電位合適了,瞬時(shí)的電位差仍然可能很大。對于這樣的場合,首先要在原理上使電路的工作盡可能的不依賴于地電位。


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