如何改善PCB設(shè)計(jì)的基本問(wèn)題和技巧？

在設(shè)計(jì)PCB時(shí)，我們通常會(huì)依賴(lài)以前在網(wǎng)上通常會(huì)找到的經(jīng)驗(yàn)和技巧。每個(gè)PCB設(shè)計(jì)都可以針對(duì)特定應(yīng)用進(jìn)行優(yōu)化，通常，其設(shè)計(jì)規(guī)則僅適用于目標(biāo)應(yīng)用。例如，模數(shù)轉(zhuǎn)換器PCB規(guī)則不適用于RF PCB，反之亦然。但是，某些準(zhǔn)則對(duì)于任何PCB設(shè)計(jì)都可以視為通用的。在這里，在本教程中，我們將介紹一些可以顯著改善PCB設(shè)計(jì)的基本問(wèn)題和技巧。

電源和信號(hào)分配

配電是任何電氣設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵要素。您所有的組件都依靠力量來(lái)發(fā)揮其功能。根據(jù)您的設(shè)計(jì)，某些元件可能具有最佳的電源連接，而在同一塊板上的某些元件可能具有最差的電源連接。例如，如果所有組件都由一條走線(xiàn)供電，則每個(gè)組件將觀察到不同的阻抗，從而導(dǎo)致多個(gè)接地參考。例如，如果您有兩個(gè)ADC電路，一個(gè)在開(kāi)始，另一個(gè)在末尾，并且兩個(gè)ADC都讀取一個(gè)外部電壓，則每個(gè)模擬電路將讀取相對(duì)于它們自己的不同電勢(shì)。

我們可以用3種可能的方式總結(jié)功率分布：?jiǎn)吸c(diǎn)源，星形源和多點(diǎn)源。

（a）單點(diǎn)電源：每個(gè)組件的電源和地線(xiàn)均彼此分開(kāi)。所有組件的電源走線(xiàn)僅在單個(gè)參考點(diǎn)匯合。單點(diǎn)被認(rèn)為是最適合功率的。但是，對(duì)于復(fù)雜或大型/中型項(xiàng)目，這是不可行的。

（b）星源：星源可以看作是單點(diǎn)源的改進(jìn)。由于其關(guān)鍵特性，它有所不同：組件之間的走線(xiàn)長(zhǎng)度相同。星型連接通常用于帶有各種時(shí)鐘的復(fù)雜高速信號(hào)板。在高速信號(hào)PCB中，信號(hào)通常來(lái)自邊緣，然后到達(dá)中心。所有信號(hào)都可以從中心傳到電路板的任何區(qū)域，并且區(qū)域之間的延遲最小。

（c）多點(diǎn)源：在任何情況下都被認(rèn)為是最差的。但是，它最容易在任何電路中使用。多點(diǎn)源可能會(huì)在組件之間以及公共阻抗耦合中產(chǎn)生參考差異。這種設(shè)計(jì)風(fēng)格還允許高開(kāi)關(guān)IC，時(shí)鐘和RF電路在共享連接的附近電路中引入噪聲。

當(dāng)然，在我們的日常生活中，我們將無(wú)法總是擁有單一類(lèi)型的分布。我們可以取得的最佳折衷是將單點(diǎn)源與多點(diǎn)源混合在一起。你可以將模擬敏感設(shè)備和高速/ RF系統(tǒng)放在一個(gè)點(diǎn)中，同時(shí)將所有其他不那么敏感的外圍設(shè)備都放在一個(gè)點(diǎn)中。

動(dòng)力飛機(jī)

您是否想過(guò)是否應(yīng)該使用電源飛機(jī)？答案是肯定的。電源板是傳遞功率并降低任何電路的噪聲的最佳方法之一。電源平面縮短了接地路徑，降低了電感，提高了電磁兼容性（EMC）性能。還應(yīng)歸功于，兩側(cè)的電源平面還會(huì)產(chǎn)生一個(gè)平行板去耦電容器，從而防止了噪聲傳播。

電源板還有一個(gè)明顯的優(yōu)勢(shì)：由于面積較大，它允許更大的電流通過(guò)，從而增加了PCB的工作溫度范圍。但請(qǐng)注意：電源層可改善工作溫度，但也必須考慮走線(xiàn)。跟蹤規(guī)則由IPC-2221和IPC-9592給出

對(duì)于帶有RF源的PCB（或任何高速信號(hào)應(yīng)用），您必須具有完整的接地層以提高電路板的性能。信號(hào)必須位于不同的平面上，并且使用兩層板幾乎不可能同時(shí)達(dá)到兩個(gè)要求。如果要設(shè)計(jì)天線(xiàn)或任何低復(fù)雜度的RF板，則可以使用兩層來(lái)實(shí)現(xiàn)。下圖顯示了您的PCB如何更好地使用這些平面的圖示。

在混合信號(hào)設(shè)計(jì)中，制造商通常建議將模擬地與數(shù)字地分開(kāi)。靈敏的模擬電路很容易受到高速開(kāi)關(guān)和信號(hào)的影響。如果模擬和數(shù)字接地不同，則接地平面將分開(kāi)。但是，有如下缺點(diǎn)。我們應(yīng)該注意主要是由接地平面的不連續(xù)性造成的分割地面的串?dāng)_和環(huán)路區(qū)域。下圖顯示了兩個(gè)分開(kāi)的接地平面的示例。在左側(cè)，返回電流無(wú)法沿著信號(hào)走線(xiàn)直接通過(guò)，因此會(huì)出現(xiàn)環(huán)路區(qū)域，而不會(huì)在右側(cè)環(huán)路區(qū)域進(jìn)行設(shè)計(jì)。

電磁兼容性和電磁干擾（EMI）

對(duì)于高頻設(shè)計(jì)（例如RF系統(tǒng)），EMI可能是一個(gè)很大的缺點(diǎn)。前面討論的接地層有助于減輕EMI，但是根據(jù)您的PCB，接地層可能會(huì)帶來(lái)其他問(wèn)題。在具有四層或更多層的疊層板中，飛機(jī)的距離至關(guān)重要。當(dāng)平面間電容小時(shí)，電場(chǎng)將在板上擴(kuò)展。同時(shí)，兩個(gè)平面之間的阻抗減小，允許返回電流流到信號(hào)平面。這將對(duì)穿過(guò)平面的任何高頻信號(hào)產(chǎn)生EMI。

避免產(chǎn)生EMI的簡(jiǎn)單解決方案是：防止高速信號(hào)穿越多層。添加去耦電容器；并在信號(hào)走線(xiàn)周?chē)胖媒拥剡^(guò)孔。下圖顯示了具有高頻信號(hào)的良好PCB設(shè)計(jì)。

過(guò)濾噪音

旁路電容器和鐵氧體磁珠是用于過(guò)濾任何組件產(chǎn)生的噪聲的電容器?；旧?，如果在任何高速應(yīng)用中使用，則任何I / O引腳都可能成為噪聲源。為了更好地利用這些內(nèi)容，我們將不得不注意以下幾點(diǎn)：

始終將鐵氧體磁珠和旁路電容器放置在盡可能靠近噪聲源的位置。

當(dāng)我們使用自動(dòng)放置和自動(dòng)布線(xiàn)時(shí)，應(yīng)該考慮距離來(lái)進(jìn)行檢查。

避免過(guò)孔和過(guò)濾器與組件之間的任何其他走線(xiàn)。

如果有接地層，請(qǐng)使用多個(gè)通孔將其正確接地。

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