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PCB資訊

PCB資訊 - 設計PCB 的 5 個基本技巧

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PCB資訊 - 設計PCB 的 5 個基本技巧

設計PCB 的 5 個基本技巧
2019-07-26
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Author:iPCB      分享文章

PCB是現代電子產品的覈心。 打開任何電子設備,你會發現裡面有一塊PCB。 這些東西乍一看可能很複雜,但實際上PCB設計和構建非常簡單。


一、PCB的尺寸與器件的佈置

PCB大小要適中,過大時印製線條長,阻抗新增,不僅抗雜訊能力下降,成本也高; 過小,則散熱不好,同時易受臨近線條干擾。 在器件佈置方面與其它邏輯電路一樣,應把相互有關的器件儘量放得靠近些,這樣可以獲得較好的抗雜訊效果。 時鐘發生器、晶振和CPU的時鐘輸入端都易產生雜訊,要相互靠近些。 易產生雜訊的器件、小電流電路、大電流電路等應儘量遠離邏輯電路,如有可能,應另做電路板,這一點十分重要。


二、去耦電容配寘

在直流電源回路中,負載的變化會引起電源雜訊。 例如在數位電路中,當電路從一個狀態轉換為另一種狀態時,就會在電源線上產生一個很大的尖峰電流,形成瞬變的雜訊電壓。 配寘去耦電容可以抑制因負載變化而產生的雜訊,是PCB的可靠性設計的一種常規做法。

配寘原則如下:

電源輸入端跨接一個10~100uF的電解電容器,如果PCB的位置允許,採用100uF以上的電解電容器的抗干擾效果會好。

為每個集成電路晶片配寘一個0.01uF的陶瓷電容器。 如遇到PCB空間小而裝不下時,可每4~10個晶片配寘一個1~10uF鉭電解電容器,這種器件的高頻阻抗特別小,在500kHz~20MHz範圍內阻抗小於1Ω,而且漏電流很小(0.5uA以下)。

對於雜訊能力弱、關斷時電流變化大的器件和ROM、RAM等存儲型器件,應在晶片的電源線(Vcc)和地線(GND)間直接接入去耦電容。

去耦電容的引線不能過長,特別是高頻旁路電容不能帶引線。

PCB設計

三、散熱設計

從有利於散熱的角度出發,印製版最好是直立安裝,板與板之間的距離一般不應小於2cm,而且器件在印製版上的排列方式應遵循一定的規則:

1、對於採用自由對流空氣冷卻的設備,最好是將集成電路(或其它器件)按縱長管道排列; 對於採用強制空氣冷卻的設備,最好是將集成電路(或其它器件)按橫長管道排。

2、同一塊印製板上的器件應盡可能按其發熱量大小及散熱程度分區排列,發熱量小或耐熱性差的器件(如小訊號電晶體、小規模集成電路、電解電容等)放在冷卻氣流的最上流(入口處),發熱量大或耐熱性好的器件(如功率電晶體、大規模集成電路等)放在冷卻氣流最下游。

3、在水平方向上,大功率器件儘量靠近印製板邊沿佈置,以便縮短傳熱路徑; 在垂直方向上,大功率器件儘量靠近印製板上方佈置,以便减少這些器件工作時對其它器件溫度的影響。

4、對溫度比較敏感的器件最好安置在溫度最低的區域(如設備的底部),千萬不要將它放在發熱器件的正上方,多個器件最好是在水平面上交錯佈局。

5、設備內印製板的散熱主要依靠空氣流動,所以在設計時要研究空氣流動路徑,合理配置器件或PCB。 空氣流動時總是趨向於阻力小的地方流動,所以在PCB上配寘器件時,要避免在某個區域留有較大的空域。


四、電磁相容性設計

電磁相容性是指電子設備在各種電磁環境中仍能够協調、有效地進行工作的能力。 電磁相容性設計的目的是使電子設備既能抑制各種外來的干擾,使電子設備在特定的電磁環境中能够正常工作,同時又能减少電子設備本身對其它電子設備的電磁干擾。

1、選擇合理的導線寬度

由於瞬變電流在印製線條上所產生的衝擊干擾主要是由印製導線的電感成分造成的,囙此應儘量减小印製導線的電感量。 印製導線的電感量與其長度成正比,與其寬度成反比,因而短而精的導線對抑制干擾是有利的。 時鐘引線、行驅動器或匯流排驅動器的訊號線常常載有大的瞬變電流,印製導線要盡可能地短。 對於分立組件電路,印製導線寬度在1.5mm左右時,即可完全滿足要求; 對於集成電路,印製導線寬度可在0.2~1.0mm之間選擇。

2、採用正確的佈線策略

採用平等走線可以减少導線電感,但導線之間的互感和分佈電容新增,如果佈局允許,最好採用井字形網狀佈線結構,具體做法是印製板的一面橫向佈線,另一面縱向佈線,然後在交叉孔處用金屬化孔相連。 為了抑制印製板導線之間的串擾,在設計佈線時應儘量避免長距離的平等走線。


五、地線設計

在電子設備中,接地是控制干擾的重要方法。 如能將接地和遮罩正確結合起來使用,可解决大部分干擾問題。 電子設備中地線結構大致有系統地、機殼地(遮罩地)、數位地(邏輯地)和類比地等。 在地線設計中應注意以下幾點:

1、正確選擇單點接地與多點接地

在低頻電路中,訊號的工作頻率小於1MHz,它的佈線和器件間的電感影響較小,而接地電路形成的環流對干擾影響較大,因而應採用一點接地。 當訊號工作頻率大於10MHz時,地線阻抗變得很大,此時應儘量降低地線阻抗,應採用就近多點接地。 當工作頻率在1~10MHz時,如果採用一點接地,其地線長度不應超過波長的1/20,否則應採用多點接地法。

2、將數位電路與類比電路分開

電路板上既有高速邏輯電路,又有線性電路,應使它們儘量分開,而兩者的地線不要相混,分別與電源端地線相連。 要儘量加大線性電路的接地面積。

3、儘量加粗接地線

若接地線很細,接地電位則隨電流的變化而變化,致使電子設備的定時信號電平不穩,抗雜訊效能變壞。 囙此應將接地線儘量加粗,使它能通過三位於PCB的允許電流。 如有可能,接地線的寬度應大於3mm.

4、將接地線構成閉環路

設計只由數位電路組成的PCB的地線系統時,將接地線做成閉環路可以明顯的提高抗雜訊能力。 其原因在於:PCB上有很多集成電路組件,尤其遇有耗電多的組件時,因受接地線粗細的限制,會在地結上產生較大的電位差,引起抗雜訊能力下降,若將接地結構成環路,則會縮小電位差值,提高電子設備的抗雜訊能力。

PCB

PCB

另外設計PCB應該注意

無論您多麼勤奮,也無論您事先計畫了多少,遲早您都將不得不解决PCB的某種問題。 發生這種情況時,如果您最重要的組件被隱藏起來並且難以訪問,您會發現解决問題會更加困難。

這是良好的PCB設計的一個關鍵方面。 當您在自己的PCB上工作時,它會產生很大的不同,但當您在進行合作項目時,或者如果您想生產可以由其他人修理的PCB時,這一點就更為重要。


嘗試將盡可能多的組件裝入一個小空間可能很誘人,但這可能會被證明是一個致命的錯誤。 即使它看起來幾乎適合紙上,您也需要考慮到銅跡線會膨脹的事實。 如果您沒有留出足够的空間,您還會發現很難有效地將電線穿過電路板。 通過在電線之間留出適當的空間,您將確保您能够使用電路板上的垂直和水准空間,並且可以自由地為您的組件選擇最有效的佈線選項。


改變不同層之間的佈線方向是另一個設計原則,可以更輕鬆地排除電路板的任何問題。 您應該在無聊的一側繪製垂直軌跡,在另一側繪製水准軌跡。 如果使用多個層,請確保在層之間交替跟踪器的方向。

銅線的寬度越大,它們提供的電阻就越小。 這反過來又意味著它們散發的熱量也减少了。 在設計PCB時,您應該根據您認為將要流過的電流來設定走線的寬度。 這意味著您的電源線應該是PCB上最粗的,因為它們將承載電流。

選擇合適的PCB設計軟體將對最終結果的質量產生很大的影響。 這不僅僅是尋找最昂貴和功能最豐富的軟件,您還需要找到您認為最容易學習和使用的軟件。


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