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[導讀]在PCB設計中,布線是完成產品設計的重要步驟,可以說前面的準備工作都是為它而做的,在整個PCB中,以布線的設計過程限定最高,技巧最細、工作量最大。

在PCB設計中,布線是完成產品設計的重要步驟,可以說前面的準備工作都是為它而做的,在整個PCB中,以布線的設計過程限定最高,技巧最細、工作量最大。

?PCB設計中的抗干擾措施主要包括以下幾個方面?:

?電源線和地線設計?:

?加粗電源線?:根據(jù)電流大小適當加寬電源線的寬度,以減少環(huán)路電阻。電源線和地線的布局應與數(shù)據(jù)傳輸方向一致,這有助于提升抗噪聲性能?12。

?單點接地與多點接地?:在低頻電路中采用單點接地,高頻電路中采用多點接地。當信號工作頻率在1至10MHz時,地線長度不應超過波長的1/20,否則應采用多點接地法?1。

?數(shù)字地與模擬地分開?:在布局時,盡量將數(shù)字和模擬電路的地線分開,低頻電路采用單點并聯(lián)接地,高頻電路采用多點串聯(lián)接地?12。

?加粗接地線?:接地線應盡量加粗,確保能通過三倍于印制電路板的允許電流,寬度建議大于3mm?12。

?閉環(huán)地線?:對于純數(shù)字電路的印制板,構成閉環(huán)路的地線有助于提高抗噪聲能力?12。

?退耦電容配置?:

?電源輸入端跨接電容?:在電源輸入端跨接10至100μF的電解電容器,并在每個集成芯片的Vcc和GND之間跨接0.01至0.1μF的陶瓷電容?13。

?高頻旁路電容?:對抗噪能力弱的器件,如ROM、RAM等,應在Vcc和GND間接去耦電容?3。

?布局和布線?:

?元器件布局?:高頻元器件應盡量靠近,輸入和輸出元件應遠離。重量超過15g的元器件應固定在支架上?4。

?導線布設?:導線的種類、線徑、走線方式、線間距離等都會影響電感、電阻和噪聲耦合,合理布線可以減少干擾?5。

?屏蔽?:對于高頻信號和數(shù)字信號,屏蔽電纜的兩端都接地,以防止電磁干擾?5。

?其他措施?:

?濾波?:在電源輸入端接入濾波器,降低來自電網(wǎng)的電磁干擾?5。

?隔離?:采取電位隔離或空間隔離措施,預防外界干擾?5。

PCB布線有單面布線、 雙面布線及多層布線。布線的方式也有兩種:自動布線及交互式布線,在自動布線之前,可以用交互式預先對要求比較嚴格的線進行布線,輸入端與輸出端的邊線應避免相鄰平行, 以免產生反射干擾。必要時應加地線隔離,兩相鄰層的布線要互相垂直,平行容易產生寄生耦合。

自動布線的布通率,依賴于良好的布局,布線規(guī)則可以預先設定, 包括走線的彎曲次數(shù)、導通孔的數(shù)目、步進的數(shù)目等。一般先進行探索式布經線,快速地把短線連通,然后進行迷宮式布線,先把要布的連線進行全局的布線路徑優(yōu)化,它可以根據(jù)需要斷開已布的線。并試著重新再布線,以改進總體效果。

對目前高密度的PCB設計已感覺到貫通孔不太適應了, 它浪費了許多寶貴的布線通道,為解決這一矛盾,出現(xiàn)了盲孔和埋孔技術,它不僅完成了導通孔的作用,還省出許多布線通道使布線過程完成得更加方便,更加流暢,更為完善,PCB 板的設計過程是一個復雜而又簡單的過程,要想很好地掌握它,還需廣大電子工程設計人員去自已體會,才能得到其中的真諦。

1 、電源、地線的處理

既使在整個PCB板中的布線完成得都很好,但由于電源、 地線的考慮不周到而引起的干擾,會使產品的性能下降,有時甚至影響到產品的成功率。所以對電源、地線的布線要認真對待,把電源、地線所產生的噪音干擾降到最低限度,以保證產品的質量。

對每個從事電子產品設計的工程人員來說都明白地線與電源線之間噪音所產生的原因,現(xiàn)只對降低式抑制噪音作以表述:

眾所周知的是在電源、地線之間加上去耦電容。

盡量加寬電源、地線寬度,最好是地線比電源線寬,它們的關系是:地線>電源線>信號線,通常信號線寬為:0.2~0.3mm,最經細寬度可達0.05~0.07mm,電源線為1.2~2.5 mm

對數(shù)字電路的PCB可用寬的地導線組成一個回路, 即構成一個地網(wǎng)來使用(模擬電路的地不能這樣使用)

用大面積銅層作地線用,在印制板上把沒被用上的地方都與地相連接作為地線用?;蚴亲龀啥鄬影澹娫?,地線各占用一層。

2、數(shù)字電路與模擬電路的共地處理

現(xiàn)在有許多PCB不再是單一功能電路(數(shù)字或模擬電路),而是由數(shù)字電路和模擬電路混合構成的。因此在布線時就需要考慮它們之間互相干擾問題,特別是地線上的噪音干擾。

數(shù)字電路的頻率高,模擬電路的敏感度強,對信號線來說,高頻的信號線盡可能遠離敏感的模擬電路器件,對地線來說,整人PCB 對外界只有一個結點,所以必須在PCB內部進行處理數(shù)、模共地的問題,而在板內部數(shù)字地和模擬地實際上是分開的它們之間互不相連,只是在PCB與外界連接的接口處(如插頭等)。數(shù)字地與模擬地有一點短接,請注意,只有一個連接點。也有在PCB上不共地的,這由系統(tǒng)設計來決定。

3、信號線布在電(地)層上

在多層印制板布線時,由于在信號線層沒有布完的線剩下已經不多,再多加層數(shù)就會造成浪費也會給生產增加一定的工作量,成本也相應增加了,為解決這個矛盾,可以考慮在電(地)層上進行布線。首先應考慮用電源層,其次才是地層。因為最好是保留地層的完整性。

4、大面積導體中連接腿的處理

在大面積的接地(電)中,常用元器件的腿與其連接,對連接腿的處理需要進行綜合的考慮,就電氣性能而言,元件腿的焊盤與銅面滿接為好,但對元件的焊接裝配就存在一些不良隱患如:①焊接需要大功率加熱器。②容易造成虛焊點。所以兼顧電氣性能與工藝需要,做成十字花焊盤,稱之為熱隔離(heat shield)俗稱熱焊盤(Thermal),這樣,可使在焊接時因截面過分散熱而產生虛焊點的可能性大大減少。多層板的接電(地)層腿的處理相同。

5、布線中網(wǎng)絡系統(tǒng)的作用

在許多CAD系統(tǒng)中,布線是依據(jù)網(wǎng)絡系統(tǒng)決定的。網(wǎng)格過密,通路雖然有所增加,但步進太小,圖場的數(shù)據(jù)量過大,這必然對設備的存貯空間有更高的要求,同時也對象計算機類電子產品的運算速度有極大的影響。而有些通路是無效的,如被元件腿的焊盤占用的或被安裝孔、定們孔所占用的等。網(wǎng)格過疏,通路太少對布通率的影響極大。所以要有一個疏密合理的網(wǎng)格系統(tǒng)來支持布線的進行。

標準元器件兩腿之間的距離為0.1英寸(2.54mm),所以網(wǎng)格系統(tǒng)的基礎一般就定為0.1英寸(2.54 mm)或小于0.1英寸的整倍數(shù),如:0.05英寸、0.025英寸、0.02英寸等。

6、設計規(guī)則檢查(DRC)

布線設計完成后,需認真檢查布線設計是否符合設計者所制定的規(guī)則,同時也需確認所制定的規(guī)則是否符合印制板生產工藝的需求,一般檢查有如下幾個方面:

線與線,線與元件焊盤,線與貫通孔,元件焊盤與貫通孔,貫通孔與貫通孔之間的距離是否合理,是否滿足生產要求。

電源線和地線的寬度是否合適,電源與地線之間是否緊耦合(低的波阻抗)?在PCB中是否還有能讓地線加寬的地方。

對于關鍵的信號線是否采取了最佳措施,如長度最短,加保護線,輸入線及輸出線被明顯地分開。

模擬電路和數(shù)字電路部分,是否有各自獨立的地線。

后加在PCB中的圖形(如圖標、注標)是否會造成信號短路。

對一些不理想的線形進行修改。

在PCB上是否加有工藝線?阻焊是否符合生產工藝的要求,阻焊尺寸是否合適,字符標志是否壓在器件焊盤上,以免影響電裝質量。

多層板中的電源地層的外框邊緣是否縮小,如電源地層的銅箔露出板外容易造成短路。

在電子產品設計中,接地是控制干擾的關鍵方法。若能將接地與屏蔽合理結合,可解決大部分干擾問題。電子產品中的地線結構主要有系統(tǒng)地、機殼地(屏蔽地)、數(shù)字地(邏輯地)和模擬地等。地線設計需注意以下幾點:

1. 準確選擇單點接地與多點接地:

a. 在低頻電路中,當信號工作頻率小于 1MHz 時,布線和器件間的電感影響較小,而接地電路形成的環(huán)流對干擾影響較大,所以應采用一點接地方式。

b. 當信號工作頻率大于 10MHz 時,地線阻抗會變得很大,此時應盡量降低地線阻抗,采用就近多點接地。

c. 當工作頻率在 1 至 10MHz 時,如果采用一點接地,其地線長度不應超過波長的 1/20,否則應采用多點接地法。

2. 數(shù)字地與模擬地分開:

a. 電路板上既有高速邏輯電路又有線性電路時,應盡量將它們分開,且兩者的地線不要混合,分別與電源端地線相連。

b. 低頻電路的地應盡量采用單點并聯(lián)接地,若實際布線有困難,可部分串聯(lián)后再并聯(lián)接地。

c. 高頻電路適宜采用多點串聯(lián)接地,地線應短而粗,高頻元件周圍盡量使用柵格狀大面積地箔,并盡量加大線性電路的接地面積。

3. 接地線應盡量加粗:

a. 若接地線過細,接地電位會隨電流變化而變化,導致電子產品的定時信號電平不穩(wěn)定,抗噪聲性能降低。因此,應將接地線盡量加粗,使其能通過三倍于印制電路板的允許電流。如有可能,接地線寬度應大于 3mm。

4. 接地線構成閉環(huán)路:

a. 在設計僅由數(shù)字電路組成的印制電路板地線系統(tǒng)時,將接地線做成閉路可以顯著提高抗噪聲能力。原因在于印制電路板上有很多集成電路元件,尤其是有耗電多的元件時,受接地線粗細限制會在地線上產生較大電位差,引起抗噪能力下降。而將接地線構成環(huán)路,則會縮小電位差值,提升電子設備的抗噪聲能力。

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