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基础知识每日一题——第七十八题

高工
2014-09-29 09:53:51     打赏
活动简介:

“每日一题”是EEPW参考西电XDLab社推出的旨向初学者普及基础知识的一项活动,每天在此帖内公布“每日一题”的题目。大家可以根据自己的理解对题目进行回答和相互讨论,我们鼓励大家积极发言。第二天会给出参考答案。每天一帖,所有的题目都将汇集至此,以期方便大家查找。

 

活动宗旨:

活动目的在于通过“每日一题”让大家每天进步一点点,增强大家的基础知识,提高大家对电子制作的兴趣。我们鼓励大家积极发言,如果不懂、是菜鸟,请积极发问;如果懂、是大神,请慷慨解囊。


        今日题目:印制电路板(PCB)设计原则和抗干扰措施





基础知识每日一题

菜鸟
2014-09-29 10:20:56     打赏
2楼

1、焊接便利

2、接插件安排,尽量在四周

3、模拟 数字 电路 隔离

4、大概率器件 线路尽量独立供电,减小其他电路的压降

5、电容的使用,尽可能的使用旁路电容,电源滤波

6、电机、继电器等器件需要 二极管来释放电流

7、电阻电容的封装,需要符合能耗、电压的需求

8、布局时,先模拟后数字。

9、打样时,可以的话,多预留一些接口,供测量等使用。


菜鸟
2014-09-29 12:41:08     打赏
3楼

PCB设计的一般原则

要使电子电路获得最佳性能,元器件的布且及导线的布设是很重要的。为了设计质量好、造价低的PCB.应遵循以下一般原则:

1. 布局
首先,要考虑PCB尺寸大小。PCB尺寸过大时,印制线条长,阻抗增加,抗噪声能力下降,成本也增加;过小,则散热不好,且邻近线条易受干扰。在确定PCB尺寸后.再确定特殊元件的位置。最后,根据电路的功能单元,对电路的全部元器件进行布局。

在确定特殊元件的位置时要遵守以下原则:

(1)尽可能缩短高频元器件之间的连线,设法减少它们的分布参数和相互间的电磁干扰。易受干扰的元器件不能相互挨得太近,输入和输出元件应尽量远离。
(2)某些元器件或导线之间可能有较高的电位差,应加大它们之间的距离,以免放电引出意外短路。带高电压的元器件应尽量布置在调试时手不易触及的地方。
(3)重量超过15g的元器件、应当用支架加以固定,然后焊接。那些又大又重、发热量多的元器件,不宜装在印制板上,而应装在整机的机箱底板上,且应考虑散热问题。热敏元件应远离发热元件。
(4)对于电位器、可调电感线圈、可变电容器、微动开关等可调元件的布局应考虑整机的结构要求。若是机内调节,应放在印制板上方便于调节的地方;若是机外调节,其位置要与调节旋钮在机箱面板上的位置相适应。
(5)应留出印制扳定位孔及固定支架所占用的位置。

根据电路的功能单元.对电路的全部元器件进行布局时,要符合以下原则:

(1)按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置,使布局便于信号流通,并使信号尽可能保持一致的方向。
(2)以每个功能电路的核心元件为中心,围绕它来进行布局。元器件应均匀、 整齐、紧凑地排列在PCB上.尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接。
(3)在高频下工作的电路,要考虑元器件之间的分布参数。一般电路应尽可能使元器件平行排列。这样,不但美观.而且装焊容易.易于批量生产。
(4)位于电路板边缘的元器件,离电路板边缘一般不小于2mm。电路板的最佳形状为矩形。长宽比为3:2成4:3。电路板面尺寸大于200x150mm时.应考虑电路板所受的机械强度。

2.布线
布线的原则如下: 
(1)输入输出端用的导线应尽量避免相邻平行。最好加线间地线,以免发生反馈藕合。
(2)印制摄导线的最小宽度主要由导线与绝缘基扳间的粘附强度和流过它们的电流值决定。当铜箔厚度为 0.05mm、宽度为 1 ~ 15mm 时.通过 2A的电流,温度不会高于3℃,因此.导线宽度为1.5mm可满足要求。对于集成电路,尤其是数字电路,通常选0.02~0.3mm导线宽度。当然,只要允许,还是尽可能用宽线.尤其是电源线和地线。导线的最小间距主要由最坏情况下的线间绝缘电阻和击穿电压决定。对于集成电路,尤其是数字电路,只要工艺允许,可使间距小至5~8mm。
(3)印制导线拐弯处一般取圆弧形,而直角或夹角在高频电路中会影响电气性能。此外,尽量避免使用大面积铜箔,否则.长时间受热时,易发生铜箔膨胀和脱落现象。必须用大面积铜箔时,最好用栅格状.这样有利于排除铜箔与基板间粘合剂受热产生的挥发性气体。

3.焊盘
焊盘中心孔要比器件引线直径稍大一些。焊盘太大易形成虚焊。焊盘外径D一般不小于(d+1.2)mm,其中d为引线孔径。对高密度的数字电路,焊盘最小直径可取(d+1.0)mm。

PCB及电路抗干扰措施

印制电路板的抗干扰设计与具体电路有着密切的关系,这里仅就PCB抗干扰设计的几项常用措施做一些说明。

1.电源线设计
根据印制线路板电流的大小,尽量加租电源线宽度,减少环路电阻。同时、使电源线、地线的走向和数据传递的方向一致,这样有助于增强抗噪声能力。
2.地线设计
地线设计的原则是:
(1)数字地与模拟地分开。若线路板上既有逻辑电路又有线性电路,应使它们尽量分开。低频电路的地应尽量采用单点并联接地,实际布线有困难时可部分串联后再并联接地。高频电路宜采用多点串联接地,地线应短而租,高频元件周围尽量用栅格状大面积地箔。
(2)接地线应尽量加粗。若接地线用很纫的线条,则接地电位随电流的变化而变化,使抗噪性能降低。因此应将接地线加粗,使它能通过三倍于印制板上的允许电流。如有可能,接地线应在2~3mm以上。
(3)接地线构成闭环路。只由数字电路组成的印制板,其接地电路布成团环路大多能提高抗噪声能力。
3.退藕电容配置
PCB设计的常规做法之一是在印制板的各个关键部位配置适当的退藕电容。
退藕电容的一般配置原则是:
(1)电源输入端跨接10 ~100uf的电解电容器。如有可能,接100uF以上的更好。
(2)原则上每个集成电路芯片都应布置一个0.01pF的瓷片电容,如遇印制板空隙不够,可每4~8个芯片布置一个1 ~ 10pF的但电容。
(3)对于抗噪能力弱、关断时电源变化大的器件,如 RAM、ROM存储器件,应在芯片的电源线和地线之间直接接入退藕电容。
(4)电容引线不能太长,尤其是高频旁路电容不能有引线。

此外,还应注意以下两点:
(1)在印制板中有接触器、继电器、按钮等元件时.操作它们时均会产生较大火花放电,必须采用附图所示的 RC 电路来吸收放电电流。一般 R 取 1 ~ 2K,C取2.2 ~ 47UF。
(2)CMOS的输入阻抗很高,且易受感应,因此在使用时对不用端要接地或接正电源。


菜鸟
2014-09-29 21:53:49     打赏
4楼

一、设计原则

(1)地线的设计

1)模拟地和数字地分开

2)尽量采用单点接地

3)尽量加宽地线

4)将敏感电路连接到稳定的接地参考源

5)对PCB进行板进行分区设计,把高带宽的噪声电路与低频电路分开

6)尽量减少接地环路的面积

(2)元器件的配置

1)不要有过长的平行信号线

2)保证PCB的时钟发生器、晶振和CPU的时钟输入端尽量靠近,同时远离其他低频器件

3)元器件应围绕核心器件进行配置,尽量减少引线长度

4)对PCB板进行分区布局

5)考虑PCB板在机箱中的位置和方向

6)缩短高频元器件之间的引线

(3)去耦电容的配置

1)每10个集成电路要加1个充放电电容

2)引线式电容用于低频,贴片式电容用于高频

3)每个集成芯片要配置一个0.1uF的电容

4)对抗噪声能力弱,关断时电源变化大的器件要高频去耦电容

5)电容之间不要共用过孔

6)去耦电容引线不能太长

(4)降低噪声和电磁干扰的原则

1)尽量用45度折线而不是90度折线

2)用串联电阻的方法来降低电路信号边沿的跳变速率

3)石英晶振的外壳要接地

4)闲置不用的门电路不要悬空

5)时钟线垂直于IO线时干扰小

6)尽量让时钟线周围的电动势趋于0

7)IO驱动电路尽量靠近PCB的边缘

8)任何信号不要形成回路

9)对高频板,电容的分布电感不能忽略,电感的分布电容也不能忽略

10)通常功率线、交流线尽量布置在和信号线不同的板子上

(6)其它设计原则

1)CMOS的未使用引脚要通过电阻接地或接电源

2)用RC电路来吸收继电器等元件的放电电流

3)总线上加10K的上拉电阻有助于抗干扰

4)采用全译码有更好的抗干扰性

5)元器件不用引脚通过10K电阻接电源

6)总线尽量短,尽量保持一样长度

7)两层之间的布线尽量垂直

8)发热元器件尽量避开敏感元件

二、抗干扰设计原则

(1)选择合适的电源

(2)尽量加宽电源线

(3)保证电源线、地线走向与数据传输方向一致

(4)使用抗干扰元器件(磁珠,电源滤波器等)

(5)电源入口添加去耦电容


高工
2014-09-30 09:00:18     打赏
5楼

  解答:

  印制电路板(PCB)是电子产品中电路元件和器件的支撑件.它提供电路

  元件和器件之间的电气连接。随着电于技术的飞速发展,PCB 的密度越来越

  高。PCB 设计的好坏对抗干扰能力影响很大.因此,在进行 PCB 设计时.必

  须遵守 PCB 设计的一般原则,并应符合抗干扰设计的要求。

  PCB 设计的一般原则要使电子电路获得最佳性能,元器件的布

  且及导线的布设是很重要的。为了设计质量好、造价低的 PCB 应遵循以下一

  般原则:

  1.布局

  首先,要考虑 PCB 尺寸大小。PCB 尺寸过大时,印制线条长,阻抗增加,

  抗噪声能力下降,成本也增加;过小,则散热不好,且邻近线条易受干扰。

  在确定 PCB 尺寸后.再确定特殊元件的位置。最后,根据电路的功能单元,

  对电路的全部元器件进行布局。

  在确定特殊元件的位置时要遵守以下原则:

  (1)尽可能缩短高频元器件之间的连线,设法减少它们的分布参数和相

  互间的电磁干扰。易受干扰的元器件不能相互挨得太近,输入和输出元件应

  尽量远离。

  (2)某些元器件或导线之间可能有较高的电位差,应加大它们之间的距

  离,以免放电引出意外短路。带高电压的元器件应尽量布置在调试时手不易

  触及的地方。

  (3)重量超过 15g 的元器件、应当用支架加以固定,然后焊接。那些又

  大又重、发热量多的元器件,不宜装在印制板上,而应装在整机的机箱底板

  上,且应考虑散热问 题。热敏元件应远离发热元件。

  (4)对于电位器、可调电感线圈、可变电容器、微动开关等可调元件的

  布局应考虑整机的结构要求。若是机内调节,应放在印制板上方便于调节的

  地方;若是机外调节,其位置要与调节旋钮在机箱面板上的位置相适应。

  (5)应留出印制扳定位孔及固定支架所占用的位置。

  根据电路的功能单元.对电路的全部元器件进行布局时,要符合以下

  原则:

  (1)按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置,使布局便于信

  号流通,并使信号尽可能保持一致的方向。

  (2)以每个功能电路的核心元件为中心,围绕它来进行布局。元器

  件应均匀、整齐、紧凑地排列在 PCB 上.尽量减少和缩短各元器 件之间的

  引线和连接。

  (3)在高频下工作的电路,要考虑元器件之间的分布参数。一般电

  路应尽可能使元器件平行排列。这样,不但美观.而且装焊容易.易于批量

  生产。

  (4)位于电路板边缘的元器件,离电路板边缘一般不小于 2mm。电路

  板的最佳形状为矩形。长宽比为 3:2 或 4:3。电路板面尺寸大于 200x150mm

  时.应考虑电路板所受的机械强度。

  2.布线

  布线的原则如下:

  (1) 输入输出端用的导线应尽量避免相邻平行。最好加线间地线,以免

  发生反馈藕合。

  (2)印制摄导线的最小宽度主要由导线与绝缘基扳间的粘附强度和流过

  它们的电流值决定。当铜箔厚度为 0.05mm、宽度为 1 ~ 15mm 时.通过 2A

  的电流,温度不会高于 3℃,因此.导线宽度为 1.5mm 可满足要求。对于集

  成电路,尤其是数字电路,通常选 0.02~0.3mm 导线宽度。当然,只要允许,

  还是尽可用宽线.尤其是电源线和地线。导线的最小间距主要由最坏情况下

  的线间绝缘电

  阻和击穿电压决定。对于集成电路,尤其是数字电路,只要

  工艺允许,可使间距小至 5~8mm。

  印制导线拐弯处一般取圆弧形,而直角或夹角在高频电路中会影响电气

  性能。此外,尽量避免使用大面积铜箔,否则.长时间受热时,易发生铜箔

  膨胀和脱落现象。必须用大面积铜箔时,最好用栅格状.这样有利于排除铜

  箔与基板间粘合剂受热产生的挥发性气体。

  3.焊盘

  焊盘中心孔要比器件引线直径稍大一些。焊盘太大易形成虚焊。焊盘外

  径 D 一般不小于 (d+1.2)mm,其中 d 为引线孔径。对高密度的数字电 路,

  焊盘最小直径可取(d+1.0)mm。

  PCB 及电路抗干扰措施

  印制电路板的抗干扰设计与具体电路有着密切的关系,这里仅就 PCB

  抗干扰设计的几项常用措施做一些说明。

  1.电源线设计

  根据印制线路板电流的大小,尽量加租电源线宽度,减少环路电阻。

  同时、使电源线、地线的走向和数据传递的方向一致,这样有助于增强抗噪

  声能力。

  2.地线设计

  地线设计的原则是:

  (1)数字地与模拟地分开。若线路板上既有逻辑电路又有线性电路,应

  使它们尽量分开。低频电路的地应尽量采用单点并联接地,实际布线有困难

  时可部分串联后再并联接地。高频电路宜采用多点串联接地,地线应短而短,

  高频元件周围尽量用栅格状大面积地箔。

  (2)接地线应尽量加粗。若接地线用很纫的线条,则接地电位随电流的

  变化而变化,使抗噪性能降低。因此应将接地线加粗,使它能通过三倍于印

  制板上的允许电流。如有可能,接地线应在 2~3mm 以上。(3)接地线构成闭

  环路。只由数字电路组成的印制板,其接地电路布成团环路大多能提高抗噪

  声能力。

  (3)退藕电容配置。 PCB 设计的常规做法之一是在印制板的各个关键部

  位配置适当的退藕电容。退藕电容的一般配置原则是:(1)电源输入端跨接

  10 ~100uf 的电解电容器。如有可能,接 100uF 以上的更好。(2)原则上每个

  集成电路芯片都应布置一个 0.01pF 的瓷片电容,如遇印制板空隙不够,可

  每 4~8 个芯片布置一个 1 ~ 10pF 的但电容。(3)对于抗噪能力弱、关断时电

  源变化大的器件,如 RAM、ROM 存储器件,应在芯片的电源线和地线之间直

  接接入退藕电容。(4)电容引线不能太长,尤其是高频旁路电容不能有引线。

  此外,还应注意以下两点:(1)在印制板中有接触器、继电器、按钮等元件

  时.操作它们时均会产生较大火花放电,必须采用附图所示的 RC 电路来吸

  收放电电流。一般 R 取 1 ~ 2K,C 取 2.2 ~ 47UF。(2)CMOS 的输入阻抗很

  高,且易受感应,因此在使用时对不用端要接地或接正电源。


菜鸟
2014-10-09 19:05:10     打赏
6楼
你好,想知道您的答案来自于网络总结还是有相关书籍,感觉文字描述挺严禁的,忘回复,十分感谢

菜鸟
2014-10-25 08:59:29     打赏
7楼
学习学习,顶一下,谢谢前辈们的辛苦付出……

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