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[经验] 如何在PCB板上轻松随意地布局各种类型元件?(二)

助工
2019-05-20 22:03:51    评分

精巧PCB元件布局的案例分享

  • EMC考虑:旁路或去耦电容增强稳定性,降低干扰


在PCB设计中,模拟器件和数字器件都需要这种电容,在靠近其电源引脚连接旁路电容,此电容通常为0.1uF。布局时要求引脚尽量短,并且尽量靠近器件,减小走线的感抗。模拟电路设计中旁路电容常用于旁路电源上的高频信号。一般来说,这些高频信号的频率超出模拟器件抑制高频信号的能力。如果不使用旁路电容,就可能再信号路径上引入噪声,更严重的情况甚至会引起振动和误响应。数字电路设计像控制器和处理器这样的数字器件,也需要去耦电容。该电容功能之一是用作“微型”电荷库。因为数字电路中进行门状态切换或开关切换时,通常需要很大的电流,而开关时产生的瞬态电流,如果执行开关动作时没有足够的电荷,会造成电源电压发生很大的变化。电压变化太大,会导致数字信号电平进入不稳定状态,很可能引起数字器件的状态误执行。因此,在数字器件的供电电源管脚或电源引脚处添加旁路或去耦电容是非常好的做法。在微控制器(MCU)为主的系统中最敏感的信号是时序、复位和中断信号。振荡器在开关时尤其敏感。这些电路与高电流走线不能平行,以免引起信号干扰和误判。振荡器或陶瓷共振时钟是一种射频电路,必须有效布局为距离最近,走线最短以减少其敏感性。下图以DIP封装的振荡器或陶瓷共振器为例,应尽量将振荡电路靠近微控制器布局,位置对称,使得走线距离最短。振荡电路的地线应该连接元件可能使用最短路径的接地管脚,电源和接地管脚应该直接连接到PCB的电源部分。143.png同样,电路板上逻辑开关时,在电源线上会产生瞬态派生电流,由于电源线多少具有微小的电感性,电源线的电感性可以通多多层印刷电路板(电源平面)来降低,或者使用较慢的逻辑降低开关速度。但前者增加成本,后者会降低系统的性能。在此情况下,电源线的通讯干扰可通过去耦电容来降低。PCB板上对于数字芯片的去耦电容(也叫削尖电容)在布局时,应当尽量靠近芯片的电源管脚,使其走线距离最短,回路面积最小。下图左所示是不合理的去耦电容布局,应该像图右那样布局。   

137.png

  2.   3D器件检查避免冲突——接插件 在PCB布局时因为不能实时直观地看到真正的元器件放在上面的样子,包括元件的体积,高度。整块电路板是否与外壳相匹配,电路板内部的各元件之间水平方向是否有冲突,而造成安装不下的情况?最要命的是,元件的高度是否合适,会不会与外壳有冲突?这就需要有3D状态下实时逼真的模拟和展现来尽早发现问题。以保证电路板与外壳形状匹配,高度匹配,安装固定孔匹配。PCB板的接插件布局也是至关重要的,好的接插件布局要考虑到将来插拔连接的方便性。一般来说,接插件需要靠近板边并且接口往板外,千万不能太靠近板内,以至于连接线端的插头被PCB板边阻碍,插不上去。如下所示DB9串口不合理的接插件布局,造成线缆接头处连接不上。    140.png对于这个接插件的失败案例,如果在做PCB板之前就能通过3D视图直观地发现问题,及时修改,就会免去很多不必要的时间和精力。而不会在做好PCB板,装贴好器件,在最后连接的时候才发现问题。     3.  栅格的应用:将元件进行圆形摆放前不久,一电子行业的同行跟我聊起,他想要将LED灯按照标准的圆形摆放,保持相同的间距。说在放置的过程中非常伤脑筋,总也不能保证精确的圆形位置,其间距也很难计算。不知道有哪种工具能轻松地实现这个想法。说实话,我也没试过这种摆放方式,不过突然想起Altium Designer中有设置极坐标栅格的功能,还附带有其他几种栅格形式。用这种极坐标扇形栅格来试试。不试不知道,一试吓一跳。借助这一块扇形栅格,竟然非常轻松地将LED元件按照圆形摆放在PCB上!如下图所示。在这块板子中,一颗 ARM7微处理器放在板子的正中央,以45°角度放置。然后以此芯片中心为原点,设置45°角倾斜的常规矩形栅格。在外圈另设极坐标扇形栅格,让LED环绕一圈,在这种栅格上排列的LED准确无误而且精细美观。同时在放置元件的时候,鼠标光标会自动捕捉到栅格点,定位精确,而且操作极其简单。不管是在原理图设计中,还是PCB设计中,使用栅格来放置目标对象使得您设计出来的图纸非常整洁,干净,有条理。而在PCB设计中,放置元件时采用多重栅格组合应用,你可以按照自己的意图随心所欲地摆放元器件到想要的位置。你这个设计魔术师能想到的,它就能帮你实现。这对于每天枯燥画图的工程师来说,是一种多么美妙又有价值的感觉!如下图为该设计项目PCB在3D状态下正面和反面的裸板视图。139.png上面圆形PCB板为另一个巧妙使用栅格的案例。绿色圈出来的板中央5个安装孔环绕中心点对称分布。板外沿4个安装孔精准对称。下图为PCB裸板制造出来的图片。其中板两侧分别有4个半孔排列。用于板对板安装,该小板作为一个模块器件安装到母板上。              



元件布局小技巧推荐

  • 切换PCB元件放置中各种栅格(Grid)的应用;
  • 元件对齐工具的应用。各种方式智能化对齐排列方式,帮你轻松定位;
  • 元件智能摆放,高亮提示,元件交换(Smart placement);
  • 全局批量编辑修改元件和各种对象的属性,让你的更改更为便捷;
  • 3D智能化实时显示,检测PCB板内元件以及板外整机的匹配性





关键词: 经验     布局    

助工
2019-05-20 22:34:21    评分
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