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[经验]PCB设计经验(1)——布局基本要领

助工
2021-02-20 17:00:01    评分

在设计中,布局是一个重要的环节。布局结果的好坏将直接影响布线的效果,因此可以这样认为,合理的布局是PCB设计成功的第一步。

尤其是预布局,是思考整个电路板,信号流向、散热、结构等架构的过程。如果预布局是失败的,后面的再多努力也是白费。

1、考虑整体
一个产品的成功与否,一是要注重内在质量,二是兼顾整体的美观,两者都较完美才能认为该产品是成功的。

在一个PCB板上,元件的布局要求要均衡,疏密有序,不能头重脚轻或一头沉。

PCB是否会有变形?
是否预留工艺边?
是否预留MARK点?
是否需要拼板?
多少层板,可以保证阻抗控制、信号屏蔽、信号完整性、经济性、可实现性?

2、排除低级错误
印制板尺寸是否与加工图纸尺寸相符?能否符合PCB制造工艺要求?有无定位标记?
元件在二维、三维空间上有无冲突?
元件布局是否疏密有序,排列整齐?是否全部布完?
需经常更换的元件能否方便的更换?插件板插入设备是否方便?
热敏元件与发热元件之间是否有适当的距离?
调整可调元件是否方便?
在需要散热的地方,装了散热器没有?空气流是否通畅?
信号流程是否顺畅且互连最短?
插头、插座等与机械设计是否矛盾?
线路的干扰问题是否有所考虑?  

3、旁路或去耦电容
在布线时,模拟器件和数字器件都需要这些类型的电容,都需要靠近其电源引脚连接一
个旁路电容,此电容值通常为 0.1μF。引脚尽量短,减小走线的感抗,且要尽量靠近器件。



在电路板上加旁路或去耦电容,以及这些电容在板上的布置,对于数字和模拟设计来说都属于基本常识,但其功能却是有区别的。 在模拟布线设计中旁路电容通常用于旁路电源上的高频信号,如果不加旁路电容,这些高频信号可能通过电源引脚进入敏感的模拟芯片。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。如果在模拟电路中不使用旁路电容的话,就可能在信号路径上引入噪声,更严重的情况甚至会引起振动。 而对于控制器和处理器这样的数字器件来说,同样需要去耦电容,但原因不同。这些电容的一个功能是用作“微型”电荷库,这是因为在数字电路中,执行门状态的切换(即开关 切换)通常需要很大的电流,当开关时芯片上产生开关瞬态电流并流经电路板,有这额外的“备用”电荷是有利的。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变化。 电压变化太大,会导致数字信号电平进入不确定状态,并很可能引起数字器件中的状态机错误运行。流经电路板走线的开关电流将引起电压发生变化,由于电路板走线 存在寄生电感,则可采用如下公式计算电压的变化: V=Ldl/dt 其中 V=电压的变化 L=电路板走线感抗 dI=流经走线的电流变化 dt=电流变化的时间因此,基于多种原因,在供电电源处或有源器件的电源引脚处施加旁路(或去耦)电容是 非常好的做法。


4、输入电源,如果电流比较大,建议减少走线长度和面积,不要满场跑
输入上的开关噪声耦合到了电源输出的平面。输出电源的MOS管的开关噪声影响了前级的输入电源。

如果电路板上存在大量大电流DCDC,则有不同频率,大电流高电压跳变干扰。

所以我们需要减小输入电源的面积,满足通流就可以。所以在电源布局的时候,要考虑避免输入电源满板跑。




5、电源线和地线
电源线和地线的位置良好配合,可以降低电磁干扰(EMl)的可能性。如果电源线和地线
配合不当,会设计出系统环路,并很可能会产生噪声。电源线和地线配 合不当的 PCB 设计示例如图所示。在此电路板上,使用不同的路线来布电源线和地线,由于这种不恰当的配合,电路板的电子元器件和线路受电磁干扰 (EMI)的可能性比较大。




6、数模分离
在每个 PCB 设计中,电路的噪声部分和“安静”部分(非噪声部分)要分隔开。

一般来说,数字电路可以容忍噪声干扰,而且对噪声不敏感(因为数字电 路有较大的电压噪声容限);相反,模拟电路的电压噪声容限就小得多。两者之中,模拟电路对开关噪声最为敏感。

在混合信号系统的布线中,这两种电路要分隔开。



电路板布线的基本知识既适用于模拟电路,也适用于数字电路。一个基本的经验准则是使用不间断的地平面,这一基本准则可降低了数字电路中的 dI/dt(电流随时间的变化)效应,

因为 dI/dt 效应会造成地的电势并使噪声进入模拟电路。数字和模拟电路的布线技巧基本相同,但有一点除外。对于模拟电路,还要另外一点需要注意,就是要将数字信号线和地平面中的回路尽量远离模拟电路。这一点可以通过如下做法来实现:将模拟地平面单独连接到系统地连接端,或者将模拟电路放置在电路板的最远端,也就是线路的末端。这样做是为了保持信号路径所受到的外部干扰最小。对于数字电路就不需要这样做,数字电路可容忍地平面上的大量噪声,而不会出现问题。


7、散热考虑
在布局过程中,需要考虑散热风道,散热死角;热敏感器件不要放在热源风后面。优先考虑DDR这样散热困难户的布局位置。避免由于热仿真不通过,导致反复调整。





关键词: PCB     设计     布局     基本     要领    

助工
2021-02-20 17:15:50    评分
2楼

感谢楼主分享


助工
2021-02-20 17:19:14    评分
3楼

干货


助工
2021-02-20 17:22:19    评分
4楼

果断收藏


工程师
2021-02-20 17:25:39    评分
5楼

谢谢分享


专家
2021-02-26 08:16:15    评分
6楼

感谢分享


专家
2021-02-26 08:28:50    评分
7楼

现在的PCB软件已非常完善了


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