PCB设计之那些你必须要掌握的设计要领

2018-02-12 16:22:34 来源:硬件十万个为什么
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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。
 
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