24小時(shí)聯(lián)系電話:18217114652、13661815404
中文
技術(shù)專題
如何正確設(shè)計(jì)PCB
PCB設(shè)計(jì)過程中涉及到許多零零碎碎的注意點(diǎn)，以我多年的經(jīng)驗(yàn)給出如下提示：
一、一般提示
1、使重要節(jié)點(diǎn)可訪問
您將試圖弄清為什么某些東西無法正常工作，并且您想測(cè)量PCB內(nèi)部的信號(hào)。在設(shè)計(jì)PCB之前，您應(yīng)該考慮哪些點(diǎn)對(duì)電路進(jìn)行故障診斷很重要，并且在不易接近的情況下，請(qǐng)?jiān)谂c它們相連的地方添加測(cè)試點(diǎn)。有多種形式的測(cè)試點(diǎn)，但是形成循環(huán)的測(cè)試點(diǎn)非常適合帶有鉤子的測(cè)試探針。
2、在組件之間留出空間
試圖將組件盡可能地緊湊地包裝，只是意識(shí)到?jīng)]有足夠的布線空間。在組件之間留出一些空間，以便導(dǎo)線可以散開。組件的引腳越多，所需的空間就越大。間距不僅將促進(jìn)自動(dòng)布線，而且將使焊接更容易。
3、以相同的方向放置組件
組件通常具有標(biāo)準(zhǔn)的插針編號(hào)，插針＃1位于左上角。如果所有組件的方向相同，則在焊接或檢查組件時(shí)不會(huì)出錯(cuò)。
4、打印布局以查看組件的尺寸是否匹配
布置完所有組件后，打印出布局。將每個(gè)組件放在版面設(shè)計(jì)圖的頂部，以查看它們是否匹配。有時(shí)數(shù)據(jù)表可能有錯(cuò)誤。
5、交換層之間的布線方向
在一側(cè)繪制垂直跡線，在另一側(cè)繪制水平跡線。這便于必須交叉的線的布線。對(duì)于多層，請(qǐng)?jiān)诜较蛑g交替。
6、根據(jù)電流選擇線寬
較大的寬度減小了電阻，從而減少了由散熱引起的熱量。線的寬度應(yīng)根據(jù)流過它們的估計(jì)電流來確定大小。您可以使用在線計(jì)算器來計(jì)算其寬度。因此，電源線應(yīng)更寬，因?yàn)樗须娏骶蛇@些線提供。
7、了解制造商的規(guī)格
每個(gè)制造商都有自己的規(guī)格，例如最小走線寬度，間距，層數(shù)等。開始設(shè)計(jì)之前，您應(yīng)考慮自己的需求并找到符合您要求的制造商。您的要求還包括PCB的材料等級(jí)。等級(jí)從FR-1（紙酚混合物）到FR-5（玻璃布和環(huán)氧樹脂）不等。大多數(shù)PCB原型制造商都使用FR-4，但是FR-2用于大批量消費(fèi)應(yīng)用。材料的類型會(huì)影響電路板的強(qiáng)度，耐用性，吸濕性和阻燃性（FR）。
8、避免走線成90o角
急劇的直角轉(zhuǎn)彎很難保持走線寬度恒定。對(duì)于狹窄的跡線，這是一個(gè)值得關(guān)注的原因，其中很小的差異占跡線的很大一部分。更好的方法是進(jìn)行兩個(gè)45o彎曲。
9、使用絲印層
在專業(yè)的PCB制造商中，這一層是非常標(biāo)準(zhǔn)的，對(duì)于貼標(biāo)簽非常有用。標(biāo)記您的組件（PCB布局軟件通常會(huì)這樣做），并添加有關(guān)該板的內(nèi)容，修訂號(hào)和作者/所有者的一些信息。
10、使用原理圖與布局比較
許多PCB布局軟件都有原理圖和布局之間的比較工具。使用它來確保您的布局與原理圖匹配。
11、創(chuàng)建地平面
特別是在模擬電路中，“接地”是指整個(gè)PCB上的電壓相同，這一點(diǎn)很重要。如果使用走線路由接地信號(hào)，它們的電阻會(huì)產(chǎn)生電壓降，從而使PCB中的不同“接地”具有不同的電位。為了避免這種情況，您應(yīng)該創(chuàng)建一個(gè)接地層，即，大面積的銅層（或者更好的是，為該層保留一層），連接到地的組件可以直接通過通孔來接地。接地平面可以完全用銅填充（更好地散熱），也可以如下圖所示在正方形網(wǎng)格中填充。
地平面的缺點(diǎn)之一是難以焊接元件，因?yàn)闊崃繒?huì)很快通過飛機(jī)散發(fā)。為避免這種情況，可以通過細(xì)跡線與飛機(jī)進(jìn)行接觸，如下圖所示。
12、放置旁路電容器
旁路電容器用于從恒定電源中濾除交流分量。它們減少了噪聲，波紋和其他有害的交流信號(hào)。他們通過繞過地面的交流電波動(dòng)來做到這一點(diǎn)，因此得名。因此，它們通常連接在我們要濾波的電壓（電源電壓，參考信號(hào)等）與地之間。選擇這些電容器的一個(gè)好地方是PCB的電源入口：將電源連接到PCB的電線通常很長，并且充當(dāng)天線，收集大量RF信號(hào)。另一個(gè)有效的位置是靠近IC（盡可能靠近電源和接地引腳），以減少PCB內(nèi)部添加的任何噪聲。對(duì)于參考引腳或需要非常穩(wěn)定電壓的任何其他引腳也是如此。
電容器的值取決于交流分量的頻率。每個(gè)電容器都有自己的頻率響應(yīng)，該頻率響應(yīng)由其電阻和調(diào)諧到一定頻率范圍的等效串聯(lián)電感（ESL）決定。例如，要過濾低頻，您需要一個(gè)更大的電容器。通常，在中頻范圍內(nèi)使用0.1-1μF的電容器就足夠了，如果波動(dòng)緩慢，則可以選擇1-10μF左右；對(duì)于高頻噪聲，可以使用0.001-0.1μF的電容器。您也可以使用旁路電容器的任意組合來消除更寬的頻率范圍。對(duì)于驅(qū)動(dòng)大量電流的芯片，可以放置10 μF-100 μF電容器作為緩沖器。如果電容器的值允許，請(qǐng)使用單片陶瓷電容器，因?yàn)樗鼈兗刃∮直阋恕?span>
13、并行布線差分信號(hào)走線
差分信號(hào)通常用于提高抗干擾能力并放大動(dòng)態(tài)范圍。僅當(dāng)兩個(gè)信號(hào)的走線遵循相似的路徑時(shí)才有效，這樣噪聲會(huì)相等地干擾兩個(gè)路徑。為此，應(yīng)使差分信號(hào)的兩條線彼此平行并盡可能靠近。
14、考慮熱點(diǎn)
如果散熱不充分，熱量會(huì)降低電路的性能，甚至損壞電路。考慮哪些組件消耗更多的功率，以及包裝如何散發(fā)產(chǎn)生的熱量。數(shù)據(jù)表中有一個(gè)稱為“熱阻”的參數(shù)，該參數(shù)指出了在特定條件下每瓦特功率會(huì)增加多少溫度。例如，條件可能是IC下方的x面積為y mm的銅面積。為了更強(qiáng)的散熱，您應(yīng)該增加散熱器或什至風(fēng)扇來冷卻IC。此外，使電路板的關(guān)鍵部分與這些熱源隔離。
15、制作并行腳印以查找難以找到的組件
通常，您使用的是通常不出售的組件，或者具有相同功能的兩個(gè)組件的價(jià)格波動(dòng)，您想購買很便宜的組件。在這些情況下，您可能希望根據(jù)外部因素來更換組件，即使它們的占地面積不一樣，但要保持電路板的設(shè)計(jì)不變。如果電路板面積不是很在意，則可以為一個(gè)特定的模塊并行準(zhǔn)備一個(gè)以上占用空間的設(shè)計(jì)，以便安裝當(dāng)前可用的零件，而將其他零件保留為空。
二、電源電路提示
1、將電源和控制接地分開
電源電路的大電壓和電流尖峰會(huì)在控制電路中產(chǎn)生破壞性干擾，通常是低電壓和電流。對(duì)于每個(gè)電源階段，應(yīng)將電源接地和控制接地分開。如果將它們?cè)?span>PCB中綁在一起，請(qǐng)?jiān)诳拷娫绰窂侥┒说奈恢茫ㄓ绕涫窃?span>PCB接地附近）進(jìn)行連接。
2、使用內(nèi)層作為控制接地
如果您打算使用多層電路板，則將頂層用于電源走線，將底層用于控制走線，將內(nèi)層用于控制接地。中間層較大的接地層將為來自電源電路的任何干擾提供較小的阻抗路徑，并保護(hù)控制路徑免受干擾。
3、使電源走線更寬以承受更高的電流
這實(shí)際上是一個(gè)一般性的提示，但對(duì)于電源電路而言更重要。您應(yīng)根據(jù)流過的電流大小來確定每個(gè)電源路徑的電線寬度。否則可能會(huì)產(chǎn)生過多的熱量并燒毀電線。您可以使用在線計(jì)算器來計(jì)算其寬度。
三、混合信號(hào)電路的技巧
1、將數(shù)字和模擬地分開
對(duì)于電源電路，應(yīng)將數(shù)字地和模擬地分開。原因相同：數(shù)字電路的電壓和電流尖峰會(huì)在模擬電路中產(chǎn)生干擾（噪聲），從而影響其性能。如果將它們?cè)?span>PCB中綁在一起，請(qǐng)?jiān)诳拷娫绰窂侥┒说奈恢茫ㄓ绕涫窃?span>PCB接地附近）進(jìn)行連接。盡管對(duì)此問題還有其他觀點(diǎn)，但這是最被接受的。
2、保護(hù)模擬接地不受噪聲影響
模擬地的任何干擾都將與信號(hào)線產(chǎn)生相同的影響（重要的是任何一點(diǎn)與地面之間的差分電壓）。您希望有一個(gè)較大的接地層來減小其電阻，但這也使其更容易受到電容耦合至其上方或下方布線的影響。為此，模擬接地只應(yīng)具有與之交叉的模擬線，并且數(shù)字線也應(yīng)相同。這減少了模擬和數(shù)字電路之間的電容耦合。
四、PCB安裝提示
1、從小零件到大零件的焊接
如果您開始焊接大型組件，則它們將阻止焊接下一個(gè)組件。您應(yīng)該從小部件（例如表面貼裝設(shè)備（SMD））開始，到大部件（例如通孔電容器或接線盒）結(jié)束。
2、注意冷焊點(diǎn)
冷焊點(diǎn)是指在進(jìn)行焊點(diǎn)連接時(shí)，熱焊錫流到冷焊點(diǎn)上，并產(chǎn)生灰色斑點(diǎn)的焊錫，該焊錫沒有很好地粘附在焊點(diǎn)上。當(dāng)沒有施加足夠的熱量使焊料正常熔化或被焊接的表面不夠清潔時(shí)，也會(huì)發(fā)生這種情況。有時(shí)可以用裸眼看到（如果嘗試移動(dòng)引腳，會(huì)裂開焊點(diǎn)），而其他時(shí)候看起來像做得好的焊錫。這些焊點(diǎn)的影響可能是靜電噪聲，間斷的切口等。為了解決這個(gè)問題，您可以重新熔煉現(xiàn)有焊料或?qū)⑵湮觯鍧嵃唿c(diǎn)并再次焊接。為避免冷焊點(diǎn)，首先用烙鐵頭加熱焊點(diǎn)，然后用焊錫接觸焊點(diǎn)。熱的接頭將熔化焊料，并且它將流動(dòng)并適當(dāng)?shù)赝虥]接頭。
冷焊點(diǎn)。注意銷周圍的裂紋。
3、使用助焊劑以便于焊接
助焊劑是一種化學(xué)試劑，使焊接成為小菜一碟。通過改善液體焊料的潤濕特性來實(shí)現(xiàn)。只需在要焊接的表面上添加一些助焊劑，熱焊料會(huì)立即粘在引腳上。
4、不信任萬用表的連續(xù)性測(cè)試
普通萬用表具有連續(xù)性測(cè)試模式，當(dāng)兩個(gè)探頭之間的電阻較小時(shí)會(huì)發(fā)出蜂鳴聲。這通常用于測(cè)試連續(xù)性，因?yàn)槟鸁o需在查看放置探頭的位置和萬用表上的值之間跳轉(zhuǎn)。但是，盡管這表明焊接不良，但仍會(huì)有幾歐姆的蜂鳴聲。假設(shè)低電阻線路和少量焊點(diǎn)，電阻應(yīng)低于1歐姆。使用電阻測(cè)量模式以確保兩點(diǎn)之間的電阻盡可能小，這也意味著良好的焊點(diǎn)。