必備的設(shè)計PCB電路板基礎(chǔ)知識?
- 發(fā)布時間:2022-09-15 10:34:27
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必備的設(shè)計PCB電路板基礎(chǔ)知識?
1.電容相關(guān)知識:
鋁電解電容的容量大,額定電壓高,但適應(yīng)工作溫度環(huán)境較差,適合低頻濾波的場合;
鉭電容具有較好的溫度特性,具有較小的ESR和ESL,高頻濾波特性較好,但其承受沖擊電流的能力不行,一般在設(shè)計中要降額50%以上使用;
陶瓷電容具有體積小、價格低和穩(wěn)定性好的優(yōu)點,廣泛用于電源的高頻濾波中,其容值較小,當(dāng)需要大容值的電容時,需要考慮其他電容的類別。
電容的去耦存在去耦半徑的問題:容值與封裝越小,其去耦半徑越小。在PCB布局時,為保證小封裝小電容對電源的有效去耦,電容應(yīng)盡量靠近要去耦的電源引腳放置;容值與封裝越大,其去耦半徑越大,可以對較大區(qū)域的電源進(jìn)行有效去耦,在大封裝大容值的去耦電容布局時,可以同時管控多個電源引腳的去耦。
2.電感相關(guān)知識:
電感在電路設(shè)計中的特性主要表現(xiàn)為:濾除高頻諧波,通直流、阻交流;阻礙電流的變化,保持器件工作電流的穩(wěn)定。
在進(jìn)行電感選型時需要核對的電感參數(shù)有電感值、直流電阻、額定電流和自諧振頻率(Q值最大的頻率)
一般電感值越大,對應(yīng)的直流電阻越大;電感值越大,對應(yīng)的諧振頻率越?。浑姼兄翟酱?,對應(yīng)的額定電流越小。
3.磁珠相關(guān)知識:
磁珠專用于抑制信號線、電源線上的高頻噪聲和尖峰干擾還具有吸收靜電脈沖的能力.
磁珠在轉(zhuǎn)折點頻率以下,表現(xiàn)為電感性,反射噪聲;在轉(zhuǎn)折點頻率以上,磁珠表現(xiàn)為電阻性,磁珠吸收噪聲并轉(zhuǎn)換為熱能。
電感與磁珠的不同點:
(1)處理噪聲的方式不同。電感和電容可以組成LC低通濾波電路,電容在電感和地之間構(gòu)建一個低阻抗的路徑,讓高頻噪聲通過低阻抗路徑將噪聲導(dǎo)到地平面上。在LC低通濾波電路中,電感在處理噪聲時,沒有從根本上清除噪聲;磁珠處理噪聲的方式是在低頻時,磁珠表現(xiàn)為感性,反射噪聲,在高頻時電阻特性為主要特性,磁珠中的電阻吸收高頻噪聲并轉(zhuǎn)換為熱能,能夠從根本上消除噪聲。
(2)自身是否產(chǎn)生危害的影響。電感與電容組成LC濾波電路時,因為LC都是儲能元件,所以兩者可能會產(chǎn)生自激,給電路帶來影響;而磁珠是耗能元件,自身不會自激,不會給電路帶來噪聲的影響。
(3)濾波的頻率范圍不同。電感在不超過50MHz的低頻段時,就有較好的濾波特性,頻率再高時,濾波效果不好;而磁珠利用其呈現(xiàn)出來的電阻特性吸收高頻噪聲,濾波的頻率范圍要遠(yuǎn)大于磁珠。
(4)器件直流壓降的不同。電感與磁珠都有直流電阻,同樣級別的濾波器,磁珠的直流電阻要小于電感,磁珠的壓降也就小于同級別電感的壓降。
4.ESD
在進(jìn)行PCB設(shè)計時,要考慮ESD的防護(hù),在走線時應(yīng)遵循橫平豎直的走線方向,空間允許時走線應(yīng)盡量加粗;在PCB的邊緣不要布置對噪聲敏感的信號,如時鐘信號、復(fù)位信號等;當(dāng)PCB由多層構(gòu)成時,敏感走線盡可能要有良好的參考地平面;對于濾波器、光耦合器、弱信號走線,應(yīng)盡可能加大走線之間的距離;長距離的走線需要進(jìn)行濾波處理;根據(jù)ESD的防護(hù),應(yīng)適當(dāng)增加屏蔽罩。
ESD對接口與保護(hù)可以遵循如下設(shè)計規(guī)則:
(1)一般電源防雷保護(hù)器件的順序是壓敏電阻、熔絲、抑制二極管、EMI濾波器、電感或共模電感,對于原理圖缺失上面任意器件的則順延布局。
(2)一般接口信號保護(hù)器件的順序是ESD(TVS管)、隔離變壓器、共模電感、電容和電阻,對于原理圖缺失上面任意器件的則順延布局。
(3)嚴(yán)格按照原理圖的順序進(jìn)行“一字形”布局
(4)電平變換芯片要靠近連接器放置。
(5)易受ESD干擾的器件,如NMOS和CMOS器件等,應(yīng)判斷是否已盡量遠(yuǎn)離易受ESD干擾的區(qū)域(如單板的邊緣)。
(6)浪涌抑制器件(TVS管、壓敏電阻)對應(yīng)的信號走線在表層應(yīng)短且粗(一般距離在10mil以上)
(7)不同接口之間的走線要清晰,不要互相交叉,接口線到所連接的保護(hù)和濾波器件距離要盡量短,接口線必須經(jīng)過保護(hù)或濾波器件再到信號接收芯片。
(8)接口器件的固定孔要接到保護(hù)地上,連接到機殼的定位孔、扳手要直接接到信號地。
(9)變壓器、光耦合器等器件輸入與輸出信號的地要分開。
5.PCB散熱處理
一些發(fā)熱大的器件,一般會有專用的散熱焊盤,要適當(dāng)在散熱焊盤上添加過孔,為利于散熱,散熱用的過孔都要做阻焊開窗處理。
6.PCB板框
無論是布局、布線還是內(nèi)層平面的敷銅處理,相對板框都要內(nèi)縮一定距離,內(nèi)縮的尺寸可以依據(jù)設(shè)計的要求進(jìn)行選擇,如無特殊說明,敷銅時相對板框內(nèi)縮0.5mm即可。
四層板設(shè)計,若中間兩層為電源層和地層,要設(shè)置內(nèi)縮,從而減少電磁輻射。
在實際的PCB設(shè)計中,走線主要有兩種模型:微帶線和帶狀線。微帶線是走在電路板頂層或者底層的信號線,帶狀線是走在電路板內(nèi)層的信號線。
蛇形線會破環(huán)信號質(zhì)量,改變傳輸延時,因此布線時要盡量避免使用。但在實際設(shè)計中,為了保證信號有足夠的保持時間,或為了減少同組信號之間的時間偏移,往往不得不故意進(jìn)行繞線。信號在蛇形線上傳輸時,相互平行的線段之間會發(fā)生耦合,呈差模形式,S越小,Lp越大,則耦合程度也越大,可能會導(dǎo)致傳輸延時減小,以及由于串?dāng)_而大大降低信號的質(zhì)量。
關(guān)于處理蛇形線時的幾點建議:
(1)盡量增加平行線段的距離(S),至少大于3H,H指信號走線到參考平面的距離。通俗地說就是繞大彎走線,只要S足夠大,就幾乎能完全避免相互的耦合效應(yīng)。
(2)減小耦合長度Lp,當(dāng)兩倍的Lp延時接近或超過信號上升時間時,產(chǎn)生的串?dāng)_將達(dá)到飽和。
(3)帶狀線或埋式微帶線的蛇形線引起的信號傳輸延時小于微帶線。理論上,帶狀線不會因為差模串?dāng)_影響傳輸速率。
(4)高速及對時序要求較為嚴(yán)格的信號線,盡量不要走蛇形線,尤其不能在小范圍內(nèi)蜿蜒走線。
(5)在空間允許的情況下,可以采用任意角度的蛇形走線,能有效減少相互間的耦合。
(6)高速PCB設(shè)計中,蛇形線沒有所謂濾波或抗干擾的能力,只可能降低信號質(zhì)量,因此只做時序匹配之用而無其他目的
(7)有時可以考慮螺旋走線的方式進(jìn)行繞線,仿真表明,其效果要優(yōu)于正常的蛇形走線。
(8)蛇形走線的轉(zhuǎn)角采用45°轉(zhuǎn)角或圓形轉(zhuǎn)角。
在最基本的PCB電路板上,零件基本集中在一側(cè),導(dǎo)線集中在另一側(cè)。由于導(dǎo)線只出現(xiàn)在一側(cè),這種PCB被稱為單面板。多層板,多層有導(dǎo)線,必須在兩層之間有適當(dāng)?shù)碾娐愤B接。電路之間的橋梁叫作導(dǎo)孔(via)。電路板的基本設(shè)計過程可分為以下四個步驟:
(1)電路原理圖的設(shè)計---電路原理圖的設(shè)計主要是利用ProtelDXP的原理圖編輯器來繪制原理圖。
(2)生成網(wǎng)絡(luò)報表——網(wǎng)絡(luò)報表:顯示電路原理與電路中各個元器件之間的連接關(guān)系。它是電路原理圖設(shè)計和電路板設(shè)計之間的橋梁和紐帶。通過電路原理圖的網(wǎng)絡(luò)報表,可以快速找到元件之間的連接,為以后的PCB設(shè)計提供方便。
(3)印刷電路板的設(shè)計---印刷電路板的設(shè)計即我們通常所說的PCB設(shè)計,它是電路原理圖轉(zhuǎn)化成的最終形式,這部分的相關(guān)設(shè)計較電路原理圖的設(shè)計有較大的難度,我們可以借助ProtelDXP的強大設(shè)計功能完成這一部分的設(shè)計。
(4)生成印刷電路板報表——印刷電路板設(shè)計完成后,還有最后一道工序需要完成,那就是生成報表:電路板信息報表、生成引腳報表、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)報表等,最后打印印刷電路圖。
焊盤:焊接元件引腳的金屬孔?! ∵^孔:有金屬過孔和非金屬過孔,其中金屬過孔用于連接層間的元器件引腳。 安裝孔:固定電路板?! ?/p>
電線:用于連接元件引腳的電網(wǎng)銅膜?! ∵B接器:連接在電路板之間的部件?!√畛洌旱鼐€網(wǎng)絡(luò)鍍銅可以有效降低阻抗。 電氣邊界:確定電路板的尺寸,電路板上的所有元件不能超過這個邊界
以上就是電路板的工作原理和設(shè)計步驟哦!希望可以給您提供一些幫助!更多PCB相關(guān)知識,關(guān)注深亞電子
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