印制電路板的設計技巧

目前電子器材用于各類(lèi)電子設備和系統仍然以印制電路板為主要裝配方式。實(shí)踐證明，即使電路原理圖設計正確，印制電路板設計不當，也會(huì )對電子設備的可靠性產(chǎn)生不利影響。例如，如果印制板兩條細平行線(xiàn)靠得很近，則會(huì )形成信號波形的延遲，在傳輸線(xiàn)的終端形成反射噪聲。因此，在設計印制電路板的時(shí)候，應注意采用正確的方法。 A、地線(xiàn)設計 在電子設備中，接地是控制干擾的重要方法。如能將接地和屏蔽正確結合起來(lái)使用，可解決大部分干擾問(wèn)題。電子設備中地線(xiàn)結構大致有系統地、機殼地(屏蔽地)、數字地(邏輯地)和模擬地等。在地線(xiàn)設計中應注意以下幾點(diǎn)

A、地線(xiàn)設計在電子設備中，接地是控制干擾的重要方法。

如能將接地和屏蔽正確結合起來(lái)使用，可解決大部分干擾問(wèn)題。電子設備中地線(xiàn)結構大致有系統地、機殼地(屏蔽地)、數字地(邏輯地)和模擬地等。在地線(xiàn)設計中應注意以下幾點(diǎn)：

1.正確選擇單點(diǎn)接地與多點(diǎn)接地 在低頻電路中，信號的工作頻率小于1MHz，它的布線(xiàn)和器件間的電感影響較小，而接地電路形成的環(huán)流對干擾影響較大，因而應采用一點(diǎn)接地。當信號工作頻率大于10MHz時(shí)，地線(xiàn)阻抗變得很大，此時(shí)應盡量降低地線(xiàn)阻抗，應采用就近多點(diǎn)接地。當工作頻率在1～10MHz時(shí)，如果采用一點(diǎn)接地，其地線(xiàn)長(cháng)度不應超過(guò)波長(cháng)的1/20，否則應采用多點(diǎn)接地法。

2.將數字電路與模擬電路分開(kāi) 電路板上既有高速邏輯電路，又有線(xiàn)性電路，應使它們盡量分開(kāi)，而兩者的地線(xiàn)不要相混，分別與電源端地線(xiàn)相連。要盡量加大線(xiàn)性電路的接地面積。

3.盡量加粗接地線(xiàn) 若接地線(xiàn)很細，接地電位則隨電流的變化而變化，致使電子設備的定時(shí)信號電平不穩，抗噪聲性能變壞。因此應將接地線(xiàn)盡量加粗，使它能通過(guò)三位于印制電路板的允許電流。如有可能，接地線(xiàn)的寬度應大于3mm。

4.將接地線(xiàn)構成閉環(huán)路 設計只由數字電路組成的印制電路板的地線(xiàn)系統時(shí)，將接地線(xiàn)做成閉環(huán)路可以明顯的提高抗噪聲能力。其原因在于：印制電路板上有很多集成電路組件，尤其遇有耗電多的組件時(shí)，因受接地線(xiàn)粗細的限制，會(huì )在地結上產(chǎn)生較大的電位差，引起抗噪聲能力下降，若將接地結構成環(huán)路，則會(huì )縮小電位差值，提高電子設備的抗噪聲能力。

B、電磁兼容性設計

電磁兼容性是指電子設備在各種電磁環(huán)境中仍能夠協(xié)調、有效地進(jìn)行工作的能力。電磁兼容性設計的目的是使電子設備既能抑制各種外來(lái)的干擾，使電子設備在特定的電磁環(huán)境中能夠正常工作，同時(shí)又能減少電子設備本身對其它電子設備的電磁干擾。

1.選擇合理的導線(xiàn)寬度 由于瞬變電流在印制線(xiàn)條上所產(chǎn)生的沖擊干擾主要是由印制導線(xiàn)的電感成分造成的，因此應盡量減小印制導線(xiàn)的電感量。印制導線(xiàn)的電感量與其長(cháng)度成正比，與其寬度成反比，因而短而精的導線(xiàn)對抑制干擾是有利的。時(shí)鐘引線(xiàn)、行驅動(dòng)器或總線(xiàn)驅動(dòng)器的信號線(xiàn)常常載有大的瞬變電流，印制導線(xiàn)要盡可能地短。對于分立組件電路，印制導線(xiàn)寬度在1.5mm左右時(shí)，即可完全滿(mǎn)足要求;對于集成電路，印制導線(xiàn)寬度可在0.2～1.0mm之間選擇。

2.采用正確的布線(xiàn)策略 采用平等走線(xiàn)可以減少導線(xiàn)電感，但導線(xiàn)之間的互感和分布電容增加，如果布局允許，最好采用井字形網(wǎng)狀布線(xiàn)結構，具體做法是印制板的一面橫向布線(xiàn)，另一面縱向布線(xiàn)，然后在交叉孔處用金屬化孔相連。 為了抑制印制板導線(xiàn)之間的串擾，在設計布線(xiàn)時(shí)應盡量避免長(cháng)距離的平等走線(xiàn)。

C、去耦電容配置

在直流電源回路中，負載的變化會(huì )引起電源噪聲。例如在數字電路中，當電路從一個(gè)狀態(tài)轉換為另一種狀態(tài)時(shí)，就會(huì )在電源線(xiàn)上產(chǎn)生一個(gè)很大的尖峰電流，形成瞬變的噪聲電壓。配置去耦電容可以抑制因負載變化而產(chǎn)生的噪聲，是印制電路板的可靠性設計的一種常規做法，配置原則如下： ●電源輸入端跨接一個(gè)10～100uF的電解電容器，如果印制電路板的位置允許，采用100uF以上的電解電容器的抗干擾效果會(huì )更好。 ●為每個(gè)集成電路芯片配置一個(gè)0.01uF的陶瓷電容器。如遇到印制電路板空間小而裝不下時(shí)，可每4～10個(gè)芯片配置一個(gè)1～10uF鉭電解電容器，這種器件的高頻阻抗特別小，在500kHz～20MHz范圍內阻抗小于1Ω，而且漏電流很小(0.5uA以下)。 ●對于噪聲能力弱、關(guān)斷時(shí)電流變化大的器件和ROM、RAM等存儲型器件，應在芯片的電源線(xiàn)(Vcc)和地線(xiàn)(GND)間直接接入去耦電容。 ●去耦電容的引線(xiàn)不能過(guò)長(cháng)，特別是高頻旁路電容不能帶引線(xiàn)。

D、印制電路板的尺寸與器件的布置

印制電路板大小要適中，過(guò)大時(shí)印制線(xiàn)條長(cháng)，阻抗增加，不僅抗噪聲能力下降，成本也高;過(guò)小，則散熱不好，同時(shí)易受臨近線(xiàn)條干擾。 在器件布置方面與其它邏輯電路一樣，應把相互有關(guān)的器件盡量放得靠近些，這樣可以獲得較好的抗噪聲效果。時(shí)鐘發(fā)生器、晶振和CPU的時(shí)鐘輸入端都易產(chǎn)生噪聲，要相互靠近些。易產(chǎn)生噪聲的器件、小電流電路、大電流電路等應盡量遠離邏輯電路，如有可能，應另做電路板，這一點(diǎn)十分重要。

E、散熱設計

從有利于散熱的角度出發(fā)，印制版最好是直立安裝，板與板之間的距離一般不應小于2cm，而且器件在印制版上的排列方式應遵循一定的規則： ·對于采用自由對流空氣冷卻的設備，最好是將集成電路(或其它器件)按縱長(cháng)方式排列;對于采用強制空氣冷卻的設備，最好是將集成電路(或其它器件)按橫長(cháng)方式排。 ·同一塊印制板上的器件應盡可能按其發(fā)熱量大小及散熱程度分區排列，發(fā)熱量小或耐熱性差的器件(如小信號晶體管、小規模集成電路、電解電容等)放在冷卻氣流的最上流(入口處)，發(fā)熱量大或耐熱性好的器件(如功率晶體管、大規模集成電路等)放在冷卻氣流最下游。 ·在水平方向上，大功率器件盡量靠近印制板邊沿布置，以便縮短傳熱路徑;在垂直方向上，大功率器件盡量靠近印制板上方布置，以便減少這些器件工作時(shí)對其它器件溫度的影響。

對溫度比較敏感的器件最好安置在溫度最低的區域(如設備的底部)，千萬(wàn)不要將它放在發(fā)熱器件的正上方，多個(gè)器件最好是在水平面上交錯布局。 ·設備內印制板的散熱主要依靠空氣流動(dòng)，所以在設計時(shí)要研究空氣流動(dòng)路徑，合理配置器件或印制電路板?？諝饬鲃?dòng)時(shí)總是趨向于阻力小的地方流動(dòng)，所以在印制電路板上配置器件時(shí)，要避免在某個(gè)區域留有較大的空域。

關(guān)于印制電路板

印制電路板，又稱(chēng)印刷電路板、印刷線(xiàn)路板，簡(jiǎn)稱(chēng)印制板，英文簡(jiǎn)稱(chēng)PCB(printed circuit board )或PWB(printed wiring board)，以絕緣板為基材，切成一定尺寸，其上至少附有一個(gè)導電圖形，并布有孔(如元件孔、緊固孔、金屬化孔等)，用來(lái)代替以往裝置電子元器件的底盤(pán)，并實(shí)現電子元器件之間的相互連接。由于這種板是采用電子印刷術(shù)制作的，故被稱(chēng)為“印刷”電路板。習慣稱(chēng)“印制線(xiàn)路板”為“印制電路”是不確切的，因為在印制板上并沒(méi)有“印制元件”而僅有布線(xiàn)。

它是重要的電子部件，是電子元器件的支撐體。

電路板拼板規范

1 電路板 拼板寬度≤260mm(SIEMENS線(xiàn))或≤300mm(FUJI線(xiàn));如果需要自動(dòng)點(diǎn)膠，PCB拼板寬度×長(cháng)度≤125 mm×180 mm

2 拼板外形盡量接近正方形，推薦采用2×2、3×3、……拼板;但不要拼成陰陽(yáng)板

3 電路板 拼板的外框(夾持邊)應采用閉環(huán)設計，確保PCB拼板固定在夾具上以后不會(huì )變形

4 小板之間的中心距控制在75 mm～145 mm之間

5 拼板外框與內部小板、小板與小板之間的連接點(diǎn)附近不能有大的器件或伸出的器件，且元器件與PCB板的邊緣應留有大于0.5mm的空間，以保證切割刀具正常運行

6 在拼板外框的四角開(kāi)出四個(gè)定位孔，孔徑4mm±0.01mm;孔的強度要適中，保證在上下板過(guò)程中不會(huì )斷裂;孔徑及位置精度要高，孔壁光滑無(wú)毛刺

7 電路板 拼板內的每塊小板至少要有三個(gè)定位孔，3≤孔徑≤6 mm，邊緣定位孔1mm內不允許布線(xiàn)或者貼片

8 用于 電路板 的整板定位和用于細間距器件定位的基準符號，原則上間距小于0.65mm的QFP應在其對角位置設置;用于拼版 電路板的定位基準符號應成對使用，布置于定位要素的對角處。

9 設置基準定位點(diǎn)時(shí)，通常在定位點(diǎn)的周?chē)舫霰绕浯?.5 mm的無(wú)阻焊區

由于印刷電路板并非一般終端產(chǎn)品，因此在名稱(chēng)的定義上略為混亂，例如：個(gè)人電腦用的母板，稱(chēng)為主板，而不能直接稱(chēng)為電路板，雖然主機板中有電路板的存在，但是并不相同，因此評估產(chǎn)業(yè)時(shí)兩者有關(guān)卻不能說(shuō)相同。再譬如：因為有集成電路零件裝載在電路板上，因而新聞媒體稱(chēng)他為IC板，但實(shí)質(zhì)上他也不等同于印刷電路板。

拼版

PCB設計完成因為PCB板形太小，不能滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝要求，或者一個(gè)產(chǎn)品由幾塊PCB組成，這樣就需要把若干小板拼成一個(gè)面積符合生產(chǎn)要求的大板，或者將一個(gè)產(chǎn)品所用的多個(gè)PCB拼在一起而便于生產(chǎn)電裝。前者類(lèi)似于郵票板，它既能夠滿(mǎn)足PCB生產(chǎn)工藝條件也便于元器件電裝，在使用時(shí)再分開(kāi)，十分方便;后者是將一個(gè)產(chǎn)品的若干套PCB板拼裝在一起，這樣便于生產(chǎn)，也便于對一個(gè)產(chǎn)品齊套，清楚明了。從而能夠進(jìn)行大規模的生產(chǎn),節約成本,產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益!