PCB設計之那些你必須要掌握的設計要領(lǐng)

　　在設計中，布局是一個(gè)重要的環(huán)節。布局結果的好壞將直接影響布線(xiàn)的效果，因此可以這樣認為，合理的布局是PCB設計成功的第一步。

　　尤其是預布局，是思考整個(gè)電路板，信號流向、散熱、結構等架構的過(guò)程。如果預布局是失敗的，后面的再多努力也是白費。

　　1、考慮整體

　　一個(gè)產(chǎn)品的成功與否，一是要注重內在質(zhì)量，二是兼顧整體的美觀(guān)，兩者都較完美才能認為該產(chǎn)品是成功的。

　　在一個(gè)PCB板上，元件的布局要求要均衡，疏密有序，不能頭重腳輕或一頭沉。

　　PCB是否會(huì )有變形?

　　是否預留工藝邊?

　　是否預留MARK點(diǎn)?

　　是否需要拼板?

　　多少層板，可以保證阻抗控制、信號屏蔽、信號完整性、經(jīng)濟性、可實(shí)現性?

　　2、排除低級錯誤

　　印制板尺寸是否與加工圖紙尺寸相符?能否符合PCB制造工藝要求?有無(wú)定位標記?

　　元件在二維、三維空間上有無(wú)沖突?

　　元件布局是否疏密有序，排列整齊?是否全部布完?

　　需經(jīng)常更換的元件能否方便的更換?插件板插入設備是否方便?

　　熱敏元件與發(fā)熱元件之間是否有適當的距離?

　　調整可調元件是否方便?

　　在需要散熱的地方，裝了散熱器沒(méi)有?空氣流是否通暢?

　　信號流程是否順暢且互連最短?

　　插頭、插座等與機械設計是否矛盾?

　　線(xiàn)路的干擾問(wèn)題是否有所考慮?

　3、旁路或去耦電容

　　在布線(xiàn)時(shí)，模擬器件和數字器件都需要這些類(lèi)型的電容，都需要靠近其電源引腳連接一 個(gè)旁路電容，此電容值通常為 0.1μF。引腳盡量短，減小走線(xiàn)的感抗，且要盡量靠近器件。

　　在電路板上加旁路或去耦電容，以及這些電容在板上的布置，對于數字和模擬設計來(lái)說(shuō) 都屬于基本常識，但其功能卻是有區別的。 在模擬布線(xiàn)設計中旁路電容通常用于旁路電源上的高頻信號，如果不加旁路電容，這 些高頻信號可能通過(guò)電源引腳進(jìn)入敏感的模擬芯片。一般來(lái)說(shuō)，這些高頻信號 的頻率超出 模擬器件抑制高頻信號的能力。如果在模擬電路中不使用旁路電容的話(huà)，就可能在信號路徑 上引入噪聲，更嚴重的情況甚至會(huì )引起振動(dòng)。 而對于控制器和處理器這樣的數字器件 來(lái)說(shuō)，同樣需要去耦電容，但原因不同。這些 電容的一個(gè)功能是用作“微型”電荷庫，這是因為在數字電路中，執行門(mén)狀態(tài)的切換(即開(kāi)關(guān) 切換)通常需要很大的電 流，當開(kāi)關(guān)時(shí)芯片上產(chǎn)生開(kāi)關(guān)瞬態(tài)電流并流經(jīng)電路板，有這額外的 “備用”電荷是有利的。如果執行開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)沒(méi)有足夠的電荷，會(huì )造成電源電壓發(fā)生很大變化。 電 壓變化太大，會(huì )導致數字信號電平進(jìn)入不確定狀態(tài)，并很可能引起數字器件中的狀態(tài)機 錯誤運行。流經(jīng)電路板走線(xiàn)的開(kāi)關(guān)電流將引起電壓發(fā)生變化，由于電路板走線(xiàn) 存在寄生電 感，則可采用如下公式計算電壓的變化： V=Ldl/dt 其中 V=電壓的變化 L=電路板走線(xiàn)感抗 dI=流經(jīng)走線(xiàn)的電流變化 dt=電流變化的時(shí)間 因此，基于多種原因，在供電電源處或有源器件的電源引腳處施加旁路(或去耦)電容是 非常好的做法。

　　4、輸入電源，如果電流比較大，建議減少走線(xiàn)長(cháng)度和面積，不要滿(mǎn)場(chǎng)跑

　　輸入上的開(kāi)關(guān)噪聲耦合到了電源輸出的平面。輸出電源的MOS管的開(kāi)關(guān)噪聲影響了前級的輸入電源。

　　如果電路板上存在大量大電流DCDC，則有不同頻率，大電流高電壓跳變干擾。

　　所以我們需要減小輸入電源的面積，滿(mǎn)足通流就可以。所以在電源布局的時(shí)候，要考慮避免輸入電源滿(mǎn)板跑。

　　5、電源線(xiàn)和地線(xiàn)

　　電源線(xiàn)和地線(xiàn)的位置良好配合，可以降低電磁干擾(EMl)的可能性。如果電源線(xiàn)和地線(xiàn) 配合不當，會(huì )設計出系統環(huán)路，并很可能會(huì )產(chǎn)生噪聲。電源線(xiàn)和地線(xiàn)配 合不當的 PCB 設計 示例如圖所示。在此電路板上，使用不同的路線(xiàn)來(lái)布電源線(xiàn)和地線(xiàn)，由于這種不恰當的配合，電路板的電子元器件和線(xiàn)路受電磁干擾 (EMI)的可能性比較大。

　　6、數模分離

　　在每個(gè) PCB 設計中，電路的噪聲部分和“安靜”部分(非噪聲部分)要分隔開(kāi)。 一般來(lái)說(shuō)，數字電路可以容忍噪聲干擾，而且對噪聲不敏感(因為數字電 路有較大的電壓噪聲容限);相反，模擬電路的電壓噪聲容限就小得多。兩者之中，模擬電路對開(kāi)關(guān)噪聲最為敏感。 在混合信號系統的布線(xiàn)中，這兩種電路要分隔開(kāi)。

　　電路板布線(xiàn)的基本知識既適用于模擬電路，也適用于數字電路。一個(gè)基本的經(jīng)驗準則是 使用不間斷的地平面，這一基本準則可降低了數字電路中的 dI/dt(電流隨時(shí)間的變化)效應， 因為 dI/dt 效應會(huì )造成地的電勢并使噪聲進(jìn)入模擬電路。 數字和模擬電路的布線(xiàn)技巧基本相同，但有一點(diǎn)除外。對于模擬電路，還要另外一點(diǎn) 需要注意，就是要將數字信號線(xiàn)和地平面中的回路盡量遠離模擬電路。這一點(diǎn) 可以通過(guò)如下做法來(lái)實(shí)現：將模擬地平面單獨連接到系統地連接端，或者將模擬電路放置在電路板的最 遠端，也就是線(xiàn)路的末端。這樣做是為了保持信號路徑所受到 的外部干擾最小。對于數字 電路就不需要這樣做，數字電路可容忍地平面上的大量噪聲，而不會(huì )出現問(wèn)題。

　　7、散熱考慮

　　在布局過(guò)程中，需要考慮散熱風(fēng)道，散熱死角;

　　熱敏感器件不要放在熱源風(fēng)后面。優(yōu)先考慮DDR這樣散熱困難戶(hù)的布局位置。避免由于熱仿真不通過(guò)，導致反復調整。