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有哪些可以顯著改善PCB設(shè)計(jì)基本問題的方法和技巧?

發(fā)布時(shí)間:2023-04-20 閱讀量:923 來源: 我愛方案網(wǎng)整理 發(fā)布人: Aurora

印刷電路板 (PCB) 是電子產(chǎn)品的軀體,最終產(chǎn)品的性能、壽命和可靠性依賴于其所構(gòu)成的電氣系統(tǒng)。如果設(shè)計(jì)得當(dāng),具有高質(zhì)量電路的產(chǎn)品將具有較低的現(xiàn)場故障率和現(xiàn)場退貨率。因此,產(chǎn)品的生產(chǎn)成本將更低,利潤更高。在設(shè)計(jì)PCB時(shí),我們通常會依賴以前在網(wǎng)上找到的經(jīng)驗(yàn)和技巧。某些規(guī)則在設(shè)計(jì)時(shí)是通用的,也有部分規(guī)則只能用于特定設(shè)計(jì)。  

 

例如,模數(shù)轉(zhuǎn)換器PCB規(guī)則不適用于RF,反之亦然。但是,某些準(zhǔn)則對于任何PCB設(shè)計(jì)都可以視為通用的。今天來看看一些可以顯著改善PCB設(shè)計(jì)基本問題的方法和技巧。   

 

電源和信號分配  

 

電源分配是任何電氣設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵要素。所有的組件都依靠電源來發(fā)揮其功能。根據(jù)您的設(shè)計(jì),某些元件可能具有較好的電源連接,而在同一塊板上的某些元件可能具有較差的電源連接。    

 

例如,如果所有組件都由一條走線供電,則每個(gè)組件將觀察到不同的阻抗,從而導(dǎo)致多個(gè)接地參考。例如,如果您有兩個(gè)ADC電路,一個(gè)在開始,另一個(gè)在末尾,并且兩個(gè)ADC都讀取一個(gè)外部電壓,則每個(gè)模擬電路將讀取相對于它們自己的不同電勢。    

 

我們可以用3種可能的方式總結(jié)功率分布:單點(diǎn)源、星形源和多點(diǎn)源。    

 

(a)單點(diǎn)電源:  

 

每個(gè)組件的電源和地線均彼此分開,所有組件的電源走線僅在單個(gè)參考點(diǎn)匯合,單點(diǎn)被認(rèn)為是適合功率的。但是,對于復(fù)雜或大型/中型項(xiàng)目,這是不可行的。

        

有哪些可以顯著改善PCB設(shè)計(jì)基本問題的方法和技巧?

 

(b)星源  

 

星源可以看作是單點(diǎn)源的改進(jìn)。由于其關(guān)鍵特性,它有所不同:組件之間的走線長度相同。    

 

星型連接通常用于帶有各種時(shí)鐘的復(fù)雜高速信號板。在高速信號PCB中,信號通常來自邊緣,然后到達(dá)中心。所有信號都可以從中心傳到電路板的任何區(qū)域,并且區(qū)域之間的延遲 。   

     

有哪些可以顯著改善PCB設(shè)計(jì)基本問題的方法和技巧?

 

(c)多點(diǎn)源:  

 

在任何情況下都被認(rèn)為是比較差的設(shè)計(jì)類型,但是,它容易在任何電路中使用。多點(diǎn)源可能會在元件之間以及公共阻抗耦合中產(chǎn)生參考差異。

    

這種設(shè)計(jì)風(fēng)格還允許高頻開關(guān)IC,時(shí)鐘和RF電路在共享連接的附近電路中引入噪聲。  

    

有哪些可以顯著改善PCB設(shè)計(jì)基本問題的方法和技巧?

 

當(dāng)然,在我們的日常生活中,我們將無法總是擁有單一類型的分布。我們可以取得的折衷是將單點(diǎn)源與多點(diǎn)源混合在一起??梢詫⒛M敏感設(shè)備和高速/ RF系統(tǒng)放在一個(gè)點(diǎn)中,同時(shí)將所有其他不那么敏感的外圍設(shè)備都放在一個(gè)點(diǎn)中。    

 

電源平面  

 

您是否想過是否應(yīng)該使用電源平面?答案是肯定的。電源平面是傳遞電源并降低任何電路噪聲的方法之一。    

 

電源平面縮短了接地路徑,降低了電感,提高了電磁兼容性(EMC)性能。還應(yīng)歸功于,兩側(cè)的電源平面還會產(chǎn)生一個(gè)平行板去耦電容器,從而防止了噪聲傳播。    

 

電源平面還有一個(gè)明顯的優(yōu)勢:由于面積較大,它允許更大的電流通過,從而增加了PCB的工作溫度范圍。但請注意:電源層可改善工作溫度,但也必須考慮走線。跟蹤規(guī)則由IPC-2221IPC-9592給出    

 

對于帶有RF源的PCB(或任何高速信號應(yīng)用),必須具有完整的接地層以提高電路板的性能。信號必須位于不同的平面上,并且使用兩層板幾乎不可能同時(shí)達(dá)到兩個(gè)要求。    

 

如果要設(shè)計(jì)天線或任何低復(fù)雜度的RF板,則可以使用兩層來實(shí)現(xiàn)。下圖顯示了PCB如何更好地使用這些平面的圖示。

   

有哪些可以顯著改善PCB設(shè)計(jì)基本問題的方法和技巧?

 

在混合信號設(shè)計(jì)中,通常建議將模擬地與數(shù)字地分開。靈敏的模擬電路很容易受到高速開關(guān)和信號的影響,如果模擬和數(shù)字接地不同,則接地平面將分開。    

 

但是,有如下缺點(diǎn),我們應(yīng)該注意主要是由接地平面的不連續(xù)性造成的分割地面的串?dāng)_和環(huán)路區(qū)域。    

 

下圖顯示了兩個(gè)分開的接地平面的示例。在左側(cè),返回電流無法沿著信號走線直接通過,因此會出現(xiàn)環(huán)路區(qū)域,而不會在右側(cè)環(huán)路區(qū)域進(jìn)行設(shè)計(jì)。      


有哪些可以顯著改善PCB設(shè)計(jì)基本問題的方法和技巧?

 

電磁兼容性和電磁干擾EMI    

 

對于高頻設(shè)計(jì)(例如RF系統(tǒng)),EMI可能是一個(gè)很大的缺點(diǎn)。前面討論的接地層有助于減輕EMI,但是根據(jù)您的PCB,接地層可能會帶來其他問題。在具有四層或更多層的疊層板中,飛機(jī)的距離至關(guān)重要。    

 

當(dāng)平面間電容小時(shí),電場將在板上擴(kuò)展。同時(shí),兩個(gè)平面之間的阻抗減小,允許返回電流流到信號平面。這將對穿過平面的任何高頻信號產(chǎn)生EMI。  


有哪些可以顯著改善PCB設(shè)計(jì)基本問題的方法和技巧?

  

避免產(chǎn)生EMI的簡單解決方案是:防止高速信號穿越多層。添加去耦電容器;并在信號走線周圍放置接地過孔。下圖顯示了具有高頻信號的良好PCB設(shè)計(jì)。

        

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濾除噪音  

 

旁路電容器和鐵氧體磁珠是用于過濾任何組件產(chǎn)生的噪聲的器件。基本上,如果在任何高速應(yīng)用中使用,則任何I / O引腳都可能成為噪聲源。為了更好地利用這些內(nèi)容,我們將不得不注意以下幾點(diǎn):    

 

始終將鐵氧體磁珠和旁路電容器放置在盡可能靠近噪聲源的位置。  

 

當(dāng)我們使用自動(dòng)放置和自動(dòng)布線時(shí),應(yīng)該考慮距離來進(jìn)行檢查。  

 

避免過孔和過濾器與組件之間的任何其他走線。  

 

如果有接地層,請使用多個(gè)通孔將其正確接地。

 

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