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PCB印制线路板设计

随着电子技术的快速发展,印制电路板广泛应用于各个领域,几乎所有的电子设备中都包含相应的印制电路板。为保证电子设备正常工作,减少相互间的电磁干扰,降低电磁污染对人类及生态环境的不利影响,电磁兼容设计不容忽视。那么音质线路板的设计步骤及方法是怎样的呢?本文将为您介绍印制电路板的设计方法和技巧。
在印制电路板的设计中,元器件布局和电路连接的布线是关键的两个环节。
布局
布局,是把电路器件放在印制电路板布线区内。布局是否合理不仅影响后面的布线工作,而且对整个电路板的性能也有重要影响。在保证电路功能和性能指标后,要满足工艺性、检测和维修方面的要求,元件应均匀、整齐、紧凑布放在PCB上,尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接,以得到均匀的组装密度。
按电路流程安排各个功能电路单元的位置,输入和输出信号、高电平和低电平部分尽可能不交叉,信号传输路线最短。
功能区分
元器件的位置应按电源电压、数字及模拟电路、速度快慢、电流大小等进行分组,以免相互干扰。
电路板上同时安装数字电路和模拟电路时,两种电路的地线和供电系统完全分开,有条件时将数字电路和模拟电路安排在不同层内。电路板上需要布置快速、中速和低速逻辑电路时,应安放在紧靠连接器范围内;而低速逻辑和存储器,应安放在远离连接器范围内。这样,有利于减小共阻抗耦合、辐射和交扰的减小。时钟电路和高频电路是主要的骚扰辐射源,一定要单独安排,远离敏感电路。
热磁兼顾
发热元件与热敏元件尽可能远离,要考虑电磁兼容的影响。
工艺性
⑴层面
贴装元件尽可能在一面,简化组装工艺。
⑵距离
元器件之间距离的最小限制根据元件外形和其他相关性能确定,目前元器件之间的距离一般不小于0.2 mm~0.3mm,元器件距印制板边缘的距离应大于2mm。
⑶方向
元件排列的方向和疏密程度应有利于空气的对流。考虑组装工艺,元件方向尽可能一致。
布线
1、导线
⑴宽度
印制导线的最小宽度,主要由导线和绝缘基板间的粘附强度和流过它们的电流值决定。印制导线可尽量宽一些,尤其是电源线和地线,在板面允许的条件下尽量宽一些,即使面积紧张的条件下一般不小于1mm。特别是地线,即使局部不允许加宽,也应在允许的地方加宽,以降低整个地线系统的电阻。对长度超过80mm的导线,即使工作电流不大,也应加宽以减小导线压降对电路的影响。
⑵长度
要极小化布线的长度,布线越短,干扰和串扰越少,并且它的寄生电抗也越低,辐射更少。特别是场效应管栅极,三极管的基极和高频回路更应注意布线要短。
⑶间距
相邻导线之间的距离应满足电气安全的要求,串扰和电压击穿是影响布线间距的主要电气特性。为了便于操作和生产,间距应尽量宽些,选择最小间距至少应该适合所施加的电压。这个电压包括工作电压、附加的波动电压、过电压和因其它原因产生的峰值电压。当电路中存在有市电电压时,出于安全的需要间距应该更宽些。
⑷路径
信号路径的宽度,从驱动到负载应该是常数。改变路径宽度对路径阻抗(电阻、电感、和电容)产生改变,会产生反射和造成线路阻抗不平衡。所以,最好保持路径的宽度不变。在布线中,最好避免使用直角和锐角,一般拐角应该大于90°。直角的路径内部的边缘能产生集中的电场,该电场产生耦合到相邻路径的噪声,45°路径优于直角和锐角路径。当两条导线以锐角相遇连接时,应将锐角改成圆形。
2、孔径和焊盘尺寸
元件安装孔的直径应该与元件的引线直径较好的匹配,使安装孔的直径略大于元件引线直径的(0.15~0.3)mm。通常DIL封装的管脚和绝大多数的小型元件使用0.8mm的孔径,焊盘直径大约为2mm。对于大孔径焊盘为了获得较好的附着能力,焊盘的直径与孔径之比,对于环氧玻璃板基大约为2,而对于苯酚纸板基应为(2.5~3)。
过孔,一般被使用在多层PCB中,它的最小可用直径是与板基的厚度相关,通常板基的厚度与过孔直径比是6:1。高速信号时,过孔产生(1~4)nH的电感和(0.3~0.8)pF的电容的路径。因此,当铺设高速信号通道时,过孔应该被保持到绝对的最小。对于高速的并行线(例如地址和数据线),如果层的改变是不可避免,应该确保每根信号线的过孔数一样。并且应尽量减少过孔数量,必要时需设置印制导线保护环或保护线,以防止振荡和改善电路性能。
3、地线设计
不合理的地线设计会使印制电路板产生干扰,达不到设计指标,甚至无法工作。地线是电路中电位的参考点,又是电流公共通道。地电位理论上是零电位,但实际上由于导线阻抗的存在,地线各处电位不都是零。因为地线只要有一定长度就不是一个处处为零的等电位点,地线不仅是必不可少的电路公共通道,又是产生干扰的一个渠道。
一点接地是消除地线干扰的基本原则。所有电路、设备的地线都必须接到统一的接地点上,以该点作为电路、设备的零电位参考点(面)。一点接地分公用地线串联一点接地和独立地线并联一点接地。
公用地线串联一点接地方式比较简单,各个电路接地引线比较短,其电阻相对小,这种接地方式常用于设备机柜中的接地。独立地线并联一点接地,只有一个物理点被定义为接地参考点,其他各个需要接地的点都直接接到这一点上,各电路的地电位只与本电路的地电流基地阻抗有关,不受其他电路的影响。
具体布线时应注意以下几点:
⑴走线长度尽量短,以便使引线电感极小化。在低频电路中,因为所有电路的地电流流经公共的接地阻抗或接地平面,所以避免采用多点接地。
⑵公共地线应尽量布置在印制电路板边缘部分。电路板上应尽可能多保留铜箔做地线,可以增强屏蔽能力。
⑶双层板可以使用地线面,地线面的目的是提供一个低阻抗的地线。
⑷多层印制电路板中,可设置接地层,接地层设计成网状。地线网格的间距不能太大,因为地线的一个主要作用是提供信号回流路径,若网格的间距过大,会形成较大的信号环路面积。大环路面积会引起辐射和敏感度问题。另外,信号回流实际走环路面积小的路径,其他地线并不起作用。
⑸地线面能够使辐射的环路最小。
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