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合理布局是PCB設計成功的第一步

time : 2019-11-16 09:27       作者:凡億pcb

【凡億PCB】在設計中,布局是一個重要的環節。布局結果的好壞將直接影響布線的效果,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,是思考整個電路板,信號流向、散熱、結構等架構的過程。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

一個產品的成功與否,一是要注重內在質量,二是兼顧整體的美觀,兩者都較完美才能認為該產品是成功的。

在一個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。

台湾佬娱乐网 PCB是否會有變形?

是否預留工藝邊?

是否預留MARK點?

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、經濟性、可實現性?

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?有無定位標記?

元件在二維、三維空間上有無沖突?

元件布局是否疏密有序,排列整齊?是否全部布完?

需經常更換的元件能否方便的更換?插件板插入設備是否方便?

熱敏元件與發熱元件之間是否有適當的距離?

調整可調元件是否方便?

台湾佬娱乐网 在需要散熱的地方,裝了散熱器沒有?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?

線路的干擾問題是否有所考慮?

3、旁路或去耦電容

在布線時,模擬器件和數字器件都需要這些類型的電容,都需要靠近其電源引腳連接一個旁路電容,此電容值通常為0.1μF。引腳盡量短,減小走線的感抗,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說都屬于基本常識,但其功能卻是有區別的。在模擬布線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電源引腳進入敏感的模擬芯片。一般來說,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,就可能在信號路徑上引入噪聲,更嚴重的情況甚至會引起振動。而對于控制器和處理器這樣的數字器件來說,同樣需要去耦電容,但原因不同。這些電容的一個功能是用作“微型”電荷庫,這是因為在數字電路中,執行門狀態的切換(即開關切換)通常需要很大的電流,當開關時芯片上產生開關瞬態電流并流經電路板,有這額外的“備用”電荷是有利的。如果執行開關動作時沒有足夠的電荷,會造成電源電壓發生很大變化。電壓變化太大,會導致數字信號電平進入不確定狀態,并很可能引起數字器件中的狀態機錯誤運行。流經電路板走線的開關電流將引起電壓發生變化,由于電路板走線存在寄生電感,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=電路板走線感抗dI=流經走線的電流變化dt=電流變化的時間因此,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,建議減少走線長度和面積,不要滿場跑

輸入上的開關噪聲耦合到了電源輸出的平面。輸出電源的MOS管的開關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,滿足通流就可以。所以在電源布局的時候,要考慮避免輸入電源滿板跑。

5、電源線和地線

電源線和地線的位置良好配合,可以降低電磁干擾(EMl)的可能性。如果電源線和地線配合不當,會設計出系統環路,并很可能會產生噪聲。電源線和地線配合不當的PCB設計示例如圖所示。在此電路板上,使用不同的路線來布電源線和地線,由于這種不恰當的配合,電路板的電子元器件和線路受電磁干擾(EMI)的可能性比較大。

6、數模分離

在每個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。一般來說,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,模擬電路對開關噪聲最為敏感。在混合信號系統的布線中,這兩種電路要分隔開。

電路板布線的基本知識既適用于模擬電路,也適用于數字電路。一個基本的經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(電流隨時間的變化)效應,因為dI/dt效應會造成地的電勢并使噪聲進入模擬電路。數字和模擬電路的布線技巧基本相同,但有一點除外。對于模擬電路,還要另外一點需要注意,就是要將數字信號線和地平面中的回路盡量遠離模擬電路。這一點可以通過如下做法來實現: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,而不會出現問題。

7、散熱考慮

在布局過程中,需要考慮散熱風道,散熱死角;

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