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《PCB板布局原則、布線技巧(圖解)》由會員上傳分享,免費在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、PCB板布局原則、布線技巧(圖解)摘要本文對旁路電容、電源、地線設(shè)計、電壓誤差和由PCB布線引起的電磁干擾(EMl)等幾個方面問題,以及和模擬和數(shù)字布線的基本準(zhǔn)則進(jìn)行討論與分析,并以12位傳感系統(tǒng)為例對布局竅門的應(yīng)用作說明。關(guān)鍵詞模擬數(shù)字布局電磁干擾(EMl)PCB設(shè)計噪聲容限高阻抗前言-電子產(chǎn)品工程化的關(guān)鍵步驟現(xiàn)代電子工程領(lǐng)域中的數(shù)字設(shè)計人員和數(shù)字電路板設(shè)計人員在不斷增加,這反映了行業(yè)的發(fā)展趨勢。盡管對數(shù)字設(shè)計的發(fā)展與重視給電子產(chǎn)品帶來了重大發(fā)展,但并不是說模擬電路設(shè)計重要性可以大幅降低,相反仍然存在、而且還會一直存在著一部分?jǐn)?shù)字電路與模擬或現(xiàn)實環(huán)境接
2、口的電路設(shè)計。特別是模擬布局和數(shù)字布局技術(shù)是不能掉以輕心的,因為它直接關(guān)系到電子產(chǎn)品的質(zhì)量,是電子產(chǎn)品工程化很關(guān)鍵的步驟,也是設(shè)計人員迫切希望了解和掌握的問題。應(yīng)該說,模擬和數(shù)字領(lǐng)域的布線策略有一些類似之處,但要獲得更好的結(jié)果時,若采用的布線策略不同,即仍舊是用簡單電路布線設(shè)計,則不再是最優(yōu)或最佳方案了。為此,本文就旁路電容、電源、地線設(shè)計、電壓誤差和由PCB布線引起的電磁干擾(EMl)等幾個方面,就模擬和數(shù)宇布線的基本相似之處與差別及以12位傳感系統(tǒng)為例說明的布局竅門進(jìn)行討論與分析。為此,先述模擬和數(shù)字布線要領(lǐng)的相似之處。一、PCB布局布線基本要領(lǐng)1、
3、旁路或去耦電容在布線時,模擬器件和數(shù)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。系統(tǒng)供電電源則需要另一類去耦電容,通常此電容值大約為10μF。這些電容的位置如圖1所示。電容取值范圍為推薦值的1/10至10倍之間。但引腳須較短,且要盡量靠近器件(為0.1μF電容)或供電電源(為10μF電容)。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(shù)字和模擬設(shè)計來說都屬于基本常識,但其功能卻是有區(qū)別的。在模擬布線設(shè)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(jìn)入敏
4、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(yán)重的情況甚至?xí)鹫駝?。而對于控制器和處理器這樣的數(shù)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(shù)字電路中,執(zhí)行門狀態(tài)的切換(即開關(guān)切換)通常需要很大的電流,當(dāng)開關(guān)時芯片上產(chǎn)生開關(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(zhí)行開關(guān)動作時沒有足夠的電荷,會造成電源電壓發(fā)生很大變化。電壓變化太大,會導(dǎo)致數(shù)字信號電平進(jìn)入不確定狀態(tài),并很可能引起數(shù)字器件中的狀
5、態(tài)機錯誤運行。流經(jīng)電路板走線的開關(guān)電流將引起電壓發(fā)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(jīng)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。2、電源線和地線要布在一起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(dāng),會設(shè)計出系統(tǒng)環(huán)路,并很可能會產(chǎn)生噪聲。電源線和地線配合不當(dāng)?shù)腜CB設(shè)計示例如圖2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
6、種不恰當(dāng)?shù)呐浜希娐钒宓碾娮釉骷途€路受電磁干擾(EMI)的可能性比較大。此電路板上,設(shè)計出的環(huán)路面積為697平方米。而采用圖3所示的方法,電路板上或電路板外的輻射噪聲在環(huán)路中感應(yīng)電壓的可能性會大大降低。在此單面板中,到電路板上器件的電源線和地線彼此靠近。此電路板中電源線和地線的配合比圖2中恰當(dāng),其設(shè)計出的環(huán)路面積為12.8平方米。電路板中電子元器件和線路受電磁干擾(EMI)的可能性降低了679/12.8倍或約54倍。3、如何抑制地線干擾3.1地線干擾成因所謂干擾,必然是發(fā)生在不同的單元電路、部件或系統(tǒng)之間,而地線干擾是指通過公用地線的方式產(chǎn)生的信號干
7、擾。注意這里所提到的信號,通常是指交流信號或者跳變信號。地線干擾的形式很多,有人把它歸結(jié)成兩類:地線環(huán)路干擾、公共阻抗干擾,我認(rèn)為應(yīng)該還要加上地線環(huán)路的電磁偶合干擾,因此是三類。下圖可以很好的說明三類地線干擾的成因。衡性,每根導(dǎo)線上的電流不同,因此會產(chǎn)生差模電壓,對電路造成影響。具體的說就是“B單元電路”的地線電流,在J、N、L、M形成的“地線環(huán)路”中,對放大器A1和A2造成了影響。由于這種干擾是由電纜與地線構(gòu)成的環(huán)路電流產(chǎn)生的,因此成為地環(huán)路干擾。3.2地環(huán)路電磁耦合干擾在實際電路的PCB上,J、N、L、M形成的“地線環(huán)路”將包圍一定的面積,根據(jù)電磁感
8、應(yīng)定律,如果這個環(huán)路所包圍的面積中有變化的磁場存在,就會在環(huán)路中產(chǎn)生感生電流,形