现在,电子设备被用于各种电子设备和系统,依然以印制电路板为主要的组装方式。已经证明,即使电路原理图的设计正确,印制电路板设计不合适,也会对电子设备的可靠性产生不利影响。例如,PCB板当两条细平行线接近时,形成信号波形的延迟,在传输路径的末端形成反射噪声。因此,在设计印制电路板时,必须注意采用正确的方法。
一、电路基板设计地线设计是电子设备中接地控制干扰的重要方法。
如果能够正确组合接地和屏蔽,则可以解决大部分干扰问题。电子设备的接地结构大致有系统的、外壳的、数字的(逻辑的)、模拟的等。在接地设计中,请注意以下几点。
1.正确选择单点接地和多点接地
在低频电路中,信号的工作频率小于1MHz,布线和元件之间的电感的影响较小,但是由接地电路形成的环路流对干扰有很大的影响,所以应该采用一点接地。如果信号操作频率大于10MHz,则接地阻抗变大,在这种情况下,尽量降低接地阻抗,采用接近多点接地。工作频率为1?在10MHz的情况下,如果采用一点接地,该地线长不能超过波长的1/20。否则,必须采用多点接地法。
2.从模拟电路中断开数字电路
电路板既有高速逻辑电路,也有线性电路,必须尽量分离,但两者的接地线不混合,分别与电源端子的接地线连接。必须尽量增大线性电路的接地面积。
3.尽量加粗接地线
当接地线较细时,接地电位随着电流的变化而变化,电子设备的定时信号电平变得不稳定,噪声电阻性能变差。因此,接地线必须尽量加粗,以便能够通过位于印制电路板的三个容许电流。如果可能的话,接地线的宽度必须大于3mm。
4.将接地线设为闭环
仅由数字电路构成印制电路板在设计接地系统时,通过将接地线设为闭环,可以显著提高防噪声能力。其原因是印制电路板中有很多集成电路组件,特别是在有耗电量大的组件的情况下,由于受接地线的粗细限制,所以在接合处产生大的电位差,引起噪声电阻能力降低,如果对接地结构进行循环,则电位差值缩小这是因为提高了电子设备的噪声抵抗能力。
二、PCB设计电磁兼容性设计
电磁兼容性是指电子设备在各种电磁环境中也能协调有效地工作的能力。电磁兼容性设计的目的是电子设备抑制各种外来干扰,电子设备在特定的电磁环境中正常工作,并且电子设备本身减少对其他电子设备的电磁干扰。
1.选择合理的导线宽度
由于瞬态电流产生在印刷线上的冲击干扰主要是由于印刷线的电感成分,所以应尽量减小印刷线的电感量。由于印刷线的电感量与其长度成比例,与其宽度成反比,所以短而精巧的电线有利于抑制干扰。时钟导程、线路驱动器或总线驱动器的信号线通常具有大的瞬态电流,并且打印布线必须尽可能短。在分立组立体电路的情况下,如果印刷布线宽度为1,则能够完全满足要求。关于集成电路,可以使打印布线的宽度为0。在0mm之间选择。
2.采用正确的布线策略
通过使用均等的走线,可以降低引线电感,但在导线间的电感和分布容量增加、允许布局的情况下,最好采用井状的网状配线结构,具体来说PCB板一方的横配线、另一方的竖配线、然后在十字路口金属化孔连接。PCB板为了抑制导线之间的串扰,在设计布线时应尽量避免长距离平等的布线。
三、电路基板设计的解锁容量配置
在直流电源电路中,由于负荷的变化会产生电源噪声。例如,在数字电路中,当电路从一的状态转移到另一状态时,电源线产生大的峰值电流,形成瞬态噪声电压。解块容量的构成能够抑制由负载的变化引起的噪声,印制电路板的可靠性是设计的以往的方法,构成原则如下。
电源输入端为一个10?如果跨越100uF的电解电容器,容许印制电路板的位置,则使用100uF以上的电解电容器的话,干扰防止效果高。
每集成电路芯片构成0的.01uF的陶瓷电容器。印制电路板)如果空间小而无法进入,则每4~10个芯片可以配置1~10uF钽电解电容器,该元件的高频阻抗特别小,在500kHz~20MHz的范围内阻抗小于1Omega。泄漏电流较小(0.5uA以下)。
噪声能力弱,关断时电流的变化大的设备和ROM、RAM等存储型设备必须在芯片的电源线Vcc和地线GND之间直接连接去耦电容。
解块容量的引线不能太长,特别是高频旁路容量不具有引线。
四、PCB设计印制电路板的尺寸和设备的配置
印制电路板大小合适,过大打印线变长,阻抗增加,不仅噪声阻力能力降低,而且成本也高。太小的话,散热会变差,容易被邻近线干涉。在设备布置方面,类似于其他逻辑电路,通过尽可能接近相互关联的设备,可以获得更好的噪声防止效果。时钟发生器、晶体振动和CPU时钟输入端子产生容易接近的噪声。容易产生噪声的设备、小电流电路、大电流电路等尽量远离逻辑电路,如果可能的话,另外制作电路板是很重要的。
五、电路板设计散热设计
从有利于散热的观点来看,PCB板优选直立安装,板与板之间的距离一般不小于2cm,设备在PCB板上的配置方式应遵循一定规则。
在使用自由对流空气冷却装置的情况下,优选纵向排列集成电路(或其他装置)。在使用强制空气冷却装置的情况下,优选横向排出集成电路(或其他设备)。
同一块PCB板上的设备被尽可能地根据该热量的大小和散热程度来区分,发热量小或者耐热性差的设备(例如小信号晶体管、小规模集成电路、电解容量等)被配置在冷却气流的最上游(入口)热量大或耐热性好的设备(例如功率晶体管、大规模集成电路等)应配置在冷却气流的最下游。
在水平方向上处,大功率设备被布置成尽可能接近PCB板边以缩短传热路径。在垂直方向上中,大功率设备被尽可能地布置在PCB板的上方以减少在这些设备的操作期间对其它设备温度的影响。
对温度敏感的设备最好放在设备底部等温度最低的区域,不要放在发热设备的正上方。希望多个设备在水平面交叉放置。
设备内PCB板的散热主要取决于空气的流动,因此在设计时研究空气的流动路径,合理配置设备或印制电路板。由于空气的流动总是倾向于在电阻小的地方流动,所以在印制电路板配置设备的情况下,必须避免在某个区域留下大的空域。