设计电路板的最基本的过程可以分为三个步骤:电路原理图的设计,生成网络表,印制电路板的设计。板上的设备布局和走线等,有具体的要求。
例如,输入/输出线必须尽量平行,以避免发生干扰。两个信号线的平行走线需要隔离接地线,两个相邻层的配线尽量相互垂直,平行容易产生寄生结合。电源和地线必须尽量分成两层相互垂直。关于线宽,数字电路PCB构成一次可用宽度的地线,即一地网(模拟电路不能这样使用),以大面积铺铜。
以下,对应注意单片机控制板PCB的设计的原则和一些详细情况进行说明。
1.设备布局
在元装置的布局中,应尽可能接近相互关联的元件,例如,时钟发生器、晶体振动、CPU的时钟输入端应容易产生噪声,并应在放置时靠近。容易产生噪声的装置、小电流电路、大电流电路开关电路等尽量远离单片机的逻辑控制电路或存储电路(ROM、RAM),如果可能的话,可以将这些电路设为另外的基板,有利于防止干扰,能够提高电路动作的可靠性。
2.解锁容量
解锁容量尽量安装在ROM、RAM等键元件的旁边。实际上,印制电路板配线、销配线、配线等可能包含较大的电感效果。大的电感可能在Vcc线路上引起严重的开关噪声峰值。Vcc防止线上开关噪声峰值的唯一方法是在Vcc和电源位置之间配置0.1uF的电子解联容量。在电路板上使用表面粘贴元件的情况下,可以用片状容量直接贴紧元件,并固定在Vcc销上。由于磁器容量的静电损失ESL低且高频阻抗高,所以温度和时间介质稳定性良好,因此优选使用。高频阻抗高,所以请尽量不要使用钽电容。
配置解锁容量时,需要注意以下几点。
印制电路板的电源输入端子上跨越约100uF的电解容量,如果允许体积,则电容最好大。
原则上,需要在各集成电路芯片的旁边放置0.01uF的瓷器芯片容量,在电路基板的空隙太小而不能放置的情况下,可以在10个芯片左右放置1~10的钽电容。
干扰防止能力弱,在关断时电流变化大的元件或RAM、ROM等存储元件中,应该在电源线(Vcc)和地线之间连接去耦电容。
容量的引线不要太长。特别是高频旁路容量不能有引线。
3.接地设计
在单片机控制系统中,地线的种类多,有系统的、遮挡的、逻辑的、模拟的等,地线是否合理配置决定电路基板的干扰防止能力。设计地线和接地点时,需要考虑以下问题。
无论是理论上还是模拟上,布线都是分离出来的,不能同时使用,将各自的接地线连接到相应的电源接地线上。设计时,模拟地线应尽量加粗,拉出端的接地面积应尽量加大。一般来说,对于输入输出的模拟信号,优选通过光耦合将其与单片电路之间分离。
在设计逻辑电路的印刷电路版时,该地线必须构成闭环形式,提高电路的干扰防止能力。
地线要尽量加粗。地线细的话,地线电阻变大,接地电位随着电流的变化而变化,信号电平变得不稳定,电路的干扰防止能力降低。在允许布线空间的情况下,为了保证主接地线的宽度至少在2~3mm以上,元件销上的接地线应在1.5mm左右。
请注意选择位置。在电路板上的信号频率小于1MHz的情况下,布线和元件之间的电磁感应的影响较小,但是由接地电路形成的环路流对干扰有很大的影响,所以采用一点接地以不形成电路。当电路板上的信号频率高于10MHz时,PCB布线设计的电感效应显著,因此接地阻抗增大,此时形成在接地电路上的环路流不再是主要问题。因此,必须采用多点接地,并尽可能降低地线阻抗。
4.其他
middot;电源线的配置,除了根据电流的大小尽可能增大粗的走线宽度之外,PCB在配线设计时,使电源线、地线的走线方向与数据线的走线方向一致PCB在配线设计作业的最后,对基板的底层没有走线的地方进行铺装于增强有助于电路的干扰防止能力。
数据线的宽度必须尽可能宽以降低阻抗。数据线的宽度至少在0.3mm(12mil)以上,如果采用0.46~0.5mm(18mil~20mil)就更好了。
因为电路基板的一个通孔带来约10pF电容效应,所以对于高频电路干扰太多,所以PCB布线设计时,应尽量减少通孔的数量。而且,如果孔过多,电路基板的机械强度也会降低。