必備的設(shè)計(jì)PCB電路板基礎(chǔ)知識(shí)？

 

1.電容相關(guān)知識(shí)：

 

鋁電解電容的容量大，額定電壓高，但適應(yīng)工作溫度環(huán)境較差，適合低頻濾波的場(chǎng)合；

 

鉭電容具有較好的溫度特性，具有較小的ESR和ESL，高頻濾波特性較好，但其承受沖擊電流的能力不行，一般在設(shè)計(jì)中要降額50%以上使用；

 

陶瓷電容具有體積小、價(jià)格低和穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于電源的高頻濾波中，其容值較小，當(dāng)需要大容值的電容時(shí)，需要考慮其他電容的類別。

 

電容的去耦存在去耦半徑的問(wèn)題：容值與封裝越小，其去耦半徑越小。在PCB布局時(shí)，為保證小封裝小電容對(duì)電源的有效去耦，電容應(yīng)盡量靠近要去耦的電源引腳放置；容值與封裝越大，其去耦半徑越大，可以對(duì)較大區(qū)域的電源進(jìn)行有效去耦，在大封裝大容值的去耦電容布局時(shí)，可以同時(shí)管控多個(gè)電源引腳的去耦。

 

2.電感相關(guān)知識(shí)：

 

電感在電路設(shè)計(jì)中的特性主要表現(xiàn)為：濾除高頻諧波，通直流、阻交流；阻礙電流的變化，保持器件工作電流的穩(wěn)定。

在進(jìn)行電感選型時(shí)需要核對(duì)的電感參數(shù)有電感值、直流電阻、額定電流和自諧振頻率（Q值最大的頻率）

一般電感值越大，對(duì)應(yīng)的直流電阻越大；電感值越大，對(duì)應(yīng)的諧振頻率越?。浑姼兄翟酱?，對(duì)應(yīng)的額定電流越小。

 

3.磁珠相關(guān)知識(shí)：

 

 

磁珠專用于抑制信號(hào)線、電源線上的高頻噪聲和尖峰干擾還具有吸收靜電脈沖的能力.

磁珠在轉(zhuǎn)折點(diǎn)頻率以下，表現(xiàn)為電感性，反射噪聲；在轉(zhuǎn)折點(diǎn)頻率以上，磁珠表現(xiàn)為電阻性，磁珠吸收噪聲并轉(zhuǎn)換為熱能。

電感與磁珠的不同點(diǎn)：

（1）處理噪聲的方式不同。電感和電容可以組成LC低通濾波電路，電容在電感和地之間構(gòu)建一個(gè)低阻抗的路徑，讓高頻噪聲通過(guò)低阻抗路徑將噪聲導(dǎo)到地平面上。在LC低通濾波電路中，電感在處理噪聲時(shí)，沒(méi)有從根本上清除噪聲；磁珠處理噪聲的方式是在低頻時(shí)，磁珠表現(xiàn)為感性，反射噪聲，在高頻時(shí)電阻特性為主要特性，磁珠中的電阻吸收高頻噪聲并轉(zhuǎn)換為熱能，能夠從根本上消除噪聲。

（2）自身是否產(chǎn)生危害的影響。電感與電容組成LC濾波電路時(shí)，因?yàn)長(zhǎng)C都是儲(chǔ)能元件，所以兩者可能會(huì)產(chǎn)生自激，給電路帶來(lái)影響；而磁珠是耗能元件，自身不會(huì)自激，不會(huì)給電路帶來(lái)噪聲的影響。

（3）濾波的頻率范圍不同。電感在不超過(guò)50MHz的低頻段時(shí)，就有較好的濾波特性，頻率再高時(shí)，濾波效果不好；而磁珠利用其呈現(xiàn)出來(lái)的電阻特性吸收高頻噪聲，濾波的頻率范圍要遠(yuǎn)大于磁珠。

（4）器件直流壓降的不同。電感與磁珠都有直流電阻，同樣級(jí)別的濾波器，磁珠的直流電阻要小于電感，磁珠的壓降也就小于同級(jí)別電感的壓降。

 

4.ESD

 

在進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮ESD的防護(hù)，在走線時(shí)應(yīng)遵循橫平豎直的走線方向，空間允許時(shí)走線應(yīng)盡量加粗；在PCB的邊緣不要布置對(duì)噪聲敏感的信號(hào)，如時(shí)鐘信號(hào)、復(fù)位信號(hào)等；當(dāng)PCB由多層構(gòu)成時(shí)，敏感走線盡可能要有良好的參考地平面；對(duì)于濾波器、光耦合器、弱信號(hào)走線，應(yīng)盡可能加大走線之間的距離；長(zhǎng)距離的走線需要進(jìn)行濾波處理；根據(jù)ESD的防護(hù)，應(yīng)適當(dāng)增加屏蔽罩。

 

 

ESD對(duì)接口與保護(hù)可以遵循如下設(shè)計(jì)規(guī)則：

 

 

（1）一般電源防雷保護(hù)器件的順序是壓敏電阻、熔絲、抑制二極管、EMI濾波器、電感或共模電感，對(duì)于原理圖缺失上面任意器件的則順延布局。

 

 

（2）一般接口信號(hào)保護(hù)器件的順序是ESD(TVS管)、隔離變壓器、共模電感、電容和電阻，對(duì)于原理圖缺失上面任意器件的則順延布局。

 

 

（3）嚴(yán)格按照原理圖的順序進(jìn)行“一字形”布局

 

 

（4）電平變換芯片要靠近連接器放置。

 

 

（5）易受ESD干擾的器件，如NMOS和CMOS器件等，應(yīng)判斷是否已盡量遠(yuǎn)離易受ESD干擾的區(qū)域（如單板的邊緣）。

 

 

（6）浪涌抑制器件（TVS管、壓敏電阻）對(duì)應(yīng)的信號(hào)走線在表層應(yīng)短且粗（一般距離在10mil以上）

 

 

（7）不同接口之間的走線要清晰，不要互相交叉，接口線到所連接的保護(hù)和濾波器件距離要盡量短，接口線必須經(jīng)過(guò)保護(hù)或?yàn)V波器件再到信號(hào)接收芯片。

 

 

（8）接口器件的固定孔要接到保護(hù)地上，連接到機(jī)殼的定位孔、扳手要直接接到信號(hào)地。

 

 

（9）變壓器、光耦合器等器件輸入與輸出信號(hào)的地要分開(kāi)。

 

 

5.PCB散熱處理

 

 

一些發(fā)熱大的器件，一般會(huì)有專用的散熱焊盤(pán)，要適當(dāng)在散熱焊盤(pán)上添加過(guò)孔，為利于散熱，散熱用的過(guò)孔都要做阻焊開(kāi)窗處理。

 

 

6.PCB板框

 

 

無(wú)論是布局、布線還是內(nèi)層平面的敷銅處理，相對(duì)板框都要內(nèi)縮一定距離，內(nèi)縮的尺寸可以依據(jù)設(shè)計(jì)的要求進(jìn)行選擇，如無(wú)特殊說(shuō)明，敷銅時(shí)相對(duì)板框內(nèi)縮0.5mm即可。

 

 

四層板設(shè)計(jì)，若中間兩層為電源層和地層，要設(shè)置內(nèi)縮，從而減少電磁輻射。

 

 

在實(shí)際的PCB設(shè)計(jì)中，走線主要有兩種模型：微帶線和帶狀線。微帶線是走在電路板頂層或者底層的信號(hào)線，帶狀線是走在電路板內(nèi)層的信號(hào)線。

 

 

蛇形線會(huì)破環(huán)信號(hào)質(zhì)量，改變傳輸延時(shí)，因此布線時(shí)要盡量避免使用。但在實(shí)際設(shè)計(jì)中，為了保證信號(hào)有足夠的保持時(shí)間，或?yàn)榱藴p少同組信號(hào)之間的時(shí)間偏移，往往不得不故意進(jìn)行繞線。信號(hào)在蛇形線上傳輸時(shí)，相互平行的線段之間會(huì)發(fā)生耦合，呈差模形式，S越小，Lp越大，則耦合程度也越大，可能會(huì)導(dǎo)致傳輸延時(shí)減小，以及由于串?dāng)_而大大降低信號(hào)的質(zhì)量。

 

 

關(guān)于處理蛇形線時(shí)的幾點(diǎn)建議：

 

 

（1）盡量增加平行線段的距離（S），至少大于3H，H指信號(hào)走線到參考平面的距離。通俗地說(shuō)就是繞大彎走線，只要S足夠大，就幾乎能完全避免相互的耦合效應(yīng)。

 

 

（2）減小耦合長(zhǎng)度Lp，當(dāng)兩倍的Lp延時(shí)接近或超過(guò)信號(hào)上升時(shí)間時(shí)，產(chǎn)生的串?dāng)_將達(dá)到飽和。

 

 

（3）帶狀線或埋式微帶線的蛇形線引起的信號(hào)傳輸延時(shí)小于微帶線。理論上，帶狀線不會(huì)因?yàn)椴钅４當(dāng)_影響傳輸速率。

 

 

（4）高速及對(duì)時(shí)序要求較為嚴(yán)格的信號(hào)線，盡量不要走蛇形線，尤其不能在小范圍內(nèi)蜿蜒走線。

 

 

（5）在空間允許的情況下，可以采用任意角度的蛇形走線，能有效減少相互間的耦合。

 

 

（6）高速PCB設(shè)計(jì)中，蛇形線沒(méi)有所謂濾波或抗干擾的能力，只可能降低信號(hào)質(zhì)量，因此只做時(shí)序匹配之用而無(wú)其他目的

 

 

（7）有時(shí)可以考慮螺旋走線的方式進(jìn)行繞線，仿真表明，其效果要優(yōu)于正常的蛇形走線。

 

 

（8）蛇形走線的轉(zhuǎn)角采用45°轉(zhuǎn)角或圓形轉(zhuǎn)角。

 

 

在最基本的PCB電路板上，零件基本集中在一側(cè)，導(dǎo)線集中在另一側(cè)。由于導(dǎo)線只出現(xiàn)在一側(cè)，這種PCB被稱為單面板。多層板，多層有導(dǎo)線，必須在兩層之間有適當(dāng)?shù)碾娐愤B接。電路之間的橋梁叫作導(dǎo)孔（via）。電路板的基本設(shè)計(jì)過(guò)程可分為以下四個(gè)步驟：

 

 

（1）電路原理圖的設(shè)計(jì)---電路原理圖的設(shè)計(jì)主要是利用ProtelDXP的原理圖編輯器來(lái)繪制原理圖。

 

 

（2）生成網(wǎng)絡(luò)報(bào)表——網(wǎng)絡(luò)報(bào)表：顯示電路原理與電路中各個(gè)元器件之間的連接關(guān)系。它是電路原理圖設(shè)計(jì)和電路板設(shè)計(jì)之間的橋梁和紐帶。通過(guò)電路原理圖的網(wǎng)絡(luò)報(bào)表，可以快速找到元件之間的連接，為以后的PCB設(shè)計(jì)提供方便。

 

 

（3）印刷電路板的設(shè)計(jì)---印刷電路板的設(shè)計(jì)即我們通常所說(shuō)的PCB設(shè)計(jì)，它是電路原理圖轉(zhuǎn)化成的最終形式，這部分的相關(guān)設(shè)計(jì)較電路原理圖的設(shè)計(jì)有較大的難度，我們可以借助ProtelDXP的強(qiáng)大設(shè)計(jì)功能完成這一部分的設(shè)計(jì)。

 

 

（4）生成印刷電路板報(bào)表——印刷電路板設(shè)計(jì)完成后，還有最后一道工序需要完成，那就是生成報(bào)表：電路板信息報(bào)表、生成引腳報(bào)表、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)報(bào)表等，最后打印印刷電路圖。

　

　焊盤(pán)：焊接元件引腳的金屬孔?！　∵^(guò)孔：有金屬過(guò)孔和非金屬過(guò)孔，其中金屬過(guò)孔用于連接層間的元器件引腳?！　“惭b孔：固定電路板?！　?/p>

電線：用于連接元件引腳的電網(wǎng)銅膜。　　連接器：連接在電路板之間的部件?！√畛洌旱鼐€網(wǎng)絡(luò)鍍銅可以有效降低阻抗。　　電氣邊界：確定電路板的尺寸，電路板上的所有元件不能超過(guò)這個(gè)邊界

 

 

以上就是電路板的工作原理和設(shè)計(jì)步驟哦！希望可以給您提供一些幫助！更多PCB相關(guān)知識(shí)，關(guān)注深亞電子