PCB布局布线

PCB布局布线
PCB布局布线

PCB布线设计(一)

2004-4-8 18:14:35 电子设计应用 Microchip公司/BonnieC.Baker (华强电子世界网讯)在当今激烈竞争的电池供电市场中,由于成本指标限制,设计人员常常使用双面板。尽管多层板(4层、6层及8层)方案在尺寸、噪声和性能方面具有明显优势,成本压力却促使工程师们重新考虑其布线策略,采用双面板。在本文中,我们将讨论自动布线功能的正确使用和错误使用,有无地平面时电流回路的设计策略,以及对双面板元件布局的建议。

自动布线的优缺点以及模拟电路布线的注意事项

设计PCB时,往往很想使用自动布线。通常,纯数字的电路板(尤其信号电平比较低,电路密度比较小时)采用自动布线是没有问题的。但是,在设计模拟、混合信号或高速电路板时,如果采用布线软件的自动布线工具,可能会出现一些问题,甚至很可能带来严重的电路性能问题。

例如,图1中显示了一个采用自动布线设计的双面板的顶层。此双面板的底层如图2所示,这些布线层的电路原理图如图3a和图3b所示。设计此混合信号电路板时,经仔细考虑,将器件手工放在板上,以便将数字和模拟器件分开放置。

采用这种布线方案时,有几个方面需要注意,但最麻烦的是接地。如果在顶层布地线,则顶层的器件都通过走线接地。器件还在底层接地,顶层和底层的地线通过电路板最右侧的过孔连接。当检查这种布线策略时,首先发现的弊端是存在多个地环路。另外,还会发现底层的地线返回路径被水平信号线隔断了。这种接地方案的可取之处是,模拟器件(12位A/D转换器MCP3202和2.5V参考电压源MCP4125)放在电路板的最右侧,这种布局确保了这些模拟芯片下面不会有数字地信号经过。

图3a和图3b所示电路的手工布线如图4、图5所示。在手工布线时,为确保正确实现电路,需要遵循一些通用的设计准则:尽量采用地平面作为电流回路;将模拟地平面和数字地平面分开;如果地平面被信号走线隔断,为降低对地电流回路的干扰,应使信号走线与地平面垂直;模拟电路尽量靠近电路板边缘放置,数字电路尽量靠近电源连接端放置,这样做可以降低由数字开关引起的di/dt效应。

这两种双面板都在底层布有地平面,这种做法是为了方便工程师解决问题,使其可快速明了电路板的布线。厂商的演示板和评估板通常采用这种布线策略。但是,更为普遍的做法是将地平面布在电路板顶层,以降低电磁干扰。

图1 采用自动布线为图3所示电路原理图设计的电路板的顶层

图2 采用自动布线为图3所示电路原理图设计的电路板的底层

图3a 图1、图2、图4和图5中布线的电路原理图

图3b 图1、图2、图4和图5中布线的模拟部分电路原理图

有无地平面时的电流回路设计

对于电流回路,需要注意如下基本事项:

1. 如果使用走线,应将其尽量加粗

PCB上的接地连接如要考虑走线时,设计应将走线尽量加粗。这是一个好的经验法则,但要知道,接地线的最小宽度是从此点到末端的有效宽度,此处“末端”指距离电源连接端最远的点。

2. 应避免地环路

3. 如果不能采用地平面,应采用星形连接策略(见图6)

通过这种方法,地电流独立返回电源连接端。图6中,注意到并非所有器件都有自己的回路,U1和U2是共用回路的。如遵循以下第4条和第5条准则,是可以这样做的。

4. 数字电流不应流经模拟器件

数字器件开关时,回路中的数字电流相当大,但只是瞬时的,这种现象是由地线的有效感抗和阻抗引起的。对于地平面或接地走线的感抗部分,计算公式为V = Ldi/dt,其中V是产生的电压,L是地平面或接地走线的感抗,di是数字器件的电流变化,dt是持续时间。对地线阻抗部分的影响,其计算公式为V= RI, 其中,V是产生的电压,R是地平面或接地走线的阻抗,I是由数字器件引起的电流变化。经过模拟器件的地平面或接地走线上的这些电压变化,将改变信号链中信号和地之间的关系(即信号的对地电压)。

5. 高速电流不应流经低速器件

与上述类似,高速电路的地返回信号也会造成地平面的电压发生变化。此干扰的计算公式和上述相同,对于地平面或接地走线的感抗,V = Ldi/dt ;对于地平面或接地走线的阻抗,V = RI 。与数字电流一样,高速电路的地平面或接地走线经过模拟器件时,地线上的电压变化会改变信号链中信号和地之间的关系。

图4 采用手工走线为图3所示电路原理图设计的电路板的顶层

图5 采用手工走线为图3所示电路原理图设计的电路板的底层

图6 如果不能采用地平面,可以采用“星形”布线策略来处理电流回路

图7 分隔开的地平面有时比连续的地平面有效,图b)接地布线策略比图a) 的接

地策略理想

6. 不管使用何种技术,接地回路必须设计为最小阻抗和容抗

7. 如使用地平面,分隔开地平面可能改善或降低电路性能,因此要谨慎使用

分开模拟和数字地平面的有效方法如图7所示

图7中,精密模拟电路更靠近接插件,但是与数字网络和电源电路的开关电流隔离开了。这是分隔开接地回路的非常有效的方法,我们在前面讨论的图4和图5的布线也采用了这种技术。

PCB布线设计(二)

2004-4-9 13:49:48 电子设计应用

(华强电子世界网讯)工程领域中的数字设计人员和数字电路板设计专家在不断增加,这反映了行业的发展趋势。尽管对数字设计的重视带来了电子产品的重大发展,但仍然存在,而且还会一直存在一部分与模拟或现实环境接口的电路设计。模拟和数字领域的布线策略有一些类似之处,但要获得更好的结果时,由于其布线策略不同,简单电路布线设计就不再是最优方案了。本文就旁路电容、电源、地线设计、电压误差和由PCB布线引起的电磁干扰(EMI)等几个方面,讨论模拟和数字布线的基本相似之处及差别。

模拟和数字布线策略的相似之处

旁路或去耦电容

在布线时,模拟器件和数字器件都需要这些类型的电容,都需要靠近其电源引脚连接一个电容,此电容值通常为0.1mF。系统供电电源侧需要另一类电容,通常此电容值大约为10mF。

这些电容的位置如图1所示。电容取值范围为推荐值的1/10至10倍之间。但引脚须较短,且要尽量靠近器件(对于0.1mF电容)或供电电源(对于10mF电容)。

在电路板上加旁路或去耦电容,以及这些电容在板上的位置,对于数字和模拟设计来说都属于常识。但有趣的是,其原因却有所不同。在模拟布线设计中,旁路电容通常用于旁路电源上的高频信号,如果不加旁路电容,这些高频信号可能通过电源引脚进入敏感的模拟芯片。一般来说,这些高频信号的频率超出模拟器件抑制高频信号的能力。如果在模拟电路中不使用旁路电容的话,就可能在信号路径上引入噪声,更严重的情况甚至会引起振动。

图1 在模拟和数字PCB设计中,旁路或去耦电容(1mF)应尽量靠近器件放置。供电电源去耦电容(10mF)应放置在电路板的电源线入口处。所有情况下,这些电容的

引脚都应较短

图2 在此电路板上,使用不同的路线来布电源线和地线,由于这种不恰当的配合,电路板的电子元器件和线路受电磁干扰的可能性比较大

图3 在此单面板中,到电路板上器件的电源线和地线彼此靠近。此电路板中电源线和地线的配合比图2中恰当。电路板中电子元器件和线路受电磁干扰(EMI)的可

能性降低了679/12.8倍或约54倍

对于控制器和处理器这样的数字器件,同样需要去耦电容,但原因不同。这些电容的一个功能是用作“微型”电荷库。在数字电路中,执行门状态的切换通常需要很大的电流。由于开关时芯片上产生开关瞬态电流并流经电路板,有额外的“备用”电荷是有利的。如果执行开关动作时没有足够的电荷,会造成电源电压发生很大变化。电压变化太大,会导致数字信号电平进入不确定状态,并很可能引起数字器件中的状态机错误运行。流经电路板走线的开关电流将引起电压发生变化,电路板走线存在寄生电感,可采用如下公式计算电压的变化:V = LdI/dt 其中,V = 电压的变化;L = 电路板走线感抗;dI = 流经走线的电流变化;dt =电流变化的时间。

因此,基于多种原因,在供电电源处或有源器件的电源引脚处施加旁路(或去耦)电容是较好的做法。

电源线和地线要布在一起

电源线和地线的位置良好配合,可以降低电磁干扰的可能性。如果电源线和地线配合不当,会设计出系统环路,并很可能会产生噪声。电源线和地线配合不当的PCB设计示例如图2所示。

此电路板上,设计出的环路面积为697cm2。采用图3所示的方法,电路板上或电路板外的辐射噪声在环路中感应电压的可能性可大为降低。

模拟和数字领域布线策略的不同之处

地平面是个难题

电路板布线的基本知识既适用于模拟电路,也适用于数字电路。一个基本的经验准则是使用不间断的地平面,这一常识降低了数字电路中的dI/dt(电流随时间的变化)效应,这一效应会改变地的电势并会使噪声进入模拟电路。数字和模拟电路的布线技巧基本相同,但有一点除外。对于模拟电路,还有另外一点需要注意,就是要将数字信号线和地平面中的回路尽量远离模拟电路。这一点可以通过如下做法来实现:将模拟地平面单独连接到系统地连接端,或者将模拟电路放置

在电路板的最远端,也就是线路的末端。这样做是为了保持信号路径所受到的外部干扰最小。对于数字电路就不需要这样做,数字电路可容忍地平面上的大量噪声,而不会出现问题。

图4 (左)将数字开关动作和模拟电路隔离,将电路的数字和模拟部分分开。(右) 要尽可能将高频和低频分开,高频元件要靠近电路板的接插件

图5 在PCB上布两条靠近的走线,很容易形成寄生电容。由于这种电容的存在,在一条走线上的快速电压变化,可在另一条走线上产生电流信号

图6 如果不注意走线的放置,PCB中的走线可能产生线路感抗和互感。这种寄生电感对于包含数字开关电路的电路运行是非常有害的元件的位置

如上所述,在每个PCB设计中,电路的噪声部分和“安静”部分(非噪声部分)要分隔开。一般来说,数字电路“富含”噪声,而且对噪声不敏感(因为数字电路有较大的电压噪声容限);相反,模拟电路的电压噪声容限就小得多。两者之中,模拟电路对开关噪声最为敏感。在混合信号系统的布线中,这两种电路要分隔开,如图4所示。

PCB设计产生的寄生元件

PCB设计中很容易形成可能产生问题的两种基本寄生元件:寄生电容和寄生电感。设计电路板时,放置两条彼此靠近的走线就会产生寄生电容。可以这样做:在不同的两层,将一条走线放置在另一条走线的上方;或者在同一层,将一条走线放置在另一条走线的旁边,如图5所示。在这两种走线配置中,一条走线上电压随时间的变化(dV/dt)可能在另一条走线上产生电流。如果另一条走线是高阻抗的,电场产生的电流将转化为电压。

快速电压瞬变最常发生在模拟信号设计的数字侧。如果发生快速电压瞬变的走线靠近高阻抗模拟走线,这种误差将严重影响模拟电路的精度。在这种环境中,模拟电路有两个不利的方面:其噪声容限比数字电路低得多;高阻抗走线比较常见。

采用下述两种技术之一可以减少这种现象。最常用的技术是根据电容的方程,改变走线之间的尺寸。要改变的最有效尺寸是两条走线之间的距离。应该注意,变量d在电容方程的分母中,d增加,容抗会降低。可改变的另一个变量是两条走线的长度。在这种情况下,长度L降低,两条走线之间的容抗也会降低。

另一种技术是在这两条走线之间布地线。地线是低阻抗的,而且添加这样的另外一条走线将削弱产生干扰的电场,如图5所示。

电路板中寄生电感产生的原理与寄生电容形成的原理类似。也是布两条走线,

在不同的两层,将一条走线放置在另一条走线的上方;或者在同一层,将一条走线放置在另一条的旁边,如图6所示。在这两种走线配置中,一条走线上电流随时间的变化(dI/dt),由于这条走线的感抗,会在同一条走线上产生电压;并由于互感的存在,会在另一条走线上产生成比例的电流。如果在第一条走线上的电压变化足够大,干扰可能会降低数字电路的电压容限而产生误差。并不只是在数字电路中才会发生这种现象,但这种现象在数字电路中比较常见,因为数字电路中存在较大的瞬时开关电流。

为消除电磁干扰源的潜在噪声,最好将“安静”的模拟线路和噪声I/O端口分开。要设法实现低阻抗的电源和地网络,应尽量减小数字电路导线的感抗,尽量降低模拟电路的电容耦合。

结语

数字和模拟范围确定后,谨慎地布线对获得成功的PCB至关重要。布线策略通常作为经验准则向大家介绍,因为很难在实验室环境中测试出产品的最终成功与否。因此,尽管数字和模拟电路的布线策略存在相似之处,还是要认识到并认真对待其布线策略的差别。

PCB布线设计(三)

2004-4-9 15:04:55 电子设计应用 Microchip公司/BonnieC.Baker,EzanaHaile (华强电子世界网讯)布线需要考虑的问题很多,但是最基本的的还是要做到周密,谨慎。

寄生元件危害最大的情况

印刷电路板布线产生的主要寄生元件包括:寄生电阻、寄生电容和寄生电感。例如:PCB的寄生电阻由元件之间的走线形成;电路板上的走线、焊盘和平行走线会产生寄生电容;寄生电感的产生途径包括环路电感、互感和过孔。当将电路原理图转化为实际的PCB时,所有这些寄生元件都可能对电路的有效性产生干扰。本文将对最棘手的电路板寄生元件类型—寄生电容进行量化,并提供一个可清楚看到寄生电容对电路性能影响的示例。

图1 在PCB上布两条靠近的走线,很容易产生寄生电容。由于这种寄生电容的存在,在一条走线上的快速电压变化会在另一条走线上产生电流信号。

图2 用三个8位数字电位器和三个放大器提供65536个差分输出电压,组成一个16位D/A转换器。如果系统中的VDD为5V,那么此D/A转换器的分辨率或LSB大小

为76.3mV。

图3 这是对图2所示电路的第一次布线尝试。此配置在模拟线路上产生不规律的噪声,这是因为在特定数字走线上的数据输入码随着数字电位器的编程需求而改变。

寄生电容的危害

大多数寄生电容都是靠近放置两条平行走线引起的。可以采用图1所示的公式来计算这种电容值。

在混合信号电路中,如果敏感的高阻抗模拟走线与数字走线距离较近,这种电容会产生问题。例如,图2中的电路就很可能存在这种问题。

为讲解图2所示电路的工作原理,采用三个8位数字电位器和三个CMOS运算放大器组成一个16位D/A转换器。在此图的左侧,在VDD和地之间跨接了两个数字电位器(U3a和U3b),其抽头输出连接到两个运放(U4a和U4b)的正相输入端。数字电位器U2和U3通过与单片机(U1)之间的SPI接口编程。在此配置中,每个数字电位器配置为8位乘法型D/A转换器。如果VDD为5V,那么这些D/A转换器的LSB 大小等于19.61mV。

这两个数字电位器的抽头都分别连接到两个配置了缓冲器的运放的正相输入端。在此配置中,运放的输入端是高阻抗的,将数字电位器与电路其它部分隔离开了。这两个放大器配置为其输出摆幅限制不会超出第二级放大器的输入范围。

图 4 在此示波器照片中,最上面的波形取自JP1(到数字电位器的数字码),第二个波形取自JP5(相邻模拟走线上的噪声),最下面的波形取自TP10(16位D/A转换

器输出端的噪声)。

图5 采用这种新的布线,将模拟线路和数字线路隔离开了。增大走线之间的距离,基本消除了在前面布线中造成干扰的数字噪声。

图 6 图中示出了采用新布线的16位D/A转换器的单个码转换结果,对数字电位器

编程的数字信号没有造成数字噪声。

为使此电路具有16位D/A转换器的性能,采用第三个数字电位器(U2a)跨接在两个运放(U4a和U4b)的输出端之间。U3a和U3b的编程设定经数字电位器后的电压值。如果VDD为5V,可以将U3a和U3b的输出编程为相差19.61mV。此电压大小经第三个8位数字电位器R3,则自左至右整个电路的LSB大小为76.3mV。此电路获得最优性能所需的严格器件规格如表1所示。

此电路有两种基本工作模式。第一种模式可用于获得可编程、可调节的直流差分电压。在此模式中,电路的数字部分只是偶尔使用,在正常工作时不使用。第二种模式是可以将此电路用作任意波形发生器。在此模式中,电路的数字部分是电路运行的必需部分。此模式中可能发生电容耦合的危险。

图2所示电路的第一次布线如图3所示。此电路是在实验室中快速设计出的,没有注意细节。在检查布线时,发现将数字走线布在了高阻抗模拟线路的旁边。需要强调的是,第一次就应该正确布线,本文的目的是为了讲解如何识别问题及如何对布线做重大改进。

看一下此布线中不同的走线,可以明显看到哪里可能存在问题。图中的模拟走线从U3a的抽头连接到U4a放大器的高阻抗输入端。图中的数字走线传送对数字电位器设置进行编程的数字码。

在测试板上经过测量,发现数字走线中的数字信号耦合到了敏感的模拟走线中,参见图4。

系统中对数字电位器编程的数字信号沿着走线逐渐传输到输出直流电压的模拟线路。此噪声通过电路的模拟部分一直传播到第三个数字电位器(U5a)。第三个数字电位器在两个输出状态之间翻转。解决这个问题的方法主要是分隔开走线,图5示出了改进的布线方案。

改变布线的结果如图6所示。将模拟和数字走线仔细分开后,电路成为非常“干净”的16位D/A转换器。图中的波形是第三个数字电位器的单码转换结果76.29mV。

结语

数字和模拟范围确定后,谨慎布线对获得成功的PCB是至关重要的。尤其是有源数字走线靠近高阻抗模拟走线时,会引起严重的耦合噪声,这只能通过增加走线之间的距离来避免。

PCB布线设计(四)

2004-4-9 15:32:25 电子设计应用 Microchip公司/Bonnie

(华强电子世界网讯)AD转换器的精度和分辨率增加时使用的布线技巧。

最初,模数(A/D)转换器起源于模拟范例,其中物理硅的大部分是模拟。随着新的设计拓扑学发展,此范例演变为,在低速A/D转换器中数字占主要部分。尽管A/D转换器片内由模拟占主导转变为由数字占主导,PCB的布线准则却没有改变。当布线设计人员设计混合信号电路时,为实现有效布线,仍需要关键的布线知识。本文将以逐次逼近型A/D转换器和∑-△型A/D转换器为例,探讨A/D转换器所需的PCB布线策略。

图1. 12位CMOS逐次逼近型A/D转换器的方框图。此转换器使用了由电容阵列形

成的电荷分布。

逐次逼近型A/D转换器的布线

逐次逼近型A/D转换器有8位、10位、12位、16位以及18位分辨率。最初,这些转换器的工艺和结构是带R-2R梯形电阻网络的双极型。但是最近,采用电容电荷分布拓扑将这些器件移植到了CMOS工艺。显然,这种移植并没有改变这些转换器的系统布线策略。除较高分辨率的器件外,基本的布线方法是一致的。对于这些器件,需要特别注意防止来自转换器串行或并行输出接口的数字反馈。

从电路和片内专用于不同领域的资源来看,模拟在逐次逼近型A/D转换器中占主导地位。图1是一个12位CMOS逐次逼近型A/D转换器的方框图。

此转换器使用了由电容阵列形成的电荷分布。

在此方框图中,采样/保持、比较器、数模转换器(DAC)的大部分以及12位逐次逼近型A/D转换器都是模拟的。电路的其余部分是数字的。因此,此转换器所需的大部分能量和电流都用于内部模拟电路。此器件需要很小的数字电流,只有D/A转换器和数字接口会发生少量开关。

这些类型的转换器可以有多个地和电源连接引脚。引脚名经常会引起误解,因为可用引脚标号区分模拟和数字连接。这些标号并非意在描述到PCB的系统连接,而是确定数字和模拟电流如何流出芯片。知道了此信息,并了解了片内消耗的主要资源是模拟的,就会明白在相同平面(如模拟平面)上连接电源和地引脚的意义。

例如,10位和12位转换器典型样片的引脚配置如图2所示。

图2. 逐次逼近型A/D转换器,无论其分辨率是多少位,通常至少有两个地连接端:AGND和DGND。此处以Microchip的A/D转换器MCP4008和MCP3001为例。

图2. 逐次逼近型A/D转换器,无论其分辨率是多少位,通常至少有两个地连接端:AGND和DGND。此处以Microchip的A/D转换器MCP4008和MCP3001为例。对于这些器件,通常从芯片引出两个地引脚:AGND和DGND。电源有一个引出引脚。当使用这些芯片实现PCB布线时,AGND和DGND应该连接到模拟地平面。模拟和数字电源引脚也应该连接到模拟电源平面或至少连接到模拟电源轨,并且要尽可能靠近每个电源引脚连接适当的旁路电容。象MCP3201这样的器件,只有一个接地引脚和一个正电源引脚,其唯一的原因是由于封装引脚数的限制。然而,隔离开地可增大转换器具有良好和可重复精度的可能性。

对于所有这些转换器,电源策略应该是将所有的地、正电源和负电源引脚连接到模拟平面。而且,与输入信号有关的…COM?引脚或…IN?引脚应该尽量靠近信号地连接。

对于更高分辨率的逐次逼近型A/D转换器(16位和18位转换器),在将数字噪声与“安静”的模拟转换器和电源平面隔离开时,需要另外稍加注意。当这些器件与单片机接口时,应该使用外部的数字缓冲器,以获得无噪声运行。尽管这些类型的逐次逼近型A/D转换器通常在数字输出侧有内部双缓冲器,还是要使用外部缓冲器,以进一步将转换器中的模拟电路与数字总线噪声隔离开。

这种系统的正确电源策略如图3所示。

图3.对于高分辨率的逐次逼近型A/D转换器,转换器的电源和地应该连接到模拟平面。然后,A/D转换器的数字输出应使用外部的三态输出缓冲器缓冲。这些缓冲器除了具有高驱动能力外,还具有隔离模拟和数字侧的作用。

图3.对于高分辨率的逐次逼近型A/D转换器,转换器的电源和地应该连接到模拟平面。然后,A/D转换器的数字输出应使用外部的三态输出缓冲器缓冲。这些缓冲器除了具有高驱动能力外,还具有隔离模拟和数字侧的作用。

高精度∑-△型A/D转换器的布线策略

高精度∑-△型A/D转换器硅面积的主要部分是数字。早期生产这种转换器的时候,范例中的这种转变促使用户使用PCB平面将数字噪声和模拟噪声隔离开。与逐次逼近型A/D转换器一样,这些类型A/D转换器可能有多个模拟地、数字地和电源引脚。数字或模拟设计工程师一般都倾向于将这些引脚分开,分别连接到不同的平面。但是,这种倾向是错误的,尤其是当您试图解决16位到24位精度器件的严重噪声问题时。

对于有10Hz数据速率的高分辨率∑-△型A/D转换器,加在转换器上的时钟(内部或外部时钟)可能为10MHz或20MHz。此高频率时钟用于开关调制器和运行过采样引擎。对于这些电路,与逐次逼近型A/D转换器一样,AGND和DGND引脚也是在同一地平面上连接在一起。而且,模拟和数字电源引脚也最好在同一平面上连接在一起。对模拟和数字电源平面的要求与高分辨率逐次逼近型A/D转换器相同。

必须要有地平面,这意味着至少需要双面板。在此双面板上,地平面至少要覆盖整个板面积的75%。地平面层的用途是为了降低接地阻抗和感抗,并提供对电磁干扰(EMI)和射频干扰(RFI)的屏蔽作用。如果在电路板的地平面侧需要有内部连接走线,那么走线要尽可能短并与地电流回路垂直。

结论

对于低精度的A/D转换器,如六位、八位或甚至可能十位的A/D转换器,模拟和数字引脚不分开是可以的。但当您选择的转换器精度和分辨率增加时,布线要求也更严格了。高分辨率逐次逼近型A/D转换器和∑-△型A/D转换器,都需要直接连接到低噪声模拟地和电源平面。

PCB布线设计(五)

2004-4-9 15:47:59 电子设计应用 Microchip公司/Bonnie

(华强电子世界网讯)要解决信号完整性问题,最好有多个工具分析系统性能。如果在信号路径中有一个A/D转换器,那么当评估电路性能时,很容易发现三个基本问题:所有这三种方法都评估转换过程,以及转换过程与布线及电路其它部分的交互作用。三个关注的方面涉及到频域分析、时域分析和直流分析技术的使用。本文将探讨如何使用这些工具来确定与电路布线有关问题的根源。我们将研究如何决定找什么;到哪里找;如何通过测试检验问题;以及如何解决发现的问题等。

图1 SCX015压力传感器输出端的电压由仪表放大器(A1和A2)放大。在仪表放大器之后,添加了一个低通滤波器(A3),以消除来自12位A/D转换器转换的混叠噪声。

图2 来自于12位A/D转换器MCP3201的数据的时域表示,产生了有趣的周期信号。

此信号源可追溯到电源。

图3 电源噪声充分降低后,MCP3201的输出码一直是一个码,2108。

本文要论述的电路如图1所示。

电路板设计的预先准备工作

一、电路板设计的预先准备工作 1、绘制原理图,并且生成对应的网络表。已有了网络表情况下也可以不进行原理图的设计,直接进入PCB设计系统。 2、手工更改网络表将一些元件的固定用脚等原理图上没有的焊盘定义到与它相通的网络上。将一些原理图和PCB封装库中引脚名称不一致的器件引脚名称改成和PCB封装库中的一致,特别是二、三极管等。 二、画出自己定义的非标准器件的封装库 建议将自己所画的器件都放入一个自己建立的PCB 库专用设计文件。 三、设置PCB设计环境和绘制印刷电路的板框含中间的镂空等。 1、进入PCB系统后的第一步就是设置PCB设计环境,包括设置格点大小和类型,光标类型,板层参数,布线参数等等。大多数参数都可以用系统默认值,而且这些参数经过设置之后,符合个人的习惯,以后无须再去修改。 2、规划电路版,主要是确定电路板的边框,包括电路板的尺寸大小等等。在需要放置固定孔的地方放上适当大小的焊盘。对于3mm 的螺丝可用6.5~8mm 的外径和3.2~3.5mm 内径的焊盘。 四、打开所有要用到的PCB 库文件后,调入网络表文件和修改零件封装 这一步是非常重要的一个环节,网络表是PCB自动布线的灵魂,也是原理图设计与电路版设计的接口,只有将网络表装入后,才能进行电路板的布线。 在原理图设计时,零件的封装可能被遗忘,但可以在引进网络表时根据设计情况来修改或补充零件的封装。 五、布置零件封装的位置,也称零件布局 Protel99可以进行自动布局,也可以进行手动布局。如果进行自动布局,运行"Tools"下面的"Auto Place",用这个命令,你需要有足够的耐心。布线的关键是布局,多数设计者采用手动布局的形式。用鼠标选中一个元件,按住鼠标左键不放,拖住这个元件到达目的地,放开左键,将该元件固定。Protel99在布局方面新增加了一些技巧。新的交互式布局选项包含自动选择和自动对齐。使用自动选择方式可以很快地收集相似封装的元件,然后旋转、展开和整理成组,就可以移动到板上所需位置上了。当简易的布局完成后,使用自动对齐方式整齐地展开或缩紧一组封装相似的元件。 注意:零件布局,应当从机械结构散热、电磁干扰、将来布线的方便性等方面综合考虑。先布置与机械尺寸有关的器件,并锁定这些器件,然后是大的占位置的器件和电路的核心元件,再是外围的小元件。 六、根据情况再作适当调整然后将全部器件锁定 假如板上空间允许则可在板上放上一些类似于实验板的布线区。对于大板子,应在中间多加固定螺丝孔。板上有重的器件或较大的接插件等受力器件边上也应加固定螺丝孔,有需要的话可在适当位置放上一些测试用焊盘,最好在原理图中就加上。将过小的焊盘过孔改大,将所有固定螺丝孔焊盘的网络定义到地或保护地等。 放好后用VIEW3D 功能察看一下实际效果,存盘。

pcb布局布线技巧经验大汇总

PCB电路板布局、布线基本原则 一、元件布局基本规则 1. 按电路模块进行布局,实现同一功能的相关电路称为一个模块,电路模块中的元件应采用就近集中原则,同时数字电路和模拟电路分开; 2.定位孔、标准孔等非安装孔周围1.27mm 内不得贴装元、器件,螺钉等安装孔周围 3.5mm (对于M2.5)、4mm(对于M3)内不得贴装元器件; 3. 卧装电阻、电感(插件)、电解电容等元件的下方避免布过孔,以免波峰焊后过孔与元件壳体短路; 4. 元器件的外侧距板边的距离为5mm; 5. 贴装元件焊盘的外侧与相邻插装元件的外侧距离大于2mm; 6. 金属壳体元器件和金属件(屏蔽盒等)不能与其它元器件相碰,不能紧贴印制线、焊盘,其间距应大于2mm。定位孔、紧固件安装孔、椭圆孔及板中其它方孔外侧距板边的尺寸大于3mm; 7. 发热元件不能紧邻导线和热敏元件;高热器件要均衡分布; 8. 电源插座要尽量布置在印制板的四周,电源插座与其相连的汇流条接线端应布置在同侧。特别应注意不要把电源插座及其它焊接连接器布置在连接器之间,以利于这些插座、连接器的焊接及电源线缆设计和扎线。电源插座及焊接连接器的布置间距应考虑方便电源插头的插拔; 9. 其它元器件的布置: 所有IC元件单边对齐,有极性元件极性标示明确,同一印制板上极性标示不得多于两个方向,出现两个方向时,两个方向互相垂直; 10、板面布线应疏密得当,当疏密差别太大时应以网状铜箔填充,网格大于8mil(或0.2mm); 11、贴片焊盘上不能有通孔,以免焊膏流失造成元件虚焊。重要信号线不准从插座脚间穿过; 12、贴片单边对齐,字符方向一致,封装方向一致; 13、有极性的器件在以同一板上的极性标示方向尽量保持一致。 二、元件布线规则 1、画定布线区域距PCB板边≤1mm的区域内,以及安装孔周围1mm内,禁止布线; 2、电源线尽可能的宽,不应低于18mil;信号线宽不应低于12mil;cpu入出线不应低于10mil (或8mil);线间距不低于10mil; 3、正常过孔不低于30mil; 4、双列直插:焊盘60mil,孔径40mil; 1/4W电阻:51*55mil(0805表贴);直插时焊盘62mil,孔径42mil; 无极电容:51*55mil(0805表贴);直插时焊盘50mil,孔径28mil; 5、注意电源线与地线应尽可能呈放射状,以及信号线不能出现回环走线

二十年经验浓缩:PCB布线设计经验谈附原理图

二十年经验浓缩:PCB布线设计经验谈附原理图 在当今激烈竞争的电池供电市场中,由于成本指标限制,设计人员常常使用双面板。尽管多层板(4层、6层及8层)方案在尺寸、噪声和性能方面具有明显优势,成本压力却促使工程师们重新考虑其布线策略,采用双面板。在本文中,我们将讨论自动布线功能的正确使用和错误使用,有无地平面时电流回路的设计策略,以及对双面板元件布局的建议。 自动布线的优缺点以及模拟电路布线的注意事项 设计PCB时,往往很想使用自动布线。通常,纯数字的电路板(尤其信号电平比较低,电路密度比较小时)采用自动布线是没有问题的。但是,在设计模拟、混合信号或高速电路板时,如果采用布线软件的自动布线工具,可能会出现一些问题,甚至很可能带来严重的电路性能问题。 例如,图1中显示了一个采用自动布线设计的双面板的顶层。此双面板的底层如图2所示,这些布线层的电路原理图如图3a和图3b所示。设计此混合信号电路板时,经仔细考虑,将器件手工放在板上,以便将数字和模拟器件分开放置。采用这种布线方案时,有几个方面需要注意,但最麻烦的是接地。如果在顶层布地线,则顶层的器件都通过走线接地。器件还在底层接地,顶层和底层的地线通过电路板最右侧的过孔连接。当检查这种布线策略时,首先发现的弊端是存在多个地环路。另外,还会发现底层的地线返回路径被水平信号线隔断了。这种接地方案的可取之处是,模拟器件(12位A/D转换器MCP3202和2.5V参考电压源MCP4125)放在电路板的最右侧,这种布局确保了这些模拟芯片下面不会有数字地信号经过。 图3a和图3b所示电路的手工布线如图4、图5所示。在手工布线时,为确保正确实现电路,需要遵循一些通用的设计准则:尽量采用地平面作为电流回路;将模拟地平面和数字地平面分开;如果地平面被信号走线隔断,为降低对地电流回路的干扰,应使信号走线与地平面垂直;模拟电路尽量靠近电路板边缘放置,数字电路尽量靠近电源连接端放置,这样做可以降低由数字开关引起的di/dt效应。 这两种双面板都在底层布有地平面,这种做法是为了方便工程师解决问题,使其可快速明了电路板的布线。厂商的演示板和评估板通常采用这种布线策略。但是,更为普遍的做法是将地平面布在电路板顶层,以降低电磁干扰。

手机PCB-布局及布线方案

手机PCB LAYOUT 目的: A. 是为PCB设计者提供必须遵循的规则和约定。 B. 提高PCB设计质量和设计效率。提高PCB·的可生产性、可测试、可维护性 手机PCB设计最大的特点: 集成度高,集成了ABB,DBB,JPEG和PMU 给Layout 带来: “217Hz”noise 问题;电源,数字和模拟部分的相互干扰问题;更复杂的EMI/EMC问题; 第一节:设计任务受理 A PCB设计申请流程当硬件项目人员需要进行PCB设计时,须在《PCB设计投板申请表》中提出投板 申请,并经其项目经理和计划处批准后,流程状态到达指定的PCB设计部门审批,此时硬件项目人员须准备好以下资料: ●经过评审的,完全正确的原理图,包括纸面文件和电子件; ●带有MRPII元件编码的正式的BOM; ●PCB结构图,应标明外形尺寸、安装孔大小及定位尺寸、接插件定位尺寸、禁止布线区等相关尺寸; ●对于新器件,即无MRPII编码的器件,需要提供封装资料; ●以上资料经指定的PCB设计部门审批合格并指定PCB设计者后方可开始PCB设计。 B. 理解设计要求并制定设计计划 ●仔细审读原理图,理解电路的工作条件。如模拟电路的工作频率,数字电路的工作速度等与布线要求 相关的要素。理解电路的基本功能、在系统中的作用等相关问题。 ●在与原理图设计者充分交流的基础上,确认板上的关键网络,如电源、时钟、高速总线等,了解其布 线要求。理解板上的高速器件及其布线要求。 ●根据《硬件原理图设计规范》的要求,对原理图进行规范性审查。 ●对于原理图中不符合硬件原理图设计规范的地方,要明确指出,并积极协助原理图设计者进行修改。 ●在与原理图设计者交流的基础上制定出单板的PCB设计计划,填写设计记录表,计划要包含设计过程 中原理图输入、布局完成、布线完成、信号完整性分析、光绘完成等关键检查点的时间要求。设计计划应由PCB设计者和原理图设计者双方签字认可。 ●必要时,设计计划应征得上级主管的批准。 第二节:设计过程 A. 创建网络表 ●网络表是原理图与PCB的接口文件,PCB设计人员应根据所用的原理图和PCB设计工具的特性,选 用正确的网络表格式,创建符合要求的网络表。 ●创建网络表的过程中,应根据原理图设计工具的特性,积极协助原理图设计者排除错误。保证网络表

pcb布局布线基本原则

PCB布局、布线基本原则 一、元件布局基本规则 1. 按电路模块进行布局,实现同一功能的相关电路称为一个模块, 电路模块中的元件应采用就近集中原则,同时数字电路和模拟电路 分开; 2.定位孔、标准孔等非安装孔周围1.27mm 内不得贴装元、器件, 螺钉等安装孔周围3.5mm(对于M2.5)、4mm(对于M3)内不得贴 装元器件; 3. 卧装电阻、电感(插件)、电解电容等元件的下方避免布过孔, 以免波峰焊后过孔与元件壳体短路; 4. 元器件的外侧距板边的距离为5mm; 5. 贴装元件焊盘的外侧与相邻插装元件的外侧距离大于2mm; 6. 金属壳体元器件和金属件(屏蔽盒等)不能与其它元器件相碰, 不能紧贴印制线、焊盘,其间距应大于2mm。定位孔、紧固件安装 孔、椭圆孔及板中其它方孔外侧距板边的尺寸大于3mm; 7. 发热元件不能紧邻导线和热敏元件;高热器件要均衡分布; 8. 电源插座要尽量布置在印制板的四周,电源插座与其相连的汇 流条接线端应布置在同侧。特别应注意不要把电源插座及其它焊接

连接器布置在连接器之间,以利于这些插座、连接器的焊接及电源 线缆设计和扎线。电源插座及焊接连接器的布置间距应考虑方便电 源插头的插拔; 9. 其它元器件的布置: 所有IC元件单边对齐,有极性元件极性标示明确,同一印制板上 极性标示不得多于两个方向,出现两个方向时,两个方向互相垂直; 10、板面布线应疏密得当,当疏密差别太大时应以网状铜箔填充, 网格大于8mil(或0.2mm); 11、贴片焊盘上不能有通孔,以免焊膏流失造成元件虚焊。重要信 号线不准从插座脚间穿过; 12、贴片单边对齐,字符方向一致,封装方向一致; 13、有极性的器件在以同一板上的极性标示方向尽量保持一致。 二、元件布线规则 1、画定布线区域距PCB板边≤1mm的区域内,以及安装孔周围1mm内,禁止布线; 2、电源线尽可能的宽,不应低于18mil;信号线宽不应低于12mil;cpu入出线不应低于10mil (或8mil);线间距不低于10mil; 3、正常过孔不低于30mil; 4、双列直插:焊盘60mil,孔径40mil; 1/4W电阻:51*55mil(0805表贴);直插时焊盘62mil,孔径42mil; 无极电容:51*55mil(0805表贴);直插时焊盘50mil,孔径28mil; 5、注意电源线与地线应尽可能呈放射状,以及信号线不能出现回环走线。 如何提高抗干扰能力和电磁兼容性 在研制带处理器的电子产品时,如何提高抗干扰能力和电磁兼容性? 1、下面的一些系统要特别注意抗电磁干扰: (1) 微控制器时钟频率特别高,总线周期特别快的系统。 (2) 系统含有大功率,大电流驱动电路,如产生火花的继电器,大电流开关等。

PCB电路板PCB布线知识

PCB电路板PCB布线知 识

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2007-06-2316:38:49 大中小 电阻AXIAL0.30.4 三极管TO-92AB 电容RAD0.10.2 发光二极管DZODE0.1 单排针SIP+脚数 双排针DIP+脚数 电解电容RB.1.2。。。。。。。} 电阻AXIAL 无极性电容RAD 电解电容RB- 电位器VR 二极管DIODE 三极管TO 电源稳压块78和79系列TO-126H和TO-126V 场效应管和三极管一样 整流桥D-44D-37D-46

单排多针插座CONSIP 双列直插元件DIP 晶振XTAL1 电阻:RES1,RES2,RES3,RES4;封装属性为axial系列 无极性电容:cap;封装属性为RAD-0.1到rad-0.4 电解电容:electroi;封装属性为rb.2/.4到rb.5/1.0 电位器:pot1,pot2;封装属性为vr-1到vr-5 二极管:封装属性为diode-0.4(小功率)diode-0.7(大功率) 三极管:常见的封装属性为to-18(普通三极管)to-22(大功率三极管)to-3(大功率达林 顿管) 电源稳压块有78和79系列;78系列如7805,7812,7820等 79系列有7905,7912,7920等 常见的封装属性有to126h和to126v

PCBLayout布局布线基本规则

布局: 1、顾客指定器件位置是否摆放正确 2、BGA与其它元器件间距是否≥5mm 3、PLCC、QFP、SOP各自之间和相互之间间距是否≥2.5 mm 4、PLCC、QFP、SOP与Chip 、SOT之间间距是否≥1.5 mm 5、Chip、SOT各自之间和相互之间的间距是否≥0.3mm 6、PLCC表面贴转接插座与其它元器件的间距是否≥3 mm 7、压接插座周围5mm范围内是否有其他器件 8、Bottom层元器件高度是否≤3mm 9、模块相同的器件是否摆放一致 10、元器件是否100%调用 11、是否按照原理图信号的流向进行布局,调试插座是否放置在板边 12、数字、模拟、高速、低速部分是否分区布局,并考虑数字地、模拟地划分 13、电源的布局是否合理、核电压电源是否靠近芯片放置 14、电源的布局是否考虑电源层的分割、滤波电容的组合放置等因素 15、锁相环电源、REF电源、模拟电源的放置和滤波电容的放置是否合理 16、元器件的电源脚是否有0.01uF~0.1uF的电容进行去耦 17、晶振、时钟分配器、VCXO\TCXO周边器件、时钟端接电阻等的布局是否合理 18、数字部分的布局是否考虑到拓扑结构、总线要求等因素 19、数字部分源端、末端匹配电阻的布局是否合理 20、模拟部分、敏感元器件的布局是否合理 21、环路滤波器电路、VCO电路、AD、DA等布局是否合理 22、UART\USB\Ethernet\T1\E1等接口及保护、隔离电路布局是否合理 23、射频部分布局是否遵循“就近接地”原则、输入输出阻抗匹配要求等 24、模拟、数字、射频分区部分跨接的回流电阻、电容、磁珠放置是否合理 外形制作: 1、外形尺寸是否正确? 2、外形尺寸标注是否正确? 3、板边是否倒圆角≥1.0mm 4、定位孔位置与大小是否正确 5、禁止区域是否正确 6、Routkeep in距板边是否≥0.5mm 7、非金属定位孔禁止布线是否0.3mm以上 8、顾客指定的结构是否制作正确 规则设置: 1、叠层设置是否正确? 2、是否进行class设置 3、所有线宽是否满足阻抗要求? 4、最小线宽是否≧5mil 5、线、小过孔、焊盘之间间距是否≥6mil,线到大过孔是否≥10mil

pcb布局布线技巧及原则

pcb 布局布线技巧及原则 [ 2009-11-16 0:19:00 | By: lanzeex ] PCB 布局、布线基本原则 一、元件布局基本规则 1. 按电路模块进行布局,实现同一功能的相关电路称为一个模块,电路模块中的元件应采用就近集中原则,同时数字电路和模拟电路分开; 2. 定位孔、标准孔等非安装孔周围1.27mm 内不得贴装元、器件,螺钉等安 装孔周围3.5mm (对于 M2.5)、4mm(对于M3内不得贴装元器件; 3. 卧装电阻、电感(插件)、电解电容等元件的下方避免布过孔,以免波峰焊后过孔与元件壳体短路; 4. 元器件的外侧距板边的距离为5mm; 5. 贴装元件焊盘的外侧与相邻插装元件的外侧距离大于2mm; 6. 金属壳体元器件和金属件(屏蔽盒等)不能与其它元器件相碰,不能紧 贴印制线、焊盘,其间距应大于2mm定位孔、紧固件安装孔、椭圆孔及板 中其它方孔外侧距板边的尺寸大于3mm; 7. 发热元件不能紧邻导线和热敏元件;高热器件要均衡分布; 8. 电源插座要尽量布置在印制板的四周,电源插座与其相连的汇流条接线端应布置在同侧。特别应注意不要把电源插座及其它焊接连接器布置在连接器之间,以利于这些插座、连接器的焊接及电源线缆设计和扎线。电源插座

及焊接连接器的布置间距应考虑方便电源插头的插拔; 9. 其它元器件的布置: 所有IC 元件单边对齐,有极性元件极性标示明确,同一印制板上极性标示不得多于两个方向,出现两个方向时,两个方向互相垂直; 10、板面布线应疏密得当,当疏密差别太大时应以网状铜箔填充,网格大于8mil(或0.2mm); 11、贴片焊盘上不能有通孔,以免焊膏流失造成元件虚焊。重要信号线不准从插座脚间穿过; 12、贴片单边对齐,字符方向一致,封装方向一致; 13、有极性的器件在以同一板上的极性标示方向尽量保持一致。二、元件布线规则1、画定布线区域距PCB板边w 1mm的区域内,以及安装孔周围1mm内,禁止布线; 2、电源线尽可能的宽,不应低于18mil ;信号线宽不应低于12mil ;cpu 入出线不应低于10mil (或8mil );线间距不低于10mil ; 3、正常过孔不低于30mil ; 4、双列直插:焊盘60mil ,孔径40mil ; 1/4W 电阻:51*55mil (0805 表贴);直插时焊盘62mil ,孔径42mil ;无极电容:51*55mil (0805 表贴);直插时焊盘50mil ,孔径28mil ; 5、注意电源线与地线应尽可能呈放射状,以及信号线不能出现回环走线。如何提高抗干扰能力和电磁兼容性在研制带处理器的电子产品时,如何提高抗干扰能力和电磁兼容性?

PCB设计布局布线技巧分享

PCB设计布局布线技巧分享 工程师往往更关注电路的设计、最新的元器件以及代码,认为这些才是一个电子产品项目中的重要部分,却忽略了PCB布局、布线这个关键的环节。如果PCB布局、布线不当,往往会导致电路工作不正常、不可靠。本文就列出实际PCB布局布线中要注意的一些要点,以帮助你的PCB项目做得更准确、可靠。 走线的尺寸PCB板上的铜线是有阻抗的,也就意味着在电路图上的一根连线在实际的板子上会有电压降、功耗,电流流过的时候也会有温升。阻抗由以下公式定义: PCB设计工程师通常使用走线的长度、厚度和宽度来控制其阻抗。电阻是用于制作PCB 走线的金属铜的物理特性,既然我们无法改变铜的物理特性,就来控制走线的尺寸吧。PCB走线的厚度以多少盎司的铜来计量。如果我们在1平方英尺的区域内均匀涂抹1盎司铜,这个厚度也就是一盎司的铜,这个厚度大致为1.4千分之一英寸。许多PCB设计师使用1盎司或2盎司的铜,但许多PCB制造商可提供6盎司的厚度。但请注意,许多要求精细的场合,比如靠得很近的管脚就很难铺设很厚的铜。在设计的阶段最好咨询PCB 制造商,先了解清楚他们的生产能力。 你可以借助“PCB走线宽度计算器”来确定你的走线厚度和宽度,在计算的时候可以设定升高的温度为5°C。当然如果你的板子空间足够,布线很轻松,不妨使用较宽的走线,因为在不增加成本的情况下可以获得较低的阻抗。 如果你的板子是多层的,外层上的走线肯定会比内层的走线温度更低,因为内层的热量必须通过内部走线、过孔、材料层等较长的路径才能将热散发掉。 环路一定要尽可能小 环路,尤其是高频环路,应尽可能小。较小的环路具有较低的电感和电阻。将环路放置在地平面上面也会进一步降低电感。通过小环路可减少由以下公式引起的高频电压尖峰:小的环路也会降低通过一些节点上的电感感应到的外部干扰,或者从节点广播出去的信号

PCB电路板布局技巧

PCB电路板布局技巧

PCB布局、布线基本原则 一、元件布局基本规则1.按电路模块进行布局,实现同一功能的相关电路称为一个模块,电路模块中的元件应采用就近集中原则,同时数字电路和模拟电路分开;2.定位孔、标准孔等非安装孔周围1.27mm内不得贴装元、器件,螺钉等安装孔周围3.5mm(对于M2.5)、4mm(对于M3)内不得贴装元器件;3.卧装电阻、电感(插件)、电解电容等元件的下方避免布过孔,以免波峰焊后过孔与元件壳体短路;4.元器件的外侧距板边的距离为5mm;5.贴装元件焊盘的外侧与相邻插装元件的外侧距离大于2mm;6.金属壳体元器件和金属件(屏蔽盒等)不能与其它元器件相碰,不能紧贴印制线、焊盘,其间距应大于2mm。定位孔、紧固件安装孔、椭圆孔及板中其它方孔外侧距板边的尺寸大于3mm;7.发热元件不能紧邻导线和热敏元件;高热器件要均衡分布;8.电源插座要尽量布置在印制板的四周,电源插座与其相连的汇流条接线端应布置在同侧。特别应注意不要把电源插座及其它焊接连接器布置在连接器之间,以利于这些插座、连接器的焊接及电源线缆设计和扎线。电源插座及焊接连接器的布置间距应考虑方便电源插头的插拔;9.其它元器件的布置:所有IC元件单边对齐,有极性元件极性标示明确,同一印制板上极性标示不得多于两个方向,出现两个方向时,两个方向互相垂直;10、板面布线应疏密得当,当疏密差别太大时应以网状铜箔填充,网格大于8mil(或0.2mm);11、贴片焊盘上不能有通孔,以免焊膏流失造成元件虚焊。重要信号线不准从插座脚间穿过;12、贴片单边对齐,字符方向一致,封装方向一致;13、有极性的器件在以同一板上的极性标示方向尽量保持一致。二、元件布线规则1、画定布线区域距PCB板边≤1mm的区域内,以及安装孔周围1mm内,禁止布线;2、电源线尽可能的宽,不应低于18mil;信号线宽不应低于12mil;cpu入出线不应低于10mil(或8mil);线间距不低于10mil;3、正常过孔不低于30mil; 4、双列直插:焊盘60mil,孔径40mil;

PCB布局、布线基本细则

PCB布局、布线基本原则 一、元件布局基本规则 1.按电路模块进行布局,实现同一功能的相关电路称为一个模块,电路模块中的元件应采用就近集中原则,同时数字电路和模拟电路 分开; 2.定位孔、标准孔等非安装孔周围1.27mm 内不得贴装元、器件, 螺钉等安装孔周围3.5mm(对于M2.5)、4mm(对于M3)内不得贴 装元器件;?3. 卧装电阻、电感(插件)、电解电容等元件的下方 避免布过孔,以免波峰焊后过孔与元件壳体短路;?4. 元器件的外 侧距板边的距离为5mm; 5. 贴装元件焊盘的外侧与相邻插装元件的外侧距离大于2mm; 6. 金属壳体元器件和金属件(屏蔽盒等)不能与其它元器件相碰, 不能紧贴印制线、焊盘,其间距应大于2mm。定位孔、紧固件安装 孔、椭圆孔及板中其它方孔外侧距板边的尺寸大于3mm; 7. 发热元件不能紧邻导线和热敏元件;高热器件要均衡分布;?8. 电源插座要尽量布置在印制板的四周,电源插座与其相连的汇流条

接线端应布置在同侧。特别应注意不要把电源插座及其它焊接连接 器布置在连接器之间,以利于这些插座、连接器的焊接及电源线缆 设计和扎线。电源插座及焊接连接器的布置间距应考虑方便电源插 头的插拔;?9.其它元器件的布置:?所有IC元件单边对齐,有 极性元件极性标示明确,同一印制板上极性标示不得多于两个方 10、板面布线应疏密得 向,出现两个方向时,两个方向互相垂直;? 当,当疏密差别太大时应以网状铜箔填充,网格大于8mil(或 0.2mm);? 11、贴片焊盘上不能有通孔,以免焊膏流失造成元件虚 焊。重要信号线不准从插座脚间穿过; 12、贴片单边对齐,字符方向一致,封装方向一致;?13、有极性的 器件在以同一板上的极性标示方向尽量保持一致。 二、元件布线规则 1、画定布线区域距PCB板边≤1mm的区域内,以及安装孔周围1mm内,禁止布线;? 2、电源线尽可能的宽,不应低于18mil;信号线宽不应低于12mil;cpu入出线不应低于10mil(或8mil);线间距不低于10mil; 3、正常过孔不低于30mil; 4、双列直插:焊盘60mil,孔径40mil; 1/4W电阻:51*55mil(0805表贴);直插时焊盘62mil,孔径42mil;无极电容: 51*55mil(0805表贴);直插时焊盘50mil,孔径28mil; 5、注意电源线与地线应尽可能呈放射状,以及信号线不能出现回环走线。 如何提高抗干扰能力和电磁兼容性 1、下面的在研制带处理器的电子产品时,如何提高抗干扰能力和电磁兼容性??? 一些系统要特别注意抗电磁干扰: (1)微控制器时钟频率特别高,总线周期特别快的系统。 ?(2) 系统含有大功率,大电流驱动电路,如产生火花的继电器,大电流开关等。?(3)含微弱模拟信号电路以及高精度A/D变换电路的系统。? 2、为增加系统的抗电磁干扰能力采取如下措施: (1) 选用频率低的微控制器:?

PCB布线设计规范

印制电路板设计规范 一、适用范围 该设计规范适用于常用的各种数字和模拟电路设计。对于特殊要求的,尤其射频和特殊模拟电路设计的需量行考虑。 应用设计软件为Protel99SE。也适用于DXP Design软件或其他设计软件。 二、参考标准 GB 4588.3—88??印制电路板设计和使用 Q/DKBA—Y004—1999?华为公司内部印制电路板CAD工艺设计规范 三、专业术语 1.PCB(Print circuit Board):印制电路板 2.原理图(SCH图):电路原理图,用来设计绘制,表达硬件电路之间各种 器件之间的连接关系图。 3.网络表(NetList表):由原理图自动生成的,用来表达器件电气连接的关系 文件。 四、规范目的 1.规范规定了公司PCB的设计流程和设计原则,为后续PCB设计提供了 设计参考依据。 2.提高PCB设计质量和设计效率,减小调试中出现的各种问题,增加电 路设计的稳定性。 3.提高了PCB设计的管理系统性,增加了设计的可读性,以及后续维护的便 捷性。 4.公司正在整体系统设计变革中,后续需要自主研发大量电路板,合理的PC B设计流程和规范对于后续工作的开展具有十分重要的意义。 五、SCH图设计 5.1 命名工作 命名工作按照下表进行统一命名,以方便后续设计文档构成和网络表的生成。有些特殊器件,没有归类的,可以根据需求选择其英文首字母作为统一命名。

对于元器件的功能具体描述,可以在Lib Ref中进行描述。例如:元器件为按键,命名为U100,在Lib Ref中描述为KEY。这样使得整个原理图更加清晰,功能明确。 5.2 封装确定 元器件封装选择的宗旨是 1. 常用性。选择常用封装类型,不要选择同一款不常用封装类型,方便元器件购买,价格也较有优势。 2. 确定性。封装的确定应该根据原理图上所标示的封装尺寸检查确认,最好是购买实物后确认封装。 3. 需要性。封装的确定是根据实际需要确定的。总体来说,贴片器件占空间小,但是价格贵,制板相同面积成本高,某些场合下不适用。直插器件可靠性高,焊接方便,但所占空间大,高性能的MCU已经逐步没有了直插封装。实际设计应该根据使用环境需求选择器件。如下几个例子说明情况: a.电阻贴片和直插的选择 选择直插和贴片电阻主要从精度和功率方面考虑。直插电阻一般精度较高,可以选择0.1%甚至更高的精度,功率可以根据需要选择。常见直插电阻的功率为1/4W。一般在模拟回路采用直插封装,能够更好的保证精度。(特殊情况下也可选择贴片,但须考虑成本问题) 贴片电阻精度一般常见的为5%。功率为1/10W。基本用在数字电路。成本比直插高,但是占空间小。 b. BGA封装的问题 是否选择BGA封装的元器件,主要考虑实际的需求。BGA的特点是占空间小,管脚集成度高,可靠性好,受电磁干扰程度小。但是由于管脚密闭,对于管脚的调试不方便。同时由于BGA的环形管脚排布,使得BGA封装的元器件对于电路板设计有更高要求,一般至少需要4层以上。BGA越复杂,板的层数要求越高,设计成本越高。 c. 电源芯片的封装问题 一般的数字电路常用的稳压器芯片如AS1117-3.3/1.2等。选择封装的时候应该注意其三个管脚的定义是否与设计相同。确定电源芯片的封装定义。

PCB板布局布线基本规则

一、元件布局基本规则 1.按电路模块进行布局,实现同一功能的相关电路称为一个模块,电路模块中的元件应采用就近集中原则,同时数字电路和模拟电路分开; 2.定位孔、标准孔等非安装孔周围 1."27mm内不得贴装元、器件,螺钉等安装孔周围 3."5mm(对于M 2."5)、4mm(对于M3)内不得贴装元器件; 3.卧装电阻、电感(插件)、电解电容等元件的下方避免布过孔,以免波峰焊后过孔与元件壳体短路; 4.元器件的外侧距板边的距离为5mm; 5.贴装元件焊盘的外侧与相邻插装元件的外侧距离大于2mm; 6.金属壳体元器件和金属件(屏蔽盒等)不能与其它元器件相碰,不能紧贴印制线、焊盘,其间距应大于2mm。定位孔、紧固件安装孔、椭圆孔及板中其它方孔外侧距板边的尺寸大于3mm; 7.发热元件不能紧邻导线和热敏元件;高热器件要均衡分布; 8.电源插座要尽量布置在印制板的四周,电源插座与其相连的汇流条接线端应布置在同侧。 特别应注意不要把电源插座及其它焊接连接器布置在连接器之间,以利于这些插座、连接器的焊接及电源线缆设计和扎线。电源插座及焊接连接器的布置间距应考虑方便电源插头的插拔; 9.其它元器件的布置: 所有IC元件单边对齐,有极性元件极性标示明确,同一印制板上极性标示不得多于两个方向,出现两个方向时,两个方向互相垂直;

10、"板面布线应疏密得当,当疏密差别太大时应以网状铜箔填充,网格大于8mil(或 0."2mm); 11、"贴片焊盘上不能有通孔,以免焊膏流失造成元件虚焊。重要信号线不准从插座脚间穿过; 12、"贴片单边对齐,字符方向一致,封装方向一致; 13、"有极性的器件在以同一板上的极性标示方向尽量保持一致。 二、元件布线规则 1、画定布线区域距PCB板边≤1mm的区域内,以及安装孔周围1mm内,禁止布线; 2、"电源线尽可能的宽,不应低于18mil;信号线宽不应低于12mil;cpu入出线不应低于10mil(或8mil);线间距不低于10mil; 3、正常过孔不低于30mil; 4、双列直插: 焊盘60mil,孔径40mil; 1/4W电阻:51*55mil(0805表贴);直插时焊盘62mil,孔径42mil; 无极电容:51*55mil(0805表贴);直插时焊盘50mil,孔径28mil; 5、注意电源线与地线应尽可能呈放射状,以及信号线不能出现回环走线。 如何提高抗干扰能力和电磁兼容性 在研制带处理器的电子产品时,如何提高抗干扰能力和电磁兼容性? 1、下面的一些系统要特别注意抗电磁干扰: (1)微控制器时钟频率特别高,总线周期特别快的系统。

PCB布线的基本原则

PCB布线的基本原则 一位同事负责布的一块步进电机驱动板,性能指标老是达不到文档提到的性能,虽然能用,大电流丢步,高速上不去,波形差,在深入分析之后发现违背了一些PCB布线的基本原则,修改之后性能就非常好,这让我再一次的感受到PCB布线的重要性,尤其是我们经常做大功率电源、传感器这类对PCB布线要求极为严格的。 前几天在MSOS群中,网友“嗡嗡”提出PCB布线问题,我有感于之前步进电机布线引起的问题,把这个PCB布线用常识来理解,通俗易懂、避开电路回路、电磁场传输线等高深复杂,越讲越讲不清的东西,从根本上让大家明白怎么回事,不被一些专业术语约束,获得群内网友的认同。 PCB布线,就是铺设通电信号的道路连接各个器件,这好比修道路,连接各个城市通汽车,完全一回事。 道路建设要求一去一回两条线,PCB布线同样道理,需要形成一个两条线的回路,对于低频电路角度上讲,是回路,对于高速电磁场来讲,是传输线,最常见的如差分信号线。比如USB、网线等。对于传输线的阻抗特性等,本文不做进一步讲解。 可以说,差分信号线,是连接器件信号的理想模型。对信号要求越高的,越要靠近差分信号线。 当一块板子器件非常多,若都按差分线布,一是PCB的面积太大,二是要布2N条线,工作量太大,难度也很大,于是人们针对实际需求提出了多层PCB的概念,最典型的就是双面PCB板。把底部一层作为公共的参考回路,这样布线只需要布N+1根即可,PCB版面也大大缩小。

公共参考回路,也就是大家常说的参考地,针对大部分嵌入式行业来说,信号因为数字化后对信号质量要求不是很高,这样采用整层的参考地,可以缩小板面,又提高效率,大大节约了时间,深受大家喜欢。实际上缩小板面就是缩短信号线长度,也可以部分抵消因为参考地引起的信号质量下降问题,所以在实际中,这种引入参考地的PCB布线效果,基本接近差分线理想模型。到了今天,我们都习惯于这种方式,似乎PCB布线,就是要有一层参考地,没有为什么。 在双面板设计中,因为经常有交叉线存在,需要跳线到地层做交叉线交换,这个需要特别指出的是,这个跳线不能太长,若太长,容易分割参考地,尤其是对于一些信号质量要求高的线,底部的参考地不能被分割,。否则信号的回路被完全破坏,参考地失去了意义。所以一般的讲,参考地层只适合做信号线的短跳线用,信号线尽量布顶层,或者引入更多层的PCB板。 路与路之间靠的太近容易出现影响,比如坐高铁的时候,感觉的到对面开来火车对自己所坐火车的影响。信号线也一样,不能靠的太近,若信号线与信号线之间是平行的,一定要保持一定的距离,这个以实验为准,并且底部要有很好的参考地。低频小信号下,一般影响不是很大,高频强信号是需要注意的。 对于高频、大电流方面的PCB布线,比如开关电源等,最忌讳的就是驱动信号被输出强电流、强电压干扰。MOS管的驱动信号,很容易受输出强电流的影响,两者要保持一定的距离,不要靠的太近。模拟音响时代,运放放大倍数过高,就会出现自激效应,原因同MOS 管一样。 PCB布线的载体是PCB板,一般参考地跟PCB板边离1mm附近,信号线离参考地边缘1mm 附近,这样把信号都约束在PCB板内,可以降低EMC辐射。 当对PCB设计还没有概念的,就多想想我们日常的道路,两者完全一致。

PCB布线规则详解

1 电源、地线的处理既使在整个PCB板中的布线完成得都很好,但由于电源、地线的考虑不周到而引起的干扰,会使产品的性能 下降,有时甚至影响到产品的成功率。所以对电、地线的布线要认真对待,把电、地线所产生的噪音干扰降到最低限度,以保证 产品的质量。对每个从事电子产品设计的工程人员来说都明白地线与电源线之间噪音所产生的原因,现只对降低式抑制噪音作 以表述:众所周知的是在电源、地线之间加上去耦电容。尽量加宽电源、地线宽度,最好是地线比电源线宽,它们的关系是: 地线>电源线>信号线,通常信号线宽为:0.2~ 0.3mm,最经细宽度可达0.05~0.07mm,电源线为 1.2~ 2.5 mm 对数字电路的PCB可用宽的地导线组成一个回路, 即构成一个地网来使用(模拟电路的地不能这样使用) 用大面积铜层作地线用,在印制板上把没被用上的地方都与地相连接作为地线用。或是做成多层板,电源,地线各占用一层。 2、数字电路与模拟电路的共地处理现在有许多PCB 不再是单一功能电路(数字或模拟电路),而是由数字电路和模拟电路混合构成的。因此在布线时就需要

考虑它们之间互相干扰问题,特别是地线上的噪音干扰。数字电路的频率高,模拟电路的敏感度强,对信号线来说,高频的信号线尽可能远离敏感的模拟电路器件,对地线来说,整人PCB对外界只有一个结点,所以必须在PCB内部进行处理数、模共地的问题,而在板内部数字地和模拟地实际上是分开的它们之间 互不相连,只是在PCB与外界连接的接口处(如插头等)。数字地与模拟地有一点短接,请注意,只有一个连接点。也有在PCB上不共地的,这由系统设计来决定。 3、信号线布在电(地)层上在多层印制板布线时,由于在信号线层没有布完的线剩下已经不多,再多加层数就会造成浪费也会 给生产增加一定的工作量,成本也相应增加了,为解决这个矛盾,可以考虑在电(地)层上进行布线。首先应考虑用电源层,其次才是地层。因为最好是保留地层的完整性。 4、大面积导体中连接腿的处理在大面积的接地(电)中,常用元器件的腿与其连接,对连接腿的处理需要进行综合的考虑,就

PCB电路板PCB手工布线

PCB电路板PCB手工 布线

PCB手工布线 PROTEL99SE所提供给我们的PCB设计方法有手工布线和自动布线两种。虽然自动布线的功能强大,但对于只有十来个分离元件的较为简单的电路,可以直接进行手工布线,而不必采用自动布线。况且,大多数情况下,由于采用自动布线后的线条往往不够整齐和不够美观,甚至还不合理,所以还要进行手工布线用以修整。 8.1设置PCB元件库 对PCB的编辑,只有在已经装入所需的PCB封装元件库的条件下才可以进行。在进行PCB设计前,首先要知道将会用到那些元件,这些元件都各自存在于系统的那一个PCB元件库中,有些特殊的元器件可能系统的元件库中还不曾包含进来,这还要求我们用系统提供的PCBLIB元件库编辑器制作该特殊元件,最后将这些元件所在的库一一添加进当前库(Libraries)中。只有这样,这些元件才能被放置到图幅中来。下面介绍添加和移除元件库的方法。设所用到的元件一律存在于系统提供的AdvPCB.ddb设计数据库中的PCB_FootPrints.lib封装元件库。 进入PCB界面,点击常用工具栏中的图标以打开设计管理器,点击设计管理器中的标签,点击Browse框架内的下拉列表,移动光标至Library行时点击,出现如图8-1所示的PCB 元件封装管理器。 缺省状态下,PCB将装入AdvPCB.ddb设计据库中的PCBFootPrints.lib封装元件库,该设计数据 库的默认路径为:C:\Programfiles\DesignExplorer99SE\Library\Pcb\GenericFootprints\Advpcb.ddb。其中包含最常用电阻器、电容器、二三极管、双列直插和表面贴装式集成电路等的封装外形。大多数情况下,这些元器件基本基本够用了。

开关电源的PCB布局走线

首先从开关电源的设计及生产工艺开始描述吧,先说说印制板的设计。开关电源工作在高频率,高脉冲状态,属于模拟电路中的一个比较特殊种类。布板时须遵循高频电路布线原则。 1、布局:脉冲电压连线尽可能短,其中输入开关管到变压器连线,输出变压器到整流管连接线。脉冲电流环路尽可能小如输入滤波电容正到变压器到开关管返回电容负。输出部分变压器出端到整流管到输出电感到输出电容返回变 压器电路中X电容要尽量接近开关电源输入端,输入线应避 免与其他电路平行,应避开。 Y电容应放置在机壳接地端子或FG连接端。共摸电感应与变压器保持一定距离,以避免 磁偶合。如不好处理可在共摸电感与变压器间加一屏蔽,以上几项对开关电源的EMC性能影响较大。 输出电容一般可采用两只一只靠近整流管另一只应 靠近输出端子,可影响电源输出纹波指标,两只小容量电容 并联效果应优于用一只大容量电容。发热器件要和电解电容保持一定距离,以延长整机寿命,电解电容是开关电源寿命的瓶劲,如变压器、功率管、大功率电阻要和电解保持距离,电解之间也须留出散热空间,条件允许可将其放置在进风口控制部分要注意:高阻抗弱信号电路连线要尽量短 如取样反馈环路,在处理时要尽量避免其受干扰、电流取样

信号电路,特别是电流控制型电路,处理不好易出现一些想不到的意外,其中有一些技巧 现以3843电路举例见图(1)图一效果要好于图二,图二在满载时用示波器观测电流波形上明显叠加尖刺,由于干扰限流点比设计值偏低,图一则没有这种现象、还有开关管驱动信号电路,开关管驱动电阻要靠近开关管,可提高开关管工作可靠性,这和功率 MOSFET高直流阻抗电压驱动特性有关。 下面谈一谈印制板布线的一些原则。 线间距:随着印制线路板制造工艺的不断完善和提高,一般加工厂制造出线间距等于甚至小于0.1mm已经不存在什么问题,完全能够满足大多数应用场合。考虑到开关电源所采用的元器件及生产工艺,一般双面板最小线间距设

pcb布局布线技巧及原则

pcb布局布线技巧及原则 pcb布局布线技巧及原则 [ 2018-11-16 0:19:00 | By: lanzeex ] PCB 布局、布线差不多原则 一、元件布局差不多规则 1. 按电路模块进行布局,实现同一功能的相关电路称为一个模块,电路模块中的元件应采纳就近集中原则,同时数字电路和模拟电路分开; 2.定位孔、标准孔等非安装孔周围1.27mm 内不得贴装元、器件,螺钉等安装孔周围 3.5mm(关于 M2.5)、4mm(关于M3)内不得贴装元器件; 3. 卧装电阻、电感(插件)、电解电容等元件的下方幸免布过孔,以免波峰焊后过孔与元件壳体短路; 4. 元器件的外侧距板边的距离为5mm; 5. 贴装元件焊盘的外侧与相邻插装元件的外侧距离大于2mm; 6. 金属壳体元器件和金属件(屏蔽盒等)不能与其它元器件相碰,不能紧贴印制线、焊盘,其间距应大于2mm。定位孔、紧固件安装孔、椭圆孔及板中其它方孔外侧距板边的尺寸大于3mm; 7. 发热元件不能紧邻导线和热敏元件;高热器件要均衡分布; 8. 电源插座要尽量布置在印制板的四周,电源插座与其相连的汇流条接线端应布置在同侧。专门应注意不要把电源插座及其它焊接连接器布置在连接器之间,以利于这些插座、连接器的焊接及电源线缆设计和扎线。电源插座

及焊接连接器的布置间距应考虑方便电源插头的插拔; 9. 其它元器件的布置: 所有IC 元件单边对齐,有极性元件极性标示明确,同一印制板上极性标示不得多于两个方向,显现两个方向时,两个方向互相垂直; 10、板面布线应疏密得当,当疏密差不太大时应以网状铜箔填充,网格大于8mil(或0.2mm); 11、贴片焊盘上不能有通孔,以免焊膏流失造成元件虚焊。重要信号线不准从插座脚间穿过; 12、贴片单边对齐,字符方向一致,封装方向一致; 13、有极性的器件在以同一板上的极性标示方向尽量保持一致。 二、元件布线规则 1、画定布线区域距PCB 板边≤1mm 的区域内,以及安装孔周围1mm 内,禁止布线; 2、电源线尽可能的宽,不应低于18mil;信号线宽不应低于12mil;cpu 入出线不应低于10mil(或8mil);线间距不低于10mil; 3、正常过孔不低于30mil; 4、双列直插:焊盘60mil,孔径40mil; 1/4W 电阻: 51*55mil(0805 表贴);直插时焊盘62mil,孔径42mil;无极电容: 51*55mil(0805 表贴);直插时焊盘50mil,孔径28mil;5、注意电源线与地线应尽可能呈放射状,以及信号线不能显现回环走线。如何提高抗干扰能力和电磁兼容性 在研制带处理器的电子产品时,如何提高抗干扰能力和电磁兼容性?

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