运放电路PCB设计技巧

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PCB设计方法和技巧

PCB设计方法和技巧

PCB设计方法和技巧PCB(Printed Circuit Board,印刷电路板)是现代电子产品的核心组件之一,它承载着电子元件的连接和固定。

好的PCB设计能够提高电路的性能、可靠性和可维护性。

在进行PCB设计时,有一些方法和技巧可以帮助设计师更好地完成设计任务。

首先,一个好的PCB设计需要进行系统性的规划和设计。

在开始设计之前,需要明确电路的功能和要求,了解电路的结构和工作方式,确定电路板的尺寸和层数等。

在设计之前还需要进行电路的仿真和验证,以确保电路的正确性和稳定性。

其次,PCB设计需要注意电路的布局和走线,合理安排电子元件的位置和走线的走向。

在进行布局和走线时需要考虑信号的传输路径和长度匹配,避免信号互相干扰和串扰。

同时,还要合理分配电子元件的功耗和散热,避免元件过热和损坏。

另外,PCB设计还需要注意电子元件的布线和连接方式。

在进行元件布线时,需要考虑元件之间的连接关系和信号的传输要求,尽量缩短信号的传输路径和减小信号损耗。

同时,还需要合理选择连接方式,如使用直接连接、信号引线、导线桥接等方式,以提高连接可靠性和稳定性。

此外,PCB设计还需要注意电路板的地线和电源线的布局。

地线和电源线是电路中非常重要的部分,它们的布局和连接方式直接影响电路的可靠性和性能。

在进行布局时,应将地线和电源线尽量分离,并避免地线和电源线的交叉和干扰。

同时,在进行布线时,还需要保持电路板的整洁和美观,避免走线过于复杂和混乱。

最后,PCB设计还需要考虑电路板的制造和组装。

在进行设计之前,需要了解电路板的制造工艺和要求,选择合适的元件和材料,以便于后续的制造和组装。

在进行布局和布线时,还需要考虑元件的引脚间距和接插件的尺寸,以便于元件的焊接和固定。

总之,PCB设计是一项复杂且细致的工作,需要设计师具备较高的电路、布局和布线等知识。

通过合理的规划和设计,并结合实际制造和组装的要求,可以更好地完成PCB设计任务,提高电路的性能和可靠性。

pcb设计方法与技巧

pcb设计方法与技巧

pcb设计方法与技巧PCB(Printed Circuit Board,印刷电路板)是电子产品中重要的组成部分,它能够将电子元器件连接在一起,并提供稳定可靠的电气连接。

在PCB设计中,需要考虑到布线、元器件布局、信号完整性等因素。

下面是一些常用的PCB设计方法与技巧。

1. PCB设计前准备工作在进行PCB设计之前,需要进行一些准备工作。

首先,需要确定电路原理图,并对其进行分析和优化。

其次,需要选择合适的元器件,并对其进行布局和定位。

最后,需要确定PCB板的大小、层数以及孔径等参数。

2. PCB布线技巧在进行PCB布线时,需要遵循一些技巧。

首先,应该尽量缩短信号线长度,并保持信号线之间的距离足够大。

其次,在布线时应该避免过度弯曲和交叉,以减少串扰和反射等问题。

最后,在多层板中应该采用地平面和电源平面来提高信号完整性。

3. PCB元器件布局技巧在进行PCB元器件布局时,需要注意以下几点。

首先,在选择元器件时应该考虑到其尺寸、功耗和热量等因素。

其次,应该将元器件分组,以便于布局和布线。

最后,在布局时应该避免过度密集和重叠,以便于进行维修和调试。

4. PCB信号完整性技巧在PCB设计中,信号完整性是一个重要的问题。

以下是一些提高信号完整性的技巧。

首先,在设计时应该保持信号线的阻抗匹配,以减少反射和串扰等问题。

其次,在多层板中应该采用地平面和电源平面来提高信号完整性。

最后,在布线时应该尽量缩短信号线长度,并保持信号线之间的距离足够大。

5. PCB设计软件选择在进行PCB设计时,需要选择合适的PCB设计软件。

常用的软件包括Altium Designer、Eagle PCB、PADS等。

这些软件具有丰富的功能和工具,能够帮助用户快速完成PCB设计。

综上所述,以上是一些常用的PCB设计方法与技巧。

在进行PCB设计时,需要考虑到布线、元器件布局、信号完整性等因素,并选择合适的PCB设计软件进行操作。

PCB设计的技巧与优化方法

PCB设计的技巧与优化方法

PCB设计的技巧与优化方法PCB设计是电子工程领域中的一项重要工作。

它涉及到电路图设计、元器件布局、信号线走向等多个方面,对于电子产品的性能和功能起到至关重要的作用。

因此,PCB设计需要一定的技巧和优化方法。

1. 电路图设计在PCB设计之前,需要先绘制电路图。

电路图的设计需要注意以下几点:(1)电路图要尽可能地简洁明了,方便后续的PCB元器件布局。

(2)电路图中元器件的标注和数值应准确无误。

(3)电路图应注意信号线走向,避免交叉和环绕布线。

2. PCB元器件布局元器件布局是PCB设计中的一个重要环节。

它决定了元器件之间的电气性能和信号传输效果。

在PCB元器件布局中,需要注意以下几点:(1)元器件的布置要合理,避免元器件之间的相互干扰和电气噪声。

(2)元器件之间的连接要尽量短,减小信号传输的延迟和失真。

(3)元器件的引脚布局要考虑到信号线的无干扰连接,以及PCB板的布局限制。

3. 信号线走向信号线的走向和布局对于电子产品的性能和稳定性有着重要的影响。

在PCB设计中,需要注意以下几点:(1)尽可能采用单面布线,减小走线的长度和混杂度。

(2)避免信号线的交叉和环绕,以减小信号传输的噪声和失真。

(3)信号线要尽可能短,这有利于避免信号传输的延迟和失真。

4. PCB板的优化设计在PCB设计过程中,需要对PCB板进行一系列的优化设计,以提高电路板的性能和稳定性。

这些优化设计包括:(1)引脚路径的优化,避免路径重合和共用。

(2)走线的优化,避免走线的冗余和重复。

(3)PCB板的厚度优化,以达到最佳电气性能和结构强度。

(4)PCB板材料的优化,选择高品质材料以确保电气性能和耐用性。

总之,PCB设计是一项精细的工作,需要全面的技术和经验。

只有在不断优化和精益求精的基础上,才能设计出具有高性能和稳定性的电子产品。

PCB线路板设计技巧总结5篇

PCB线路板设计技巧总结5篇

PCB线路板设计技巧总结5篇第一篇:PCB线路板设计技巧总结PCB线路板设计技巧总结~~~发表于:2009-01-26 13:23:53元件布局技巧:1.基本布局:(1)尽可能缩短高频元件之间的连线,设法减小其分布参数和相互之间的电磁干扰,易于相互干扰的元器件不能离得太近,输入和输出应尽量远离。

(2)当元件或导线之间可能有较高电位差时,应该加大其距离,以免放电击穿,引起短路。

(3)重15g以上的元件不能只靠导线焊盘来固定,应用支架或卡子固定。

(4)电位器、可变电容、可调电感线圈或微动开关等可调元件,应考虑整机的结构要求。

若是机外调节,其位置应考虑调节旋钮在机箱面板上的位置,若是机内调节,应考虑放在印刷板上能方便调节的地方。

(5)留出PCB板固定支架,定位螺孔和连接插座所用的位置。

2.按电路功能单元,对电路的全部器件布局:(1)通常按信号的流向逐个安排电路单元的位置,以便与主信号流通方向保持一致。

(2)以每个功能电路的核心元件为中心,围绕它布局。

元件应均匀,整齐,紧凑地排列在PCB上,尽量减少和缩短各单元之间的引线和连线。

(3)在高频下工作的电路,要考虑元件之间的分布参数,一般电路的元件应尽可能平行排列,这样不仅美观,还可以使装焊方便,易于批量生产。

(4)位于边上的元器件,应离PCB板边缘至少2mm。

PCB板的最佳形状是矩形(长宽为3:2或4:3),板面尺寸大于200mm*150mm时,应考虑PCB板所受的机械强度。

布线技巧:(1)输入、输出的导线应尽量避免相邻或平行,最好加线间地线,以免发生反馈。

高电平信号和低电平电路不要相互平行,特别是高阻抗、低电平信号电路,应尽可能靠近低电位。

PCB板两面的导线宜相互垂直,斜交或弯曲走线,应避免平行,以减小寄生耦合。

(2)在安装电源走线时,每1-3个TTL集成电路,2-6个CMOS 集成电路,都应在靠近集成块地方设旁路电容。

(3)PCB板导线的最小宽度主要由导线与绝缘基板间的粘附强度和流过其电流值决定。

关于pcb设计的方法与技巧

关于pcb设计的方法与技巧

关于pcb设计的方法与技巧PCB(Printed Circuit Board)设计是电子产品开发过程中至关重要的一环。

在设计一块高质量的PCB时,需要综合考虑电路功能、性能指标、尺寸限制、成本等诸多因素。

本文将围绕PCB设计的方法与技巧展开讨论,帮助您更好地理解与掌握这一领域的知识。

1. 初始设计前的准备工作在开始进行PCB设计前,我们需要明确项目需求并对电路原理进行充分的了解。

这包括对电子原件的选择、电路拓扑结构的优化以及信号完整性的考虑等。

了解板子的层次结构和尺寸要求对于后续的设计过程也至关重要。

2. 合理规划与布局PCB设计中,合理的规划与布局对于电路性能和电磁兼容性具有重要影响。

在进行布局时,应将耦合效应和信号完整性等考虑在内,避免信号跳线、干扰以及EMC(Electromagnetic Compatibility)问题的产生。

合理安排组件的位置和方向,有助于提高电路的可靠性和维修性。

3. 运用规范和设计原则PCB设计有许多规范和设计原则可供借鉴。

走线的宽度和间距应符合电流需求和阻抗控制要求;引脚的布线尽量采取最短路径,减少信号延迟;分析电路中的高频和低频信号,采取相应的技术手段提高信号完整性等。

通过遵循这些规范和原则,可以降低电路故障和性能问题的风险。

4. 选择合适的层数和堆叠方式在设计多层PCB时,选择合适的层数和堆叠方式对于电路性能和EMC效果具有重要影响。

通过合理的分层规划可以减小信号回流路径,提高信号完整性;通过模拟和数字信号的分层设计,可以有效隔离干扰和减小串扰。

在设计时需要根据具体应用场景和电路需求选择合适的层数和堆叠方式。

5. 考虑散热和线宽线距等参数PCB中的散热和线宽线距等参数直接影响着电路的性能和稳定性。

在设计中,要根据电流负载、环境温度和散热条件等因素合理设置散热凸起,并设计适当大小的散热孔;对于高速信号线,要根据信号频率和阻抗要求来选择合适的线宽线距以保证信号完整性。

PCB布局秘籍(附放大器PCB布线实例)

PCB布局秘籍(附放大器PCB布线实例)

在电路设计过程中,应用工程师往往会忽视印刷电路板(PCB)的布局。

通常遇到的问题是,电路的原理图是正确的,但并不起作用,或仅以低性能运行。

在本文中,我将向您介绍如何正确地布设运算放大器的电路板以确保其功能、性能和稳健性。

最近,我与一名实习生在利用增益为2V/V、负荷为10kΩ、电源电压为+/-15V的非反相配置OPA191运算放大器进行设计。

图1所示为该设计的原理图。

图1:采用非反相配置的OPA191]OPA191原理图我让实习生为该设计布设电路板,同时为他做了PCB布设方面的一般指导(例如:尽可能缩短电路板的走线路径,尽量将组件保持紧密排布,以减小电路板所占空间),然后让他自行设计。

设计过程到底有多难?其实就是几个电阻器和电容器罢了,不是吗?图2所示为他首次尝试设计的布局。

红线为电路板顶层的路径,而蓝线为底层的路径。

图2:首次布局尝试方案看到他的首次布局尝试,我意识到了电路板布局并不像我想象的那样直观;我至少应该为他做一些更详细的指导。

他在设计时完全遵从了我的建议:缩短了走线路径,并将各部件紧密地排布在一起。

但其实这种布局还有很大的改善空间,以便减小电路板寄生阻抗并优化其性能。

接下来就是对布局的改进。

我们所做的首项改进是将电阻R1和R2移至OPA191的倒相引脚(引脚2)旁;这样有助于减小倒相引脚的杂散电容。

运算放大器的倒相引脚是一个高阻抗节点,因此灵敏度较高。

较长的走线路径可以作为电线,让高频噪声耦合进信号链。

倒相引脚上的PCB电容会引发稳定性问题。

因此,倒相引脚上的接点应该越小越好。

将R1和R2移至引脚2旁,可以让负荷电阻器R3旋转180度,从而使去耦电容器C1更贴近OPA191的正电源引脚(引脚7)。

让去耦电容器尽可能贴近电源引脚,这一点极其重要。

如果去耦电容器与电源引脚之间的走线路径较长,会增大电源引脚的电感,从而降低性能。

我们所做的另一项改进在于第二个去耦电容器C2。

不应将VCC与C2的导孔连接放在电容器和电源引脚之间,而应布设在供电电压必须通过电容器进入器件电源引脚的位置。

PCB布线与布局优化技巧

PCB布线与布局优化技巧在电子设备的设计中,PCB(Printed Circuit Board,印刷电路板)的布线与布局对于整个电路性能和稳定性起着至关重要的作用。

优秀的PCB布线与布局可以提高电路的抗干扰能力、信号完整性和性能稳定性。

下面就介绍一些PCB布线与布局优化技巧,帮助设计师提高产品质量和性能。

1. 分割电源平面:在PCB设计中,将电源平面分割成多个部分可以减少信号干扰及电磁辐射。

分割电源平面时,需要注意将模拟和数字电源分开,避免互相干扰。

通过合理设置分割线路,可以降低信号交叉干扰,提高信噪比。

2. 最短路径布线:尽量保持布线路径短,减少信号传输的延迟和损耗。

在选取布线路径时,应避免走线交叉、绕线等现象,以确保信号传输的稳定性和可靠性。

布线时还需考虑信号走线的方向,避免信号环路和共模噪声的产生。

3. 差分信号布线:对于高速信号线,尤其是差分信号线,需要特别注意其布线。

差分信号线的长度要尽量保持一致,以减少信号失真和串扰。

此外,差分信号线应在布线过程中尽量保持相邻,以减小信号传输的时间差。

4. 阻抗匹配:在PCB设计中,特别是在高频电路中,阻抗匹配是非常重要的。

正确设计差分对地、微带线、板厚等参数,以保证信号传输的稳定性和准确性。

利用阻抗匹配技术可以尽量减小信号的反射和衰减,提高信号完整性。

5. 地线布线:地线布线是PCB设计中的关键环节。

要尽量减小地线回路面积,避免干扰信号传输。

将地线设置为宽带,减小地线阻抗,提高地线的导电性。

另外,地线布线还要尽量与信号走线相互垂直,避免共模干扰。

6. 噪声隔离:在PCB布局设计中,要将噪声源与敏感信号源隔离开来,以减少噪声对信号的影响。

在设计布局时,可以使用屏蔽罩、滤波器等措施来隔离噪声源,确保信号传输的稳定性和准确性。

7. 确保热量散发:在PCB布局设计中,要考虑电路元件的散热问题。

合理安排元件的位置,保证元件之间的通风通道畅通,以便排出热量。

在布局时应注意避免高功率元件集中布局,以减小热量聚集的风险。

运放放大电路设计与优化技巧

运放放大电路设计与优化技巧运放(Operational Amplifier,简称Op Amp)是电子电路中常用的一种集成电路元件,具有高增益、高输入阻抗和低输出阻抗等特点。

在实际应用中,运放放大电路被广泛应用于信号处理、滤波、放大等领域。

本文将讨论运放放大电路的设计与优化技巧,以帮助读者更好地理解和应用这一电路。

一. 运放放大电路基本原理运放放大电路是由运放和其他电路元件组成的,其中运放起到放大信号的作用。

常见的运放放大电路有反馈放大电路、有源载荷放大电路和电压跟随器等。

不同的电路拓扑结构适用于不同的应用场景,因此在设计和优化电路时需要根据实际需求选择合适的电路结构。

二. 运放放大电路设计技巧1. 选择合适的运放器件:根据设计要求选择适合的运放器件,考虑增益、带宽、输入输出阻抗等参数。

不同的器件性能有所差异,选择适合的器件对电路性能至关重要。

2. 电路的输入输出参数的匹配:在设计运放放大电路时,需要保证电路的输入和输出参数之间的匹配。

例如,输入信号的幅度应适应运放的输入电压范围,输出负载的阻抗应与运放输出端的驱动能力相匹配。

3. 运放的反馈网络设计:反馈网络是运放放大电路中重要的部分,能够影响电路的增益、稳定性和带宽等性能。

针对不同的应用需求,可以选择不同类型的反馈网络,如电压反馈、电流反馈、电阻反馈等。

4. 噪声抑制与滤波设计:在一些高精度的应用中,噪声抑制与滤波是一个关键的设计问题。

通过合理选择元件、电路结构和滤波器的设计,可以有效地降低噪声干扰,提高电路的信噪比和性能。

5. 电源设计:电源电压的稳定和纹波对运放放大电路的性能影响较大。

在设计时需要考虑电源电压的选择和滤波电路的设计,以减小电源带来的干扰,并确保运放能够正常工作。

三. 运放放大电路优化技巧1. 最小化噪声和失真:运放放大电路中的噪声和失真会对信号质量产生影响。

通过选择低噪声的运放器件、优化电路布局、合理选择元件等手段,可以有效降低噪声和失真。

PCB设计布局规则与技巧

PCB设计布局规则与技巧PCB(Printed Circuit Board,印刷电路板)设计布局是电子产品设计中非常重要的一部分,合理的布局能够提高电路板性能、稳定性和可靠性。

同时,布局也会影响到电磁兼容性(EMC)和易于制造性。

下面将介绍一些常用的PCB设计布局规则和技巧。

1.尽量减少线长:线长越短,信号传输的时间越短,电路的性能越好。

因此,在进行PCB设计布局时,应尽量使信号和电源线的路径尽可能短。

2.分离高频和低频信号:高频信号容易产生干扰和耦合,所以应尽量远离低频信号线。

同时,高频信号线和低频信号线应分别布局,以减少相互之间的干扰。

3.分层设计:多层PCB可以有效地减小信号线间的干扰,并提高信号的完整性。

布局时需要根据不同功能和频率的信号进行分层布局,避免信号线交叉和干扰。

4.组织布局:把电路板上的元器件和线缆进行逻辑分组和合理布局,可以提高电路板的操作性和可靠性。

例如,将相关的器件和接口放在一起,减少线缆走线的复杂性。

5.场效应管的布局:场效应管是敏感元件,容易受到外界影响而导致不稳定。

在布局时,应尽量远离高频信号源、变压器、电机等产生辐射干扰的元件。

6.地线布局:地线是所有电路的公共回路,应该足够宽,稳定和低阻抗。

在布局时,应尽量减少地线的长度和面积,降低地线的电感和电阻。

7.高频元件布局:对于频率较高的器件和信号线,应尽量减小其长度,将其布置在靠近负载的位置,以减少传输延迟和信号损失。

8.散热布局:散热是电子产品设计中一个重要的考虑因素。

在布局时,应考虑到热源的位置,并合理布置散热器件和散热片,以提高散热效果。

9.电源布局:电源是电路正常运行的保障,应该足够稳定和可靠。

在布局时,应规划好电源线和滤波电容器的位置,减少电源噪声和泄漏。

10.细节布局:除了上述规则,还需要注意一些细节布局。

例如,尽量避免信号线相交,避免直角拐弯,避免尖锐的边缘等,以减少信号反射和辐射干扰。

总之,PCB设计布局是一个需要综合考虑各种因素的过程。

PCB布线的技巧及注意事项

PCB布线的技巧及注意事项1.合理规划电路板上的元件布局:在进行布线之前,需要根据电路的功能和结构合理规划元件的布局。

合理布局可以减少跨线和交叉线,简化布线过程,并提高电路的可靠性和抗干扰能力。

例如,将相互关联的元件集中在一起,以减少连线长度和信号传输的损耗。

2.使用地平面和电源平面:地平面和电源平面是PCB布线中非常重要的一部分。

通过在PCB中设置地平面和电源平面,可以有效减少地线和电源线的长度,减小同轴电缆的干扰和耦合,提高信号完整性和抗干扰能力。

3.利用电网连接:电网连接是PCB布线中常用的一种布线方式。

电网连接可以减小线宽和线间距,减小电路板上的导线一阶传输延迟,提高信号完整性和抗干扰能力。

在布局时,应尽量合理规划电网的结构和布线的路径。

4.分析和优化信号传输路径:信号传输路径是PCB布线中需要特别关注的一部分。

通过分析信号传输路径,可以了解信号在电路板上的传输特性,并进行优化。

例如,可以采用直线传输路径,减小信号传输的损耗和干扰;可以避免信号线与电源线、地线和其他高频信号线的交叉,减小互相干扰。

5.处理高频和高速信号:在布线中,对于高频和高速信号需要特别注意。

高频信号容易受到串扰和反射的影响,因此对于高频信号,应避免长线和小弯曲。

对于高速信号,需要注意控制传输线的阻抗匹配,减小信号的反射和射频干扰。

6.使用适当的布线规则和约束:在进行布线之前,需要根据电路设计的要求和约束设置适当的布线规则。

布线规则可以包括连线宽度、线间距、最小孔径等要素。

合理设置布线规则可以减小静电干扰和交叉干扰,提高电路的性能和可靠性。

7.进行电磁兼容性(EMC)设计:在进行布线时,需要考虑电磁兼容性设计。

电磁辐射和电磁敏感性是电路板设计中常见的问题,可以通过合理的布线和使用滤波器来减小电磁干扰。

8.进行仿真和测试:在完成布线之后,需要进行仿真和测试来验证电路的性能和可靠性。

通过仿真和测试,可以检测电路中可能存在的问题,并做出相应的调整。

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运放电路PCB设计技巧虽然这里主要针对与高速运算放大器有关的电路,但是这里所讨论的问题和方法对用于大多数其它高速模拟电路的布线是普遍适用的。

当运算放大器工作在很高的射频(RF)频段时,电路的性能很大程度上取决于PCB布线。

“图纸”上看起来很好的高性能电路设计,如果由于布线时粗心马虎受到影响,最后只能得到普通的性能。

在整个布线过程中预先考虑并注意重要的细节会有助于确保预期的电路性能。

原理图尽管优良的原理图不能保证好的布线,但是好的布线开始于优良的原理图。

在绘制原理图时要深思熟虑,并且必须考虑整个电路的信号流向。

如果在原理图中从左到右具有正常稳定的信号流,那么在PCB上也应具有同样好的信号流。

在原理图上尽可能多给出有用的信息。

因为有时候电路设计工程师不在,客户会要求我们帮助解决电路的问题,从事此工作的设计师、技术员和工程师都会非常感激,也包括我们。

除了普通的参考标识符、功耗和误差容限外,原理图中还应该给出哪些信息呢?下面给出一些建议,可以将普通的原理图变成一流的原理图。

加入波形、有关外壳的机械信息、印制线长度、空白区;标明哪些元件需要置于PCB上面;给出调整信息、元件取值范围、散热信息、控制阻抗印制线、注释、扼要的电路动作描述……(以及其它)。

谁都别信如果不是你自己设计布线,一定要留出充裕的时间仔细检查布线人的设计。

在这点上很小的预防抵得上一百倍的补救。

不要指望布线的人能理解你的想法。

在布线设计过程的初期你的意见和指导是最重要的。

你能提供的信息越多,并且整个布线过程中你介入的越多,结果得到的PCB就会越好。

给布线设计工程师设置一个暂定的完成点——按照你想要的布线进展报告快速检查。

这种“闭合环路”方法可以防止布线误入歧途,从而将返工的可能性降至最低。

需要给布线工程师的指示包括:电路功能的简短描述,标明输入和输出位置的PCB略图,PCB层叠信息(例如,板子有多厚,有多少层,各信号层和接地平面的详细信息——功耗、地线、模拟信号、数字信号和RF信号);各层需要那些信号;要求重要元件的放置位置;旁路元件的确切位置;哪些印制线很重要;哪些线路需要控制阻抗印制线;哪些线路需要匹配长度;元件的尺寸;哪些印制线需要彼此远离(或靠近);哪些线路需要彼此远离(或靠近);哪些元器件需要彼此远离(或靠近);哪些元器件要放在PCB的上面,哪些放在下面。

永远不要抱怨需要给别人的信息太多——太少吗?是;太多吗?不。

一条学习经验:大约10年前,我设计一块多层的表面贴电路板——板子的两面都有元件。

用很多螺钉将板子固定在一个镀金的铝制外壳中(因为有很严格的防震指标)。

提供偏置馈通的引脚穿过板子。

该引脚是通过焊接线连接到PCB上的。

这是一个很复杂的装置。

板子上的一些元件是用于测试设定(SAT)的。

但是我已经明确规定了这些元件的位置。

你能猜出这些元件都安装在什么地方吗?对了,在板子的下面。

当产品工程师和技术员不得不将整个装置拆开,完成设定后再将它们重新组装的时候,显得很不高兴。

从那以后我再也没有犯过这种错误了。

位置正像在PCB中,位置决定一切。

将一个电路放在PCB上的什么位置,将其具体的电路元件安装在什么位置,以及其相邻的其它电路是什么,这一切都非常重要。

通常,输入、输出和电源的位置是预先确定好的,但是它们之间的电路就需要“发挥各自的创造性”了。

这就是为什么注意布线细节将产生巨大回报的原因。

从关键元件的位置入手,根据具体电路和整个PCB来考虑。

从一开始就规定关键元件的位置以及信号的路径有助于确保设计达到预期的工作目标。

一次就得到正确的设计可以降低成本和压力——也就缩短了开发周期。

旁路电源在放大器的电源端旁路电源以便降低噪声是PCB设计过程中一个很重要的方面——包括对高速运算放大器还是其它的高速电路。

旁路高速运算放大器有两种常用的配置方法。

电源端接地:这种方法在大多数情况下都是最有效的,采用多个并联电容器将运算放大器的电源引脚直接接地。

一般说来两个并联电容就足够了——但是增加并联电容器可能给某些电路带来益处。

并联不同的电容值的电容器有助于确保电源引脚在很宽的频带上只能看到很低的交流(AC)阻抗。

这对于在运算放大器电源抑制比(PSR)衰减频率处尤其重要。

该电容器有助于补偿放大器降低的PSR。

在许多十倍频程范围内保持低阻抗的接地通路将有助于确保有害的噪声不能进入运算放大器。

图1示出了采用多个并联电容器的优点。

在低频段,大的电容器提供低阻抗的接地通路。

但是一旦频率达到了它们自身的谐振频率,电容器的容性就会减弱,并且逐渐呈现出感性。

这就是为什么采用多个电容器是很重要的原因:当一个电容器的频率响应开始下降时,另一个电容器的频率响应开始其作用,所以能在许多十倍频程范围内保持很低的AC阻抗。

图1. 电容器的阻抗与频率的关系。

直接从运算放大器的电源引脚入手;具有最小电容值和最小物理尺寸的电容器应当与运算放大器置于PCB的同一面——而且尽可能靠近放大器。

电容器的接地端应该用最短的引脚或印制线直接连至接地平面。

上述的接地连接应该尽可能靠近放大器的负载端以便减小电源端和接地端之间的干扰。

图2示出了这种连接方法。

图2. 旁路电源端和地的并联电容器。

对于次大电容值的电容器应该重复这个过程。

最好从0.01 µF最小电容值开始放置,并且靠近放置一个2.2 µF(或大一点儿)的具有低等效串联电阻(ESR)的电解电容器。

采用0508外壳尺寸的0.01 µF电容器具有很低的串联电感和优良的高频性能。

电源端到电源端:另外一种配置方法采用一个或多个旁路电容跨接在运算放大器的正电源端和负电源端之间。

当在电路中配置四个电容器很困难的情况下通常采用这种方法。

它的缺点是电容器的外壳尺寸可能增大,因为电容器两端的电压是单电源旁路方法中电压值的两倍。

增大电压就需要提高器件的额定击穿电压,也就是要增大外壳尺寸。

但是,这种方法可以改进PSR和失真性能。

因为每种电路和布线都是不同的,所以电容器的配置、数量和电容值都要根据实际电路的要求而定。

寄生效应所谓寄生效应就是那些溜进你的PCB并在电路中大施破坏、头痛令人、原因不明的小故障(按照字面意思)。

它们就是渗入高速电路中隐藏的寄生电容和寄生电感。

其中包括由封装引脚和印制线过长形成的寄生电感;焊盘到地、焊盘到电源平面和焊盘到印制线之间形成的寄生电容;通孔之间的相互影响,以及许多其它可能的寄生效应。

图3(a)示出了一个典型的同相运算放大器原理图。

但是,如果考虑寄生效应的话,同样的电路可能会变成图3(b)那样。

图3. 典型的运算放大器电路,(a)原设计图,(b)考虑寄生效应后的图。

在高速电路中,很小的值就会影响电路的性能。

有时候几十个皮法(pF)的电容就足够了。

相关实例:如果在反相输入端仅有1 pF的附加寄生电容,它在频率域可以引起差不多2 dB的尖脉冲(见图4)。

如果寄生电容足够大的话,它会引起电路的不稳定和振荡。

图4. 由寄生电容引起的附加尖脉冲。

当寻找有问题的寄生源时,可能用得着几个计算上述那些寄生电容尺寸的基本公式。

公式(1)是计算平行极板电容器(见图5)的公式。

(1)C表示电容值,A表示以cm2为单位的极板面积,k表示PCB材料的相对介电常数,d 表示以cm为单位的极板间距离。

图5. 两极板间的电容。

带状电感是另外一种需要考虑的寄生效应,它是由于印制线过长或缺乏接地平面引起的。

式(2)示出了计算印制线电感(Inductance)的公式。

参见图6。

(2)W表示印制线宽度,L表示印制线长度,H表示印制线的厚度。

全部尺寸都以mm为单位。

图6. 印制线电感。

图7中的振荡示出了高速运算放大器同相输入端长度为2.54 cm的印制线的影响。

其等效寄生电感为29 nH(10-9H),足以造成持续的低压振荡,会持续到整个瞬态响应周期。

图7还示出了如何利用接地平面来减小寄生电感的影响。

图7. 有接地平面和没有接地平面的脉冲响应。

通孔是另外一种寄生源;它们能引起寄生电感和寄生电容。

公式(3)是计算寄生电感的公式(参见图8)。

(3)T表示PCB的厚度,d表示以cm为单位的通孔直径。

图8. 通孔尺寸。

公式(4)示出了如何计算通孔(参见图8)引起的寄生电容值。

(4)εr表示PCB材料的相对磁导率。

T表示PCB的厚度。

D1表示环绕通孔的焊盘直径。

D2表示接地平面中隔离孔的直径。

所有尺寸均以cm为单位。

在一块0.157 cm厚的PCB 上一个通孔就可以增加1.2 nH的寄生电感和0.5 pF的寄生电容;这就是为什么在给PCB布线时一定要时刻保持戒备的原因,要将寄生效应的影响降至最小。

接地平面实际上需要讨论的内容远不止本文提到的这些,但是我们会重点突出一些关键特性并鼓励读者进一步探讨这个题。

接地平面起到公共基准电压的作用,提供屏蔽,能够散热和减小寄生电感(但它也会增加寄生电容)的功能。

虽然使用接地平面有许多好处,但是在实现时也必须小心,因为它对能够做的和不能够做的都有一些限制。

理想情况下,PCB有一层应该专门用作接地平面。

这样当整个平面不被破坏时才会产生最好的结果。

千万不要挪用此专用层中接地平面的区域用于连接其它信号。

由于接地平面可以消除导体和接地平面之间的磁场,所以可以减小印制线电感。

如果破坏接地平面的某个区域,会给接地平面上面或下面的印制线引入意想不到的寄生电感。

因为接地平面通常具有很大的表面积和横截面积,所以使接地平面的电阻保持最小值。

在低频段,电流会选择电阻最小的路径,但是在高频段,电流会选择阻抗最小的路径。

然而也有例外,有时候小的接地平面会更好。

如果将接地平面从输入或者输出焊盘下挪开,高速运算放大器会更好地工作。

因为在输入端的接地平面引入的寄生电容,增加了运算放大器的输入电容,减小了相位裕量,从而造成不稳定性。

正如在寄生效应一节的讨论中所看到的,运算放大器输入端1 pF的电容能引起很明显的尖脉冲。

输出端的容性负载——包括寄生的容性负载——造成了反馈环路中的极点。

这会降低相位裕量并造成电路变得不稳定。

如果有可能的话,模拟电路和数字电路——包括各自的地和接地平面——应该分开。

快速的上升沿会造成电流毛刺流入接地平面。

这些快速的电流毛刺引起的噪声会破坏模拟性能。

模拟地和数字地(以及电源)应该被连接到一个共用的接地点以便降低循环流动的数字和模拟接地电流和噪声。

在高频段,必须考虑一种称为“趋肤效应”的现象。

趋肤效应会引起电流流向导线的外表面——结果会使得导线的横截面变窄,因此使直流(DC)电阻增大。

虽然趋肤效应超出了本文讨论的范围,这里还是给出铜线中趋肤深度(Skin Depth)的一个很好的近似公式(以cm为单位):(5)低灵敏度的电镀金属有助于减小趋肤效应。

布线和屏蔽PCB上存在各种各样的模拟和数字信号,包括从高到低的电压或电流,从DC到GHz频率范围。

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