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電路設計中PCB布線時的可靠性原則

來源: 時間:2019-06-21 10:12:58 瀏覽次數:

一、接地 地線設計在電子設備中,接地是控制干擾的重要方法。如能將接地和屏蔽正確結合起來使用,可解決大部分干擾問題。電子設備中地線結構大致有系統地、機殼地(屏蔽地)、數字地(邏輯地)和模擬地等。 在地線設計中應注意以下幾點:

一、接地

地線設計在電子設備中,接地是控制干擾的重要方法。如能將接地和屏蔽正確結合起來使用,可解決大部分干擾問題。電子設備中地線結構大致有系統地、機殼地(屏蔽地)、數字地(邏輯地)和模擬地等。

在地線設計中應注意以下幾點:

正確選擇單點接地與多點接地在低頻電路中,信號的工作頻率小于1MHz,它的布線和器件間的電感影響較小,而接地電路形成的環流對干擾影響較大,因而應采用一點接地。當信號工作頻率大于10MHz時,地線阻抗變得很大,此時應盡量降低地線阻抗,應采用就近多點接地。當工作頻率在1~10MHz時,如果采用一點接地,其地線長度不應超過波長的1/20,否則應采用多點接地法。

將數字電路與模擬電路分開電路板上既有高速邏輯電路,又有線性電路,應使它們盡量分開,而兩者的地線不要相混,分別與電源適配器端地線相連。要盡量加大線性電路的接地面積。

盡量加粗接地線若接地線很細,接地電位則隨電流的變化而變化,致使電子設備的定時信號電平不穩,抗噪聲性能變壞。因此應將接地線盡量加粗,使它能通過三位于印制電路板的允許電流。如有可能,接地線的寬度應大于3mm.

二、電磁兼容設計

電磁兼容性是指電子設備在各種電磁環境中仍能夠協調、有效地進行工作的能力。電磁兼容性設計的目的是使電子設備既能抑制各種外來的干擾,使電子設備在特定的電磁環境中能夠正常工作,同時又能減少電子設備本身對其它電子設備的電磁干擾。

選擇合理的導線寬度由于瞬變電流在印制線條上所產生的沖擊干擾主要是由印制導線的電感成分造成的,因此應盡量減小印制導線的電感量。印制導線的電感量與其長度成正比,與其寬度成反比,因而短而精的導線對抑制干擾是有利的。時鐘引線、行驅動器或總線驅動器的信號線常常載有大的瞬變電流,印制導線要盡可能地短。對于分立元件電路,印制導線寬度在1.5mm左右時,即可完全滿足要求;對于集成電路,印制導線寬度可在0.2~1.0mm之間選擇。


采用正確的布線策略采用平等走線可以減少導線電感,但導線之間的互感和分布電容增加,如果布局允許,最好采用井字形網狀布線結構,具體做法是印制板的一面橫向布線,另一面縱向布線,然后在交叉孔處用金屬化孔相連。

為了抑制印制板導線之間的串擾,在設計布線時應盡量避免長距離的平等走線,盡可能拉開線與線之間的距離,信號線與地線及電源線盡可能不交叉。在一些對干擾十分敏感的信號線之間設置一根接地的印制線,可以有效地抑制串擾。為避免高頻信號通過印制導線時產生電磁輻射,請注意:

盡量減少印制導線的不連續性,例如導線寬度不要突變,導線的拐角應大于90度禁止環狀走線等。

時鐘信號引線最容易產生電磁輻射干擾,走線時應與地線回路相靠近,驅動器應緊挨著連接器。

總線驅動器應緊挨其欲驅動的總線。對于那些離開印制電路板的引線,驅動器應緊緊挨著連接器。

三、去耦電容配置

在直流電源適配器回路中,負載的變化會引起電源適配器噪聲。例如在數字電路中,當電路從一個狀態轉換為另一種狀態時,就會在電源線上產生一個很大的尖峰電流,形成瞬變的噪聲電壓。配置去耦電容可以抑制因負載變化而產生的噪聲,是印制電路板的可靠性設計的一種常規做法。

配置原則如下:

電源輸入端跨接一個10~100uF的電解電容器,如果印制電路板的位置允許,采用100uF以上的電解電容器的抗干擾效果會更好。

為每個集成電路芯片配置一個0.01uF的陶瓷電容器。如遇到印制電路板空間小而裝不下時,可每4~10個芯片配置一個1~10uF鉭電解電容器,這種器件的高頻阻抗特別小,在500kHz~20MHz范圍內阻抗小于1Ω,而且漏電流很小(0.5uA以下)。

對于噪聲能力弱、關斷時電流變化大的器件和ROM、RAM等存儲型器件,應在芯片的電源線(Vcc)和地線(GND)間直接接入去耦電容。

四、印制電路板的尺寸與器件的布置

印制電路板大小要適中,過大時印制線條長,阻抗增加,不僅抗噪聲能力下降,成本也高;過小,則散熱不好,同時易受臨近線條干擾。

在器件布置方面與其它邏輯電路一樣,應把相互有關的器件盡量放得靠近些,這樣可以獲得較好的抗噪聲效果。時種發生器、晶振和CPU的時鐘輸入端都易產生噪聲,要相互靠近些。易產生噪聲的器件、小電流電路、大電流電路等應盡量遠離邏輯電路,如有可能,應另做電路板,這一點十分重要。

五、熱設計從有利于散熱的角度出發

印制版最好是直立安裝,板與板之間的距離一般不應小于2cm,而且器件在印制版上的排列方式應遵循一定的規則:

對于采用自由對流空氣冷卻的設備,最好是將集成電路(或其它器件)按縱長方式排列;

對于采用強制空氣冷卻的設備,最好是將集成電路(或其它器件)按橫長方式排列;

同一塊印制板上的器件應盡可能按其發熱量大小及散熱程度分區排列,發熱量小或耐熱性差的器件(如小信號晶體管、小規模集成電路、電解電容等)放在冷卻氣流的最上流(入口處),發熱量大或耐熱性好的器件(如功率晶體管、大規模集成電路等)放在冷卻氣流最下游;

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