目前電子器材用于各類電子設(shè)備和系統(tǒng)仍然以印制電路板為主要裝配方式。實踐證明,即使電路原理圖設(shè)計正確,印制電路板設(shè)計不當(dāng),也會對電子設(shè)備的可靠性產(chǎn)生不利影響。例如,如果印制板兩條細(xì)平行線靠得很近,則會形成信號波形的延遲,在傳輸線的終端形成反射噪聲。因此,深圳捷多邦科技有限公司的工程師提出了在設(shè)計印制電路板的時候,應(yīng)注意采用正確的方法。
A、地線設(shè)計在電子設(shè)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(jié)合起來使用,可解決大部分干擾問題。電子設(shè)備中地線結(jié)構(gòu)大致有系統(tǒng)地、機殼地(屏蔽地)、數(shù)字地(邏輯地)和模擬地等。在地線設(shè)計中應(yīng)注意以下幾點:
1.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(huán)流對干擾影響較大,因而應(yīng)采用一點接地。當(dāng)信號工作頻率大于10MHz時,地線阻抗變得很大,此時應(yīng)盡量降低地線阻抗,應(yīng)采用就近多點接地。當(dāng)工作頻率在1~10MHz時,如果采用一點接地,其地線長度不應(yīng)超過波長的1/20,否則應(yīng)采用多點接地法。
2.將數(shù)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(yīng)使它們盡量分開,而兩者的地線不要相混,分別與電源端地線相連。要盡量加大線性電路的接地面積。
3.盡量加粗接地線 若接地線很細(xì),接地電位則隨電流的變化而變化,致使電子設(shè)備的定時信號電平不穩(wěn),抗噪聲性能變壞。因此應(yīng)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(yīng)大于3mm。
4.將接地線構(gòu)成閉環(huán)路 設(shè)計只由數(shù)字電路組成的印制電路板的地線系統(tǒng)時,將接地線做成閉環(huán)路可以明顯的提高抗噪聲能力。其原因在于:印制電路板上有很多集成電路組件,尤其遇有耗電多的組件時,因受接地線粗細(xì)的限制,會在地結(jié)上產(chǎn)生較大的電位差,引起抗噪聲能力下降,若將接地結(jié)構(gòu)成環(huán)路,則會縮小電位差值,提高電子設(shè)備的抗噪聲能力。
B、電磁兼容性設(shè)計
電磁兼容性是指電子設(shè)備在各種電磁環(huán)境中仍能夠協(xié)調(diào)、有效地進行工作的能力。電磁兼容性設(shè)計的目的是使電子設(shè)備既能抑制各種外來的干擾,使電子設(shè)備在特定的電磁環(huán)境中能夠正常工作,同時又能減少電子設(shè)備本身對其它電子設(shè)備的電磁干擾。
1.選擇合理的導(dǎo)線寬度 由于瞬變電流在印制線條上所產(chǎn)生的沖擊干擾主要是由印制導(dǎo)線的電感成分造成的,因此應(yīng)盡量減小印制導(dǎo)線的電感量。印制導(dǎo)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(dǎo)線對抑制干擾是有利的。時鐘引線、行驅(qū)動器或總線驅(qū)動器的信號線常常載有大的瞬變電流,印制導(dǎo)線要盡可能地短。對于分立組件電路,印制導(dǎo)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(dǎo)線寬度可在0.2~1.0mm之間選擇。
2.采用正確的布線策略 采用平等走線可以減少導(dǎo)線電感,但導(dǎo)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(wǎng)狀布線結(jié)構(gòu),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(dǎo)線之間的串?dāng)_,在設(shè)計布線時應(yīng)盡量避免長距離的平等走線。
C、去耦電容配置
在直流電源回路中,負(fù)載的變化會引起電源噪聲。例如在數(shù)字電路中,當(dāng)電路從一個狀態(tài)轉(zhuǎn)換為另一種狀態(tài)時,就會在電源線上產(chǎn)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(fù)載變化而產(chǎn)生的噪聲,是印制電路板的可靠性設(shè)計的一種常規(guī)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(nèi)阻抗小于1Ω,而且漏電流很小(0.5uA以下)。
●對于噪聲能力弱、關(guān)斷時電流變化大的器件和ROM、RAM等存儲型器件,應(yīng)在芯片的電源線(Vcc)和地線(GND)間直接接入去耦電容。
●去耦電容的引線不能過長,特別是高頻旁路電容不能帶引線。
D、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(yīng)把相互有關(guān)的器件盡量放得靠近些,這樣可以獲得較好的抗噪聲效果。時鐘發(fā)生器、晶振和CPU的時鐘輸入端都易產(chǎn)生噪聲,要相互靠近些。易產(chǎn)生噪聲的器件、小電流電路、大電流電路等應(yīng)盡量遠離邏輯電路,如有可能,應(yīng)另做電路板,這一點十分重要。
E、散熱設(shè)計
從有利于散熱的角度出發(fā),印制版最好是直立安裝,板與板之間的距離一般不應(yīng)小于2cm,而且器件在印制版上的排列方式應(yīng)遵循一定的規(guī)則: ·對于采用自由對流空氣冷卻的設(shè)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(shè)備,最好是將集成電路(或其它器件)按橫長方式排。 ·同一塊印制板上的器件應(yīng)盡可能按其發(fā)熱量大小及散熱程度分區(qū)排列,發(fā)熱量小或耐熱性差的器件(如小信號晶體管、小規(guī)模集成電路、電解電容等)放在冷卻氣流的最上流(入口處),發(fā)熱量大或耐熱性好的器件(如功率晶體管、大規(guī)模集成電路等)放在冷卻氣流最下游。 ·在水平方向上,大功率器件盡量靠近印制板邊沿布置,以便縮短傳熱路徑;在垂直方向上,大功率器件盡量靠近印制板上方布置,以便減少這些器件工作時對其它器件溫度的影響。
對溫度比較敏感的器件最好安置在溫度最低的區(qū)域(如設(shè)備的底部),千萬不要將它放在發(fā)熱器件的正上方,多個器件最好是在水平面上交錯布局。 ·設(shè)備內(nèi)印制板的散熱主要依靠空氣流動,所以在設(shè)計時要研究空氣流動路徑,合理配置器件或印制電路板。空氣流動時總是趨向于阻力小的地方流動,所以在印制電路板上配置器件時,要避免在某個區(qū)域留有較大的空域。
關(guān)于印制電路板
印制電路板,又稱印刷電路板、印刷線路板,簡稱印制板,英文簡稱PCB(printed circuit board )或PWB(printed wiring board),以絕緣板為基材,切成一定尺寸,其上至少附有一個導(dǎo)電圖形,并布有孔(如元件孔、緊固孔、金屬化孔等),用來代替以往裝置電子元器件的底盤,并實現(xiàn)電子元器件之間的相互連接。由于這種板是采用電子印刷術(shù)制作的,故被稱為“印刷”電路板。習(xí)慣稱“印制線路板”為“印制電路”是不確切的,因為在印制板上并沒有“印制元件”而僅有布線。
它是重要的電子部件,是電子元器件的支撐體。
電路板拼板規(guī)范
1 電路板 拼板寬度≤260mm(SIEMENS線)或≤300mm(FUJI線);如果需要自動點膠,PCB拼板寬度×長度≤125 mm×180 mm
2 拼板外形盡量接近正方形,推薦采用2×2、3×3、……拼板;但不要拼成陰陽板
3 電路板 拼板的外框(夾持邊)應(yīng)采用閉環(huán)設(shè)計,確保PCB拼板固定在夾具上以后不會變形
4 小板之間的中心距控制在75 mm~145 mm之間
5 拼板外框與內(nèi)部小板、小板與小板之間的連接點附近不能有大的器件或伸出的器件,且元器件與PCB板的邊緣應(yīng)留有大于0.5mm的空間,以保證切割刀具正常運行
6 在拼板外框的四角開出四個定位孔,孔徑4mm±0.01mm;孔的強度要適中,保證在上下板過程中不會斷裂;孔徑及位置精度要高,孔壁光滑無毛刺
7 電路板 拼板內(nèi)的每塊小板至少要有三個定位孔,3≤孔徑≤6 mm,邊緣定位孔1mm內(nèi)不允許布線或者貼片
8 用于 電路板 的整板定位和用于細(xì)間距器件定位的基準(zhǔn)符號,原則上間距小于0.65mm的QFP應(yīng)在其對角位置設(shè)置;用于拼版 電路板的定位基準(zhǔn)符號應(yīng)成對使用,布置于定位要素的對角處。
9 設(shè)置基準(zhǔn)定位點時,通常在定位點的周圍留出比其大1.5 mm的無阻焊區(qū)
由于印刷電路板并非一般終端產(chǎn)品,因此在名稱的定義上略為混亂,例如:個人電腦用的母板,稱為主板,而不能直接稱為電路板,雖然主機板中有電路板的存在,但是并不相同,因此評估產(chǎn)業(yè)時兩者有關(guān)卻不能說相同。再譬如:因為有集成電路零件裝載在電路板上,因而新聞媒體稱他為IC板,但實質(zhì)上他也不等同于印刷電路板。
拼版
PCB設(shè)計完成因為PCB板形太小,不能滿足生產(chǎn)工藝要求,或者一個產(chǎn)品由幾塊PCB組成,這樣就需要把若干小板拼成一個面積符合生產(chǎn)要求的大板,或者將一個產(chǎn)品所用的多個PCB拼在一起而便于生產(chǎn)電裝。前者類似于郵票板,它既能夠滿足PCB生產(chǎn)工藝條件也便于元器件電裝,在使用時再分開,十分方便;后者是將一個產(chǎn)品的若干套PCB板拼裝在一起,這樣便于生產(chǎn),也便于對一個產(chǎn)品齊套,清楚明了。從而能夠進行大規(guī)模的生產(chǎn),節(jié)約成本,產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益!
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