设计PCB时的最佳做法和注意事项

2021-04-14

设计PCB时的最佳做法和注意事项

在设计PCB时，我们通常会依赖以前在网上通常会找到的经验和技巧。每个PCB设计都可(kě)以针对特定应用(yòng)进行优化，通常，其设计规则仅适用(yòng)于目标应用(yòng)。例如，模数转换器PCB规则不适用(yòng)于RF PCB，反之亦然。但是，某些准则对于任何PCB设计都可(kě)以视為(wèi)通用(yòng)的。在这里，在本教程中，我们将介绍一些可(kě)以显着改善PCB设计的基本问题和技巧。

電(diàn)源和信号分(fēn)配

配電(diàn)是任何電(diàn)气设计中的关键要素。您所有(yǒu)的组件都依靠力量来发挥其功能(néng)。根据您的设计，某些元件可(kě)能(néng)具有(yǒu)最佳的電(diàn)源连接，而在同一块板上的某些元件可(kě)能(néng)具有(yǒu)最差的電(diàn)源连接。例如，如果所有(yǒu)组件都由一条走線(xiàn)供電(diàn)，则每个组件将观察到不同的阻抗，从而导致多(duō)个接地参考。例如，如果您有(yǒu)两个ADC電(diàn)路，一个在开始，另一个在末尾，并且两个ADC都读取一个外部電(diàn)压，则每个模拟電(diàn)路将读取相对于它们自己的不同電(diàn)势。 

我们可(kě)以用(yòng)3种可(kě)能(néng)的方式总结功率分(fēn)布：单点源，星形源和多(duō)点源。 

（a）单点電(diàn)源：每个组件的電(diàn)源和地線(xiàn)均彼此分(fēn)开。所有(yǒu)组件的電(diàn)源走線(xiàn)仅在单个参考点汇合。单点被认為(wèi)是最适合功率的。但是，对于复杂或大型/中型项目，这是不可(kě)行的。 

（b）星源：星源可(kě)以看作是单点源的改进。由于其关键特性，它有(yǒu)所不同：组件之间的走線(xiàn)長(cháng)度相同。星型连接通常用(yòng)于带有(yǒu)各种时钟的复杂高速信号板。在高速信号PCB中，信号通常来自边缘，然后到达中心。所有(yǒu)信号都可(kě)以从中心传到電(diàn)路板的任何區(qū)域，并且區(qū)域之间的延迟最小(xiǎo)。 

（c）多(duō)点源：在任何情况下都被认為(wèi)是最差的。但是，它最容易在任何電(diàn)路中使用(yòng)。多(duō)点源可(kě)能(néng)会在组件之间以及公共阻抗耦合中产生参考差异。这种设计风格还允许高开关IC，时钟和RF電(diàn)路在共享连接的附近電(diàn)路中引入噪声。 

当然，在我们的日常生活中，我们将无法总是拥有(yǒu)单一类型的分(fēn)布。我们可(kě)以取得的最佳折衷是将单点源与多(duō)点源混合在一起。基本上，应该将模拟敏感设备和高速/ RF系统放在一个点中，同时将所有(yǒu)其他(tā)不那么敏感的外围设备都放置在多(duō)点中。  

 

动力飞机

            您是否想过是否应该使用(yòng)電(diàn)源飞机？好吧，答(dá)案应该是响当当的呀。電(diàn)源板是传递功率并降低任何電(diàn)路的噪声的最佳方法之一。電(diàn)源平面缩短了接地路径，降低了電(diàn)感，提高了電(diàn)磁兼容性（EMC）性能(néng)。还应归功于，两侧的電(diàn)源平面还会产生一个平行板去耦電(diàn)容器，从而防止了噪声传播。 

            電(diàn)源板还有(yǒu)一个明显的优势：由于面积较大，它允许更大的電(diàn)流通过，从而增加了PCB的工作温度范围。但请注意：電(diàn)源层可(kě)改善工作温度，但也必须考虑走線(xiàn)。跟踪规则由IPC-2221和IPC-9592给出

            对于带有(yǒu)RF源的PCB（或任何高速信号应用(yòng)），您必须具有(yǒu)完整的接地层以提高電(diàn)路板的性能(néng)。信号必须位于不同的平面上，并且使用(yòng)两层板几乎不可(kě)能(néng)同时达到两个要求。如果要设计天線(xiàn)或任何低复杂度的RF板，则可(kě)以使用(yòng)两层来实现。下图显示了您的PCB如何更好地使用(yòng)这些平面的图示。

            在混合信号设计中，制造商(shāng)通常建议将模拟地与数字地分(fēn)开。灵敏的模拟電(diàn)路很(hěn)容易受到高速开关和信号的影响。如果模拟和数字接地不同，则接地平面将分(fēn)开。但是，分(fēn)歧是有(yǒu)其自身需要克服的挑战的。我们应该注意主要是由接地平面的不连续性造成的分(fēn)割地面的串扰和环路區(qū)域。下图显示了两个分(fēn)开的接地平面的示例。在左侧，返回電(diàn)流无法沿着信号走線(xiàn)直接通过，因此会出现环路區(qū)域，而不会在右侧环路區(qū)域进行设计。 

電(diàn)磁兼容性和電(diàn)磁干扰（EMI）

            对于高频设计（例如RF系统），EMI可(kě)能(néng)是一个很(hěn)大的缺点。前面讨论的接地层有(yǒu)助于减轻EMI，但是根据您的PCB，接地层可(kě)能(néng)会带来其他(tā)问题。在具有(yǒu)四层或更多(duō)层的叠层板中，飞机的距离至关重要。当平面间電(diàn)容小(xiǎo)时，電(diàn)场将在板上扩展。同时，两个平面之间的阻抗减小(xiǎo)，允许返回電(diàn)流流到信号平面。这将对穿过平面的任何高频信号产生EMI。 

避免产生EMI的简单解决方案是：防止高速信号穿越多(duō)层。添加去耦電(diàn)容器；并在信号走線(xiàn)周围放置接地过孔。下图显示了具有(yǒu)高频信号的良好PCB设计。

过滤噪音

旁路電(diàn)容器和铁氧體(tǐ)磁珠是用(yòng)于过滤任何组件产生的噪声的電(diàn)容器。基本上，如果在任何高速应用(yòng)中使用(yòng)，则任何I / O引脚都可(kě)能(néng)成為(wèi)噪声源。為(wèi)了更好地利用(yòng)这些内容，我们将不得不注意以下几点：

始终将铁氧體(tǐ)磁珠和旁路電(diàn)容器放置在尽可(kě)能(néng)靠近噪声源的位置。当我们使用(yòng)自动放置和自动布線(xiàn)时，它们通常不知道電(diàn)路中每个组件的功能(néng)，因此您应该考虑距离来进行检查。

 避免过孔和过滤器与组件之间的任何其他(tā)走線(xiàn)。

如果您有(yǒu)接地层，请使用(yòng)多(duō)个通孔将其正确接地。