PCB設(shè)計(jì)基本問題的方法和技巧

在設(shè)計(jì)PCB時(shí)，我們通常會(huì)依賴以前在網(wǎng)上找到的經(jīng)驗(yàn)和技巧。某些規(guī)則在設(shè)計(jì)時(shí)是通用的，也有部分規(guī)則只能用于特定設(shè)計(jì)。

例如，模數(shù)轉(zhuǎn)換器PCB規(guī)則不適用于RF，反之亦然。但是，某些準(zhǔn)則對(duì)于任何PCB設(shè)計(jì)都可以視為通用的。今天，給大家介紹一些可以顯著改善PCB設(shè)計(jì)基本問題的方法和技巧。

一、電源和信號(hào)分配

電源分配是任何電氣設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵要素。所有的組件都依靠電源來發(fā)揮其功能。根據(jù)您的設(shè)計(jì)，某些元件可能具有較好的電源連接，而在同一塊板上的某些元件可能具有較差的電源連接。

例如，如果所有組件都由一條走線供電，則每個(gè)組件將觀察到不同的阻抗，從而導(dǎo)致多個(gè)接地參考。例如，如果您有兩個(gè)ADC電路，一個(gè)在開始，另一個(gè)在末尾，并且兩個(gè)ADC都讀取一個(gè)外部電壓，則每個(gè)模擬電路將讀取相對(duì)于它們自己的不同電勢(shì)。

我們可以用三種可能的方式總結(jié)功率分布：?jiǎn)吸c(diǎn)源、星形源、多點(diǎn)源。

1、單點(diǎn)電源

每個(gè)組件的電源和地線均彼此分開，所有組件的電源走線僅在單個(gè)參考點(diǎn)匯合，單點(diǎn)被認(rèn)為是適合功率的。但對(duì)于復(fù)雜或大型/中型項(xiàng)目，這是不可行的。

2、星源

星源可以看作是單點(diǎn)源的改進(jìn)。由于其關(guān)鍵特性，它有所不同：組件之間的走線長(zhǎng)度相同。

星型連接通常用于帶有各種時(shí)鐘的復(fù)雜高速信號(hào)板。在高速信號(hào)PCB中，信號(hào)通常來自邊緣，然后到達(dá)中心。所有信號(hào)都可以從中心傳到電路板的任何區(qū)域，并且區(qū)域之間的延遲。

3、多點(diǎn)源

在任何情況下都被認(rèn)為是比較差的設(shè)計(jì)類型，但它容易在任何電路中使用。多點(diǎn)源可能會(huì)在元件之間，以及公共阻抗耦合中產(chǎn)生參考差異。

這種設(shè)計(jì)風(fēng)格還允許高頻開關(guān)IC，時(shí)鐘和RF電路在共享連接的附近電路中引入噪聲。

當(dāng)然，在我們的日常生活中，我們將無法總是擁有單一類型的分布。我們可以取得的折衷是將單點(diǎn)源與多點(diǎn)源混合在一起?？梢詫⒛M敏感設(shè)備和高速/ RF系統(tǒng)放在一個(gè)點(diǎn)中，同時(shí)將所有其他不那么敏感的外圍設(shè)備都放在一個(gè)點(diǎn)中。

二、電源平面

您是否想過是否應(yīng)該使用電源平面？答案是肯定的。電源平面是傳遞電源并降低任何電路噪聲的方法之一。

電源平面縮短了接地路徑，降低了電感，提高了電磁兼容性（EMC）性能。還應(yīng)歸功于，兩側(cè)的電源平面還會(huì)產(chǎn)生一個(gè)平行板去耦電容器，從而防止了噪聲傳播。

電源平面還有一個(gè)明顯的優(yōu)勢(shì)：由于面積較大，它允許更大的電流通過，從而增加了PCB的工作溫度范圍。

但需要注意的是，電源層可改善工作溫度，但也必須考慮走線。跟蹤規(guī)則由IPC-2221和IPC-9592給出，對(duì)于帶有RF源的PCB（或任何高速信號(hào)應(yīng)用），必須具有完整的接地層以提高電路板的性能。信號(hào)必須位于不同的平面上，并且使用兩層板幾乎不可能同時(shí)達(dá)到兩個(gè)要求。

如果要設(shè)計(jì)天線或任何低復(fù)雜度的RF板，則可以使用兩層來實(shí)現(xiàn)。下圖顯示了PCB如何更好地使用這些平面的圖示：

在混合信號(hào)設(shè)計(jì)中，通常建議將模擬地與數(shù)字地分開。靈敏的模擬電路很容易受到高速開關(guān)和信號(hào)的影響，如果模擬和數(shù)字接地不同，則接地平面將分開。

但有如下缺點(diǎn)，我們應(yīng)該注意主要是由接地平面的不連續(xù)性造成的分割地面的串?dāng)_和環(huán)路區(qū)域。

下圖顯示了兩個(gè)分開的接地平面的示例。在左側(cè)，返回電流無法沿著信號(hào)走線直接通過，因此會(huì)出現(xiàn)環(huán)路區(qū)域，而不會(huì)在右側(cè)環(huán)路區(qū)域進(jìn)行設(shè)計(jì)。

三、電磁兼容性和電磁干擾（EMI）

對(duì)于高頻設(shè)計(jì)（例如RF系統(tǒng)），EMI可能是一個(gè)很大的缺點(diǎn)。前面討論的接地層有助于減輕EMI，但根據(jù)您的PCB，接地層可能會(huì)帶來其他問題。在具有四層或更多層的疊層板中，飛機(jī)的距離至關(guān)重要。

當(dāng)平面間電容小時(shí)，電場(chǎng)將在板上擴(kuò)展。同時(shí)，兩個(gè)平面之間的阻抗減小，允許返回電流流到信號(hào)平面。這將對(duì)穿過平面的任何高頻信號(hào)產(chǎn)生EMI。

避免產(chǎn)生EMI的簡(jiǎn)單解決方案是：防止高速信號(hào)穿越多層。添加去耦電容器；并在信號(hào)走線周圍放置接地過孔。

下圖顯示了具有高頻信號(hào)的良好PCB設(shè)計(jì)：

四、濾除噪音

旁路電容器和鐵氧體磁珠是用于過濾任何組件產(chǎn)生的噪聲的器件?；旧?，如果在任何高速應(yīng)用中使用，則任何I / O引腳都可能成為噪聲源。

為了更好地利用這些內(nèi)容，我們還需要注意以下幾點(diǎn)：

● 始終將鐵氧體磁珠和旁路電容器放置在盡可能靠近噪聲源的位置；

● 當(dāng)我們使用自動(dòng)放置和自動(dòng)布線時(shí)，應(yīng)該考慮距離來進(jìn)行檢查；

● 避免過孔和過濾器與組件之間的任何其他走線；

● 如果有接地層，請(qǐng)使用多個(gè)通孔將其正確接地。