pcb設(shè)計實例講解

這是一個電子線路設(shè)計里的一個PCB設(shè)計實例——人體紅外報警電路的詳細過程，包括原理圖設(shè)計、電路分析、Multisim 仿真、PCB布線等等的內(nèi)容。并且附件里還附帶 Sch 格式的原理圖文件、PCB文件、Multisim 仿真文件以及報告文檔。

1、紅外報警電路總體方案

本設(shè)計是以熱釋紅外傳感器為核心設(shè)計的，由信號檢測電路、信號放大電路、電壓比較電路以及報警電路組成。其電路設(shè)計框圖如圖所示。

本設(shè)計的紅外報警電路工作流程如圖所示。紅外報警器上電時立即進入到檢測模式，不停循環(huán)檢測有沒有人，如果有人的話就發(fā)出報警，然后持續(xù)報警一分鐘，一分鐘之后重新檢測是否有人，如此重復(fù)。

2、電路設(shè)計

（1）信號檢測電路

信號檢測電路以紅外傳感器為核心，將人體紅外信號轉(zhuǎn)換為電信號，傳送給信號調(diào)理電路進行處理。圖是信號檢測電路。紅外傳感器選用的是應(yīng)用較為廣泛和成熟的人體熱釋紅外傳感器 RE200B。該傳感器有三個引腳 1 引腳是接電源；2 引腳是信號輸出，電路中將其下拉到地，當(dāng)檢測到人體熱釋紅外信號時輸出高電平；3 引腳是接地端。

（2）信號放大電路

由于熱釋紅外傳感器的輸出信號十分微弱，不能直接驅(qū)動報警電路進行工作。因此需要利用信號放大電路來對輸出信號進行放大。本模塊電路設(shè)計成了兩級的放大電路，第一級放大電路是基于 9014 三極管設(shè)計的，而第二級放大電路則是選用了 TI 公司的 LM358 放大器，LM358 可以使用 3-32V 單電源供電，可以簡化電源電路。LM358 內(nèi)部集成了兩個運算放大器，在本模塊電路中只應(yīng)用其中一個。經(jīng)過兩級放大電路處理后，信號已經(jīng)達到了驅(qū)動電路的要求。

（3）電壓比較電路

信號經(jīng)過信號放大電路處理之后輸入到電壓比較電路。電壓比較電路如圖所示。其由集成運放 LM358 設(shè)計實現(xiàn)，此時運放工作于開環(huán)狀態(tài)下，同樣選擇單電源供電，正相輸入端作為比較器的電壓基準(zhǔn)端，通過調(diào)節(jié)變阻器 R17 可以改變其基準(zhǔn)電壓；反相輸入端接的是信號放大電路的輸出信號。這樣就形成了一個可以調(diào)節(jié)紅外報警電路的靈敏度的電壓比較電路。

（4）延時電路

延時電路主要由充電電容和一個比較器組成。如圖所示。其中比較器選用的是 TI 公司的 LM393，這是一個集成了兩個差動比較器，并且可以由 2-36V 的單電源供電進行工作。當(dāng)熱釋紅外傳感器檢測到人時，其輸出信號經(jīng)過處理后傳輸?shù)窖訒r電路使得電容 C6 經(jīng)過整流二極管迅速放電，使得 LM393 電壓比較器正相輸入端的電壓比反相輸入端的電壓高，從而使其輸出高電平驅(qū)動報警電路。當(dāng)檢測不到人時，輸入到延時電路的信號重新變成高電平，整流二極管反向截止，電容 C6 開始充電，一段時間后，LM393 的正相輸入端的電壓比反相輸入端的電壓低，使其輸出低電平。該延時電路的延時時間大概為一分鐘。

（5）報警電路

報警電路主要由三極管、蜂鳴器和紅色 LED 組成。其電路圖如圖所示。輸入高電平使得三極管導(dǎo)通，從而使得 LED 和蜂鳴器導(dǎo)通發(fā)出報警。輸入低電平時，三極管截止，報警停止。其中三極管選用的是常見的小功率 NPN 型三極管 8050。

3、PCB設(shè)計

（1）完整電路原理圖

最終設(shè)計的完整的紅外報警電路原理圖如圖所示。

（2）PCB 尺寸及板層

根據(jù)焊盤數(shù)量 87 以及封裝選擇，設(shè)定PCB外形尺寸為 30mm*40mm。因為電路并不 復(fù)雜，單位密度并不高，所以PCB板層選擇為成本較低較常見的雙層板。

（3）元件布局

PCB的元件布局如圖所示。所有元件都放置在頂層。其中 DC5.5 插座 P1、紅外傳感器 U1、變阻器 R17、蜂鳴器 B1 以及 LED1 都盡量靠近邊緣擺放。

（4）布線

PCB 頂層布線圖如圖所示；底層布線圖如后圖所示。其中，普通信號線都選擇為 10mil 線寬；部分驅(qū)動電路的線則選擇為 20mil 線寬；6V 電源線選擇的是 30mil 的線寬，并對其進行局部加粗。

（5）敷銅

敷銅后PCB的效果如圖所示。