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電路也是路 看得懂的PCB布線

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人氣:5557發(fā)布日期:2015-06-06 09:33【

  PCB設(shè)計(jì),在不少人眼中是體力活,然而一直以來(lái),一個(gè)方案的前期,我都是親自布局布線,只有到了定型之后的一些修改才交給同事負(fù)責(zé),但也會(huì)一一跟他們講解為什么要這樣布線。同事設(shè)計(jì)的PCB板,我也經(jīng)常點(diǎn)評(píng)一番,指出缺失的地方,這樣同事在PCB設(shè)計(jì)上都有較大的提高。 
  年前同事負(fù)責(zé)布的一塊步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)板,性能指標(biāo)老是達(dá)不到文檔提到的性能,雖然能用,大電流丟步,高速上不去,波形差,在深入分析之后發(fā)現(xiàn)違背了一些 PCB布線的基本原則,修改之后性能就非常好,這讓我再一次的感受到PCB布線的重要性,尤其是我們經(jīng)常做大功率電源、傳感器這類對(duì)PCB布線要求極為嚴(yán)格的。 
  在論壇中,看到很個(gè)網(wǎng)友提出的PCB布線問(wèn)題,我有感于之前步進(jìn)電機(jī)布線引起的問(wèn)題,把這個(gè)PCB布線用常識(shí)來(lái)理解,通俗易懂、避開電路回路、電磁場(chǎng)傳輸線等高深復(fù)雜,越講越講不清的東西,從根本上讓大家明白怎么回事,不被一些專業(yè)術(shù)語(yǔ)約束,獲得大多網(wǎng)友的認(rèn)同。 
  PCB布線,就是鋪設(shè)通電信號(hào)的道路連接各個(gè)器件,這好比修道路,連接各個(gè)城市通汽車,完全一回事。 

看得懂的PCB布線

  道路建設(shè)要求一去一回兩條線,PCB布線同樣道理,需要形成一個(gè)兩條線的回路,對(duì)于低頻電路角度上講,是回路,對(duì)于高速電磁場(chǎng)來(lái)講,是傳輸線,最常見的如差分信號(hào)線。比如USB、網(wǎng)線等。對(duì)于傳輸線的阻抗特性等,本文不做進(jìn)一步講解,請(qǐng)參考“看得懂的電磁場(chǎng)理論”一文。 
  可以說(shuō),差分信號(hào)線,是連接器件信號(hào)的理想模型。對(duì)信號(hào)要求越高的,越要靠近差分信號(hào)線。 
  雙面PCB板。把底部一層作為公共的參考回路 
  當(dāng)一塊板子器件非常多,若都按差分線布,一是PCB的面積太大,二是要布2N條線,工作量太大,難度也很大,于是人們針對(duì)實(shí)際需求提出了多層PCB的概念,最典型的就是雙面PCB板。把底部一層作為公共的參考回路,這樣布線只需要布N+1根即可,PCB版面也大大縮小。 

看得懂的PCB布線

  公共參考回路,也就是大家常說(shuō)的參考地,針對(duì)大部分嵌入式行業(yè)來(lái)說(shuō),信號(hào)因?yàn)閿?shù)字化后對(duì)信號(hào)質(zhì)量要求不是很高,這樣采用整層的參考地,可以縮小板面,又提高效率,大大節(jié)約了時(shí)間,深受大家喜歡。實(shí)際上縮小板面就是縮短信號(hào)線長(zhǎng)度,也可以部分抵消因?yàn)閰⒖嫉匾鸬男盘?hào)質(zhì)量下降問(wèn)題,所以在實(shí)際中,這種引入?yún)⒖嫉氐腜CB布線效果,基本接近差分線理想模型。到了今天,我們都習(xí)慣于這種方式,似乎PCB布線,就是要有一層參考地,沒有為什么。 
  在雙面板設(shè)計(jì)中,因?yàn)榻?jīng)常有交叉線存在,需要跳線到地層做交叉線交換,這個(gè)需要特別指出的是,這個(gè)跳線不能太長(zhǎng),若太長(zhǎng),容易分割參考地,尤其是對(duì)于一些信號(hào)質(zhì)量要求高的線,底部的參考地不能被分割,。否則信號(hào)的回路被完全破壞,參考地失去了意義。所以一般的講,參考地層只適合做信號(hào)線的短跳線用,信號(hào)線盡量布頂層,或者引入更多層的PCB板。 
  路與路之間靠的太近容易出現(xiàn)影響,比如坐高鐵的時(shí)候,感覺的到對(duì)面開來(lái)火車對(duì)自己所坐火車的影響。信號(hào)線也一樣,不能靠的太近,若信號(hào)線與信號(hào)線之間是平行的,一定要保持一定的距離,這個(gè)以實(shí)驗(yàn)為準(zhǔn),并且底部要有很好的參考地。低頻小信號(hào)下,一般影響不是很大,高頻強(qiáng)信號(hào)是需要注意的。 
  對(duì)于高頻、大電流方面的PCB布線,比如開關(guān)電源等,最忌諱的就是驅(qū)動(dòng)信號(hào)被輸出強(qiáng)電流、強(qiáng)電壓干擾。MOS管的驅(qū)動(dòng)信號(hào),很容易受輸出強(qiáng)電流的影響,兩者要保持一定的距離,不要靠的太近。模擬音響時(shí)代,運(yùn)放放大倍數(shù)過(guò)高,就會(huì)出現(xiàn)自激效應(yīng),原因同MOS管一樣。 
  PCB布線的載體是PCB板,一般參考地跟PCB板邊離1mm附近,信號(hào)線離參考地邊緣1mm附近,這樣把信號(hào)都約束在PCB板內(nèi),可以降低EMC輻射。 
  當(dāng)對(duì)PCB設(shè)計(jì)還沒有概念的,就多想想我們?nèi)粘5牡缆?,兩者完全一致?/p>

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