PCB设计的好坏直接影响电路板抗干扰能力的大小,因此,在进行PCB设计时,一定要遵循PCB设计的一般规则,以达到抗干扰设计的要求。其中,元器件的布局、布线、焊盘的大小、去耦电容的配置及元器件之间的连线等设计都会影响电路板的抗干扰能力,下面简要介绍这些方面的一般规则。
(1)元器件的布局
如果PCB尺寸过大,则因线路较长,阻抗相应增加,抗噪声能力减弱,成本也会增加;如果PCB尺寸过小,那么元器件之间排列得过于紧密,就会导致散热不好、容易产生干扰等情况。所以应在确定PCB尺寸后,再确定一些特殊元器件的位置。最后再综合考虑整个电路的功能单元,对元器件进行合理布局。
(2)一些特殊元器件放置时应遵循的原则
1)应尽量缩短高频元器件之间的连线,以减少它们之间的分布参数和相互之间的电磁干扰,输入和输出的元器件应尽量远离。
2)对于又大又重、发热量很高的元器件,如LM317、LM7805等,应用散热支架加以固定,热敏元器件应尽量远离这些发热元器件。
3)在某些元器件或导线之间,可能存在较高的电位差,应加大它们之间的距离,以免放电引起短路。对于带有强电的元器件,应尽量布置在不易触及的地方,以免危及人身安全。
4)预留出电路板的定位孔和固定支架的位置。
5)以每个功能电路的核心元器件为中心,其他元器件均匀、整齐、紧凑地排列在电路板上,尽量减少元器件之间的引线和连接。
6)对于高频下工作的电路,应考虑元器件之间的分布参数。通常电路应尽可能使元器件平行排列,这样不但美观、焊接容易,而且易于批量生产。
7)电路板的最佳开关为矩形,长宽比为3׃2或4׃3。若电路板尺寸大于200mm×150mm,则应考虑电路板所受的机械强度。位于电路板边缘的元器件,与电路板边缘的距离一般应不小于2mm。
8)对于可调电感线圈、可变电容器、电位器、微调开关等可调元器件的布局应考虑整机的结构要求。若是机内调节,则应放置在电路板上易于调节的地方;若是机外调节,则其放置位置与调节旋钮在机箱面板上的位置要对应。
9)按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置,使布局便于信号的流通,并且尽量保证流通方向的一致性。
(3)布线
布线的方法及布线的结果对PCB也会产生很大的影响,一般布线应遵守以下原则。
1)对于集成电路尤其是数字电路,印制电路板导线的最小宽度应为0.2~0.3mm,电源线和地线可以选用较宽的导线,导线间的最小间距通常为5~8mm。
2)I/O端的导线应尽量远离且避免平行。最好添加一根地线,以免发生反馈耦合。
3)在高频电路中,导线的拐弯如果是直角或锐角,则会影响电路板的性能,因此,导线拐弯处一般设计为圆弧形。另外,应尽量避免使用大面积的铜箔,因为长时间受热会使铜箔膨胀或脱落。当必须用大面积铜箔时,最好选用栅格状,这样有利于排除铜箔与基板间黏合剂受热所产生的挥发性气体。
(4)焊盘的大小(www.xing528.com)
焊盘的中心孔应比元器件引脚直径略大一些。若焊盘太小,则不易插入元器件,焊盘容易形成虚焊。通常焊盘外径D应不小于(d+1.2)mm,其中d为引脚直径。对于元器件密度高的数字电路,焊盘最小直径可取(d+1.0)mm。
(5)去耦电容配置的一般原则
1)电源输入端通常应跨接10μF以上的电解电容。
2)原则上每个集成电路芯片之间都应布置一个0.01pF的瓷片电容,若电路板的空间有限,则可每4~8个芯片布置一个1~10pF的钽电容。
3)对于抗噪声能力弱、关断时电源电压变化大的元器件,如RAM、ROM等存储元器件,应尽量在芯片的电源线与地线之间直接接入去耦电容。
4)操作电路板中的继电器、接触器和按钮等元器件时,均会产生较大的火花放电,因此必须采用RC电路来吸收放电电流,在继电器的两端还应接入一个晶体管来放掉线圈中存储的电流。一般取电阻为1~2kΩ,电容为2.2~47μF。
(6)元器件之间接线的基本原则
1)在印制电路板中不允许出现交叉电路,对于可能交叉的导线应采用“钻”或“绕”两种方式来解决,即让某些导线从电阻、电容和晶体管引脚等元器件的空隙处“钻”过去,或从可能交叉的另一根导线的一端“绕”过去。
2)对于电阻、电容或二极管等元器件有“立式”和“卧式”两种安装方式。“立式”是指元器件垂直于电路板安装,这样可以节省大量空间;“卧式”是指元器件平行并紧贴于电路板安装,这样可以提高元器件安装的机械强度。
3)强电流引线(公共地线、电源线等)应尽量宽些,这样可以降低分布电阻及电压降,可减少因寄生耦合而产生的自激振荡。
4)在使用IC座的情况下,要特别注意IC座上定位槽放置的方位是否正确,并注意与将要放置的元器件引脚相对应。例如,从面板下面来看,第1引脚只能位于IC座的左下角或右上角。
5)在保证电路性能要求的前提下,设计应力求走线合理,少用外接跨线,并按照由左向右、由上而下的顺序进行布线,便于安装、检修和调整。
6)同一级电路应尽量采用相同的接地点,本级电路的电源滤波电容应该接在该级接地点上。通常同一级的晶体管基极、发射极的接地不能相距太远,否则将会因为接地间的铜箔太长而产生自激和干扰。采用一点接地法的电路,工作性能比较稳定,不易产生自激振荡。
7)总接地线必须严格按照高频-中频-低频的顺序排列,切不可随意乱接,宁可级间接线长一点也要遵循这一原则。变频头、再生头、调频头等调频电路应采用大面积包围式地线,从而抑制自激振荡的产生,保证良好的屏蔽效果。
(7)抗干扰设计原则
1)电源线的设计应尽量与地线的走向和数据传输方向一致,根据印制电路板的大小,应尽量加粗电源线的宽度,从而减少环路电阻,同时提高抗噪声能力。
2)地线设计要求数字地与模拟地分开。若电路板上既有逻辑电路又有线性电路,应尽量使它们分开。低频电路应尽量采用单点并联接地,实际布线有困难时才可用先串联再并联接地。对于高频电路则应采用多点串联接地,地线应尽量短而粗,高频元器件周围尽量敷设网格状的大面积铜箔。通常接地线应尽量加粗,这样可以提高抗噪声性能,一般应允许通过3倍于印制电路板上的允许电流。接地线应构成闭合环路,这样可以大大提高抗噪声能力。
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