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PCB設計時那些鮮為人知的技巧!
- 2022-05-18-

在設計PCB時,我們通常會依賴以前在網上找到的經驗和技巧。某些規則在設計時是通用的,也有部分規則只能用于特定設計。

 

例如,模數轉換器PCB規則不適用于RF,反之亦然。但是,某些準則對于任何PCB設計都可以視為通用的。今天來康康一些可以顯著改善PCB設計基本問題的方法和技巧。

 

1、電源和信號分配

 

配電是任何電氣設計中的關鍵要素。所有的組件都依靠力量來發揮其功能。根據您的設計,某些元件可能具有的電源連接,而在同一塊板上的某些元件可能具有差的電源連接。

 

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

 

我們可以用3種可能的方式總結功率分布:單點源,星形源和多點源。

 

(a)單點電源:

每個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參考點匯合,單點被認為是適合功率的。但是,對于復雜或大型/中型項目,這是不可行的。

圖片1

(b)星源:

星源可以看作是單點源的改進。由于其關鍵特性,它有所不同:組件之間的走線長度相同。

 

星型連接通常用于帶有各種時鐘的復雜高速信號板。在高速信號PCB中,信號通常來自邊緣,然后到達中心。所有信號都可以從中心傳到電路板的任何區域,并且區域之間的延遲  。

圖片2

(c)多點源:

在任何情況下都被認為是差的,但是,它容易在任何電路中使用。多點源可能會在組件之間以及公共阻抗耦合中產生參考差異。

 這種設計風格還允許高開關IC,時鐘和RF電路在共享連接的附近電路中引入噪聲。

 

 圖片3

當然,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源與多點源混合在一起??梢詫⒛M敏感設備和高速/ RF系統放在一個點中,同時將所有其他不那么敏感的外圍設備都放在一個點中。

2、動力飛機

 

您是否想過是否應該使用電源飛機?答案是肯定的。電源板是傳遞功率并降低任何電路的噪聲的方法之一。

 

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。還應歸功于,兩側的電源平面還會產生一個平行板去耦電容器,從而防止了噪聲傳播。

 

電源板還有一個明顯的優勢: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。但請注意:電源層可改善工作溫度,但也必須考慮走線。跟蹤規則由IPC-2221和IPC-9592給出

 

對于帶有RF源的PCB(或任何高速信號應用),必須具有完整的接地層以提高電路板的性能。信號必須位于不同的平面上,并且使用兩層板幾乎不可能同時達到兩個要求。

 

如果要設計天線或任何低復雜度的RF板,則可以使用兩層來實現。下圖顯示了PCB如何更好地使用這些平面的圖示。

圖片4

在混合信號設計中,制造商通常建議將模擬地與數字地分開。靈敏的模擬電路很容易受到高速開關和信號的影響,如果模擬和數字接地不同,則接地平面將分開。

 

但是,有如下缺點,我們應該注意主要是由接地平面的不連續性造成的分割地面的串擾和環路區域。

 

下圖顯示了兩個分開的接地平面的示例。在左側,返回電流無法沿著信號走線直接通過,因此會出現環路區域,而不會在右側環路區域進行設計。

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3、電磁兼容性和電磁干擾(EMI)

 

對于高頻設計(例如RF系統),EMI可能是一個很大的缺點。前面討論的接地層有助于減輕EMI,但是根據您的PCB,接地層可能會帶來其他問題。在具有四層或更多層的疊層板中,飛機的距離至關重要。

 

當平面間電容小時,電場將在板上擴展。同時,兩個平面之間的阻抗減小,允許返回電流流到信號平面。這將對穿過平面的任何高頻信號產生EMI。

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避免產生EMI的簡單解決方案是:防止高速信號穿越多層。添加去耦電容器;并在信號走線周圍放置接地過孔。下圖顯示了具有高頻信號的良好PCB設計。

圖片7

4、過濾噪音

 

旁路電容器和鐵氧體磁珠是用于過濾任何組件產生的噪聲的電容器?;旧?,如果在任何高速應用中使用,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容,我們將不得不注意以下幾點:

 

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。

 

當我們使用自動放置和自動布線時,應該考慮距離來進行檢查。

 

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,請使用多個通孔將其正確接地。

圖片8


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