如何正确设计PCB

2020-03-18

PCB设计过程中涉及到许多(duō)零零碎碎的注意点，以我多(duō)年的经验给出如下提示：

一、一般提示

1、使重要节点可(kě)访问

您将试图弄清為(wèi)什么某些东西无法正常工作，并且您想测量PCB内部的信号。在设计PCB之前，您应该考虑哪些点对電(diàn)路进行故障诊断很(hěn)重要，并且在不易接近的情况下，请在与它们相连的地方添加测试点。有(yǒu)多(duō)种形式的测试点，但是形成循环的测试点非常适合带有(yǒu)钩子的测试探针。

2、在组件之间留出空间

试图将组件尽可(kě)能(néng)地紧凑地包装，只是意识到没有(yǒu)足够的布線(xiàn)空间。在组件之间留出一些空间，以便导線(xiàn)可(kě)以散开。组件的引脚越多(duō)，所需的空间就越大。间距不仅将促进自动布線(xiàn)，而且将使焊接更容易。

3、以相同的方向放置组件

组件通常具有(yǒu)标准的插针编号，插针＃1位于左上角。如果所有(yǒu)组件的方向相同，则在焊接或检查组件时不会出错。

4、打印布局以查看组件的尺寸是否匹配

布置完所有(yǒu)组件后，打印出布局。将每个组件放在版面设计图的顶部，以查看它们是否匹配。有(yǒu)时数据表可(kě)能(néng)有(yǒu)错误。

5、交换层之间的布線(xiàn)方向

在一侧绘制垂直迹線(xiàn)，在另一侧绘制水平迹線(xiàn)。这便于必须交叉的線(xiàn)的布線(xiàn)。对于多(duō)层，请在方向之间交替。

6、根据電(diàn)流选择線(xiàn)宽

较大的宽度减小(xiǎo)了電(diàn)阻，从而减少了由散热引起的热量。線(xiàn)的宽度应根据流过它们的估计電(diàn)流来确定大小(xiǎo)。您可(kě)以使用(yòng)在線(xiàn)计算器来计算其宽度。因此，電(diàn)源線(xiàn)应更宽，因為(wèi)所有(yǒu)電(diàn)流均由这些線(xiàn)提供。

7、了解制造商(shāng)的规格

每个制造商(shāng)都有(yǒu)自己的规格，例如最小(xiǎo)走線(xiàn)宽度，间距，层数等。开始设计之前，您应考虑自己的需求并找到符合您要求的制造商(shāng)。您的要求还包括PCB的材料等级。等级从FR-1（纸酚混合物(wù)）到FR-5（玻璃布和环氧树脂）不等。大多(duō)数PCB原型制造商(shāng)都使用(yòng)FR-4，但是FR-2用(yòng)于大批量消费应用(yòng)。材料的类型会影响電(diàn)路板的强度，耐用(yòng)性，吸湿性和阻燃性（FR）。

8、避免走線(xiàn)成90º角

急剧的直角转弯很(hěn)难保持走線(xiàn)宽度恒定。对于狭窄的迹線(xiàn)，这是一个值得关注的原因，其中很(hěn)小(xiǎo)的差异占迹線(xiàn)的很(hěn)大一部分(fēn)。更好的方法是进行两个45º弯曲。

9、使用(yòng)丝印层

在专业的PCB制造商(shāng)中，这一层是非常标准的，对于贴标签非常有(yǒu)用(yòng)。标记您的组件（PCB布局软件通常会这样做），并添加有(yǒu)关该板的内容，修订号和作者/所有(yǒu)者的一些信息。

10、使用(yòng)原理(lǐ)图与布局比较

许多(duō)PCB布局软件都有(yǒu)原理(lǐ)图和布局之间的比较工具。使用(yòng)它来确保您的布局与原理(lǐ)图匹配。

11、创建地平面

特别是在模拟電(diàn)路中，“接地”是指整个PCB上的電(diàn)压相同，这一点很(hěn)重要。如果使用(yòng)走線(xiàn)路由接地信号，它们的電(diàn)阻会产生電(diàn)压降，从而使PCB中的不同“接地”具有(yǒu)不同的電(diàn)位。為(wèi)了避免这种情况，您应该创建一个接地层，即，大面积的铜层（或者更好的是，為(wèi)该层保留一层），连接到地的组件可(kě)以直接通过通孔来接地。接地平面可(kě)以完全用(yòng)铜填充（更好地散热），也可(kě)以如下图所示在正方形网格中填充。

地平面的缺点之一是难以焊接元件，因為(wèi)热量会很(hěn)快通过飞机散发。為(wèi)避免这种情况，可(kě)以通过细迹線(xiàn)与飞机进行接触，如下图所示。

12、放置旁路電(diàn)容器

旁路電(diàn)容器用(yòng)于从恒定電(diàn)源中滤除交流分(fēn)量。它们减少了噪声，波纹和其他(tā)有(yǒu)害的交流信号。他(tā)们通过绕过地面的交流電(diàn)波动来做到这一点，因此得名。因此，它们通常连接在我们要滤波的電(diàn)压（電(diàn)源電(diàn)压，参考信号等）与地之间。选择这些電(diàn)容器的一个好地方是PCB的電(diàn)源入口：将電(diàn)源连接到PCB的電(diàn)線(xiàn)通常很(hěn)長(cháng)，并且充当天線(xiàn)，收集大量RF信号。另一个有(yǒu)效的位置是靠近IC（尽可(kě)能(néng)靠近電(diàn)源和接地引脚），以减少PCB内部添加的任何噪声。对于参考引脚或需要非常稳定電(diàn)压的任何其他(tā)引脚也是如此。

電(diàn)容器的值取决于交流分(fēn)量的频率。每个電(diàn)容器都有(yǒu)自己的频率响应，该频率响应由其電(diàn)阻和调谐到一定频率范围的等效串联電(diàn)感（ESL）决定。例如，要过滤低频，您需要一个更大的電(diàn)容器。通常，在中频范围内使用(yòng)0.1-1µF的電(diàn)容器就足够了，如果波动缓慢，则可(kě)以选择1-10µF左右；对于高频噪声，可(kě)以使用(yòng)0.001-0.1µF的電(diàn)容器。您也可(kě)以使用(yòng)旁路電(diàn)容器的任意组合来消除更宽的频率范围。对于驱动大量電(diàn)流的芯片，可(kě)以放置10 µF-100 µF電(diàn)容器作為(wèi)缓冲器。如果電(diàn)容器的值允许，请使用(yòng)单片陶瓷電(diàn)容器，因為(wèi)它们既小(xiǎo)又(yòu)便宜。

13、并行布線(xiàn)差分(fēn)信号走線(xiàn)

差分(fēn)信号通常用(yòng)于提高抗干扰能(néng)力并放大动态范围。仅当两个信号的走線(xiàn)遵循相似的路径时才有(yǒu)效，这样噪声会相等地干扰两个路径。為(wèi)此，应使差分(fēn)信号的两条線(xiàn)彼此平行并尽可(kě)能(néng)靠近。

14、考虑热点

如果散热不充分(fēn)，热量会降低電(diàn)路的性能(néng)，甚至损坏電(diàn)路。考虑哪些组件消耗更多(duō)的功率，以及包装如何散发产生的热量。数据表中有(yǒu)一个称為(wèi)“热阻”的参数，该参数指出了在特定条件下每瓦特功率会增加多(duō)少温度。例如，条件可(kě)能(néng)是IC下方的x面积為(wèi)y mm的铜面积。為(wèi)了更强的散热，您应该增加散热器或什至风扇来冷却IC。此外，使電(diàn)路板的关键部分(fēn)与这些热源隔离。

15、制作并行脚印以查找难以找到的组件

通常，您使用(yòng)的是通常不出售的组件，或者具有(yǒu)相同功能(néng)的两个组件的价格波动，您想購(gòu)买很(hěn)便宜的组件。在这些情况下，您可(kě)能(néng)希望根据外部因素来更换组件，即使它们的占地面积不一样，但要保持電(diàn)路板的设计不变。如果電(diàn)路板面积不是很(hěn)在意，则可(kě)以為(wèi)一个特定的模块并行准备一个以上占用(yòng)空间的设计，以便安装当前可(kě)用(yòng)的零件，而将其他(tā)零件保留為(wèi)空。

二、電(diàn)源電(diàn)路提示

1、将電(diàn)源和控制接地分(fēn)开

電(diàn)源電(diàn)路的大電(diàn)压和電(diàn)流尖峰会在控制電(diàn)路中产生破坏性干扰，通常是低電(diàn)压和電(diàn)流。对于每个電(diàn)源阶段，应将電(diàn)源接地和控制接地分(fēn)开。如果将它们在PCB中绑在一起，请在靠近電(diàn)源路径末端的位置（尤其是在PCB接地附近）进行连接。

2、使用(yòng)内层作為(wèi)控制接地

如果您打算使用(yòng)多(duō)层電(diàn)路板，则将顶层用(yòng)于電(diàn)源走線(xiàn)，将底层用(yòng)于控制走線(xiàn)，将内层用(yòng)于控制接地。中间层较大的接地层将為(wèi)来自電(diàn)源電(diàn)路的任何干扰提供较小(xiǎo)的阻抗路径，并保护控制路径免受干扰。

3、使電(diàn)源走線(xiàn)更宽以承受更高的電(diàn)流

这实际上是一个一般性的提示，但对于電(diàn)源電(diàn)路而言更重要。您应根据流过的電(diàn)流大小(xiǎo)来确定每个電(diàn)源路径的電(diàn)線(xiàn)宽度。否则可(kě)能(néng)会产生过多(duō)的热量并烧毁電(diàn)線(xiàn)。您可(kě)以使用(yòng)在線(xiàn)计算器来计算其宽度。

三、混合信号電(diàn)路的技巧

1、将数字和模拟地分(fēn)开

对于電(diàn)源電(diàn)路，应将数字地和模拟地分(fēn)开。原因相同：数字電(diàn)路的電(diàn)压和電(diàn)流尖峰会在模拟電(diàn)路中产生干扰（噪声），从而影响其性能(néng)。如果将它们在PCB中绑在一起，请在靠近電(diàn)源路径末端的位置（尤其是在PCB接地附近）进行连接。尽管对此问题还有(yǒu)其他(tā)观点，但这是最被接受的。

2、保护模拟接地不受噪声影响

模拟地的任何干扰都将与信号線(xiàn)产生相同的影响（重要的是任何一点与地面之间的差分(fēn)電(diàn)压）。您希望有(yǒu)一个较大的接地层来减小(xiǎo)其電(diàn)阻，但这也使其更容易受到電(diàn)容耦合至其上方或下方布線(xiàn)的影响。為(wèi)此，模拟接地只应具有(yǒu)与之交叉的模拟線(xiàn)，并且数字線(xiàn)也应相同。这减少了模拟和数字電(diàn)路之间的電(diàn)容耦合。

四、PCB安装提示

1、从小(xiǎo)零件到大零件的焊接

如果您开始焊接大型组件，则它们将阻止焊接下一个组件。您应该从小(xiǎo)部件（例如表面贴装设备（SMD））开始，到大部件（例如通孔電(diàn)容器或接線(xiàn)盒）结束。

2、注意冷焊点

冷焊点是指在进行焊点连接时，热焊锡流到冷焊点上，并产生灰色斑点的焊锡，该焊锡没有(yǒu)很(hěn)好地粘附在焊点上。当没有(yǒu)施加足够的热量使焊料正常熔化或被焊接的表面不够清洁时，也会发生这种情况。有(yǒu)时可(kě)以用(yòng)裸眼看到（如果尝试移动引脚，会裂开焊点），而其他(tā)时候看起来像做得好的焊锡。这些焊点的影响可(kě)能(néng)是静電(diàn)噪声，间断的切口等。為(wèi)了解决这个问题，您可(kě)以重新(xīn)熔炼现有(yǒu)焊料或将其吸出，清洁斑点并再次焊接。為(wèi)避免冷焊点，首先用(yòng)烙铁头加热焊点，然后用(yòng)焊锡接触焊点。热的接头将熔化焊料，并且它将流动并适当地吞没接头。

冷焊点。注意销周围的裂纹。

3、使用(yòng)助焊剂以便于焊接

助焊剂是一种化學(xué)试剂，使焊接成為(wèi)小(xiǎo)菜一碟。通过改善液體(tǐ)焊料的润湿特性来实现。只需在要焊接的表面上添加一些助焊剂，热焊料会立即粘在引脚上。

4、不信任万用(yòng)表的连续性测试

普通万用(yòng)表具有(yǒu)连续性测试模式，当两个探头之间的電(diàn)阻较小(xiǎo)时会发出蜂鸣声。这通常用(yòng)于测试连续性，因為(wèi)您无需在查看放置探头的位置和万用(yòng)表上的值之间跳转。但是，尽管这表明焊接不良，但仍会有(yǒu)几欧姆的蜂鸣声。假设低電(diàn)阻線(xiàn)路和少量焊点，電(diàn)阻应低于1欧姆。使用(yòng)電(diàn)阻测量模式以确保两点之间的電(diàn)阻尽可(kě)能(néng)小(xiǎo)，这也意味着良好的焊点。