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電路也是路,,看得懂的PCB布線

2015-06-06

     設計,,在不少人眼中是體力活,,然而一直以來,,一個方案的前期,,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責,,但也會一一跟他們講解為什么要這樣布線,。同事設計的板,我也經(jīng)常點評一番,,指出缺失的地方,,這樣同事在設計上都有較大的提高。

  年前同事負責布的一塊步進電機驅動板,,性能指標老是達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PCB布線要求極為嚴格的,。

  在論壇中,看到很個網(wǎng)友提出的PCB布線問題,,我有感于之前步進電機布線引起的問題,,把這個PCB布線用常識來理解,通俗易懂,、避開電路回路,、電磁場傳輸線等高深復雜,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)術語約束,獲得大多網(wǎng)友的認同,。

  PCB布線,,就是鋪設通電信號的道路連接各個器件,這好比修道路,,連接各個城市通汽車,,完全一回事。

  

 

  道路建設要求一去一回兩條線,,PCB布線同樣道理,,需要形成一個兩條線的回路,,對于低頻電路角度上講,是回路,,對于高速電磁場來講,,是傳輸線,最常見的如差分信號線,。比如USB,、網(wǎng)線等。對于傳輸線的阻抗特性等,,本文不做進一步講解,,請參考“看得懂的電磁場理論”一文。

  可以說,,差分信號線,是連接器件信號的理想模型,。對信號要求越高的,,越要靠近差分信號線。

  雙面PCB板,。把底部一層作為公共的參考回路

  當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,,于是人們針對實際需求提出了多層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。

  

 

  公共參考回路,,也就是大家常說的參考地,,針對大部分嵌入式行業(yè)來說,信號因為數(shù)字化后對信號質量要求不是很高,,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)約了時間,,深受大家喜歡。實際上縮小板面就是縮短信號線長度,,也可以部分抵消因為參考地引起的信號質量下降問題,,所以在實際中,,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。

  在雙面板設計中,,因為經(jīng)常有交叉線存在,,需要跳線到地層做交叉線交換,這個需要特別指出的是,,這個跳線不能太長,,若太長,容易分割參考地,,尤其是對于一些信號質量要求高的線,,底部的參考地不能被分割,,。否則信號的回路被完全破壞,,參考地失去了意義。所以一般的講,,參考地層只適合做信號線的短跳線用,,信號線盡量布頂層,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,,比如坐高鐵的時候,感覺的到對面開來火車對自己所坐火車的影響,。信號線也一樣,,不能靠的太近,若信號線與信號線之間是平行的,,一定要保持一定的距離,,這個以實驗為準,并且底部要有很好的參考地,。低頻小信號下,,一般影響不是很大,高頻強信號是需要注意的,。

  對于高頻,、大電流方面的PCB布線,比如開關電源等,最忌諱的就是驅動信號被輸出強電流,、強電壓干擾,。MOS管的驅動信號,很容易受輸出強電流的影響,,兩者要保持一定的距離,,不要靠的太近。模擬音響時代,,運放放大倍數(shù)過高,,就會出現(xiàn)自激效應,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,信號線離參考地邊緣1mm附近,,這樣把信號都約束在PCB板內(nèi),,可以降低EMC輻射。

  當對PCB設計還沒有概念的,,就多想想我們?nèi)粘5牡缆?,兩者完全一致?/p>


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