目前電子器材用于各類電子設(shè)備和系統(tǒng)仍然以印制電路板為主要裝配方式,。實踐證明,即使電路原理圖設(shè)計正確,,印制電路板設(shè)計不當,,也會對電子設(shè)備的可靠性產(chǎn)生不利影響。例如,,如果印制板兩條細平行線靠得很近,,則會形成信號波形的延遲,在傳輸線的終端形成反射噪聲,。因此,,在設(shè)計印制電路板的時候,應(yīng)注意采用正確的方法,。
A,、地線設(shè)計在電子設(shè)備中,接地是控制干擾的重要方法,。
如能將接地和屏蔽正確結(jié)合起來使用,,可解決大部分干擾問題。電子設(shè)備中地線結(jié)構(gòu)大致有系統(tǒng)地、機殼地(屏蔽地),、數(shù)字地(邏輯地)和模擬地等,。在地線設(shè)計中應(yīng)注意以下幾點:
1.正確選擇單點接地與多點接地 在低頻電路中,信號的工作頻率小于1MHz,,它的布線和器件間的電感影響較小,,而接地電路形成的環(huán)流對干擾影響較大,因而應(yīng)采用一點接地,。當信號工作頻率大于10MHz時,,地線阻抗變得很大,此時應(yīng)盡量降低地線阻抗,,應(yīng)采用就近多點接地,。當工作頻率在1~10MHz時,如果采用一點接地,,其地線長度不應(yīng)超過波長的1/20,否則應(yīng)采用多點接地法,。
2.將數(shù)字電路與模擬電路分開 電路板上既有高速邏輯電路,,又有線性電路,應(yīng)使它們盡量分開,,而兩者的地線不要相混,,分別與電源端地線相連。要盡量加大線性電路的接地面積,。
3.盡量加粗接地線 若接地線很細,,接地電位則隨電流的變化而變化,致使電子設(shè)備的定時信號電平不穩(wěn),,抗噪聲性能變壞,。因此應(yīng)將接地線盡量加粗,使它能通過三位于印制電路板的允許電流,。如有可能,,接地線的寬度應(yīng)大于3mm。
4.將接地線構(gòu)成閉環(huán)路 設(shè)計只由數(shù)字電路組成的印制電路板的地線系統(tǒng)時,,將接地線做成閉環(huán)路可以明顯的提高抗噪聲能力,。其原因在于:印制電路板上有很多集成電路組件,尤其遇有耗電多的組件時,,因受接地線粗細的限制,,會在地結(jié)上產(chǎn)生較大的電位差,引起抗噪聲能力下降,,若將接地結(jié)構(gòu)成環(huán)路,,則會縮小電位差值,提高電子設(shè)備的抗噪聲能力。
B,、電磁兼容性設(shè)計
電磁兼容性是指電子設(shè)備在各種電磁環(huán)境中仍能夠協(xié)調(diào),、有效地進行工作的能力。電磁兼容性設(shè)計的目的是使電子設(shè)備既能抑制各種外來的干擾,,使電子設(shè)備在特定的電磁環(huán)境中能夠正常工作,,同時又能減少電子設(shè)備本身對其它電子設(shè)備的電磁干擾。
1.選擇合理的導(dǎo)線寬度 由于瞬變電流在印制線條上所產(chǎn)生的沖擊干擾主要是由印制導(dǎo)線的電感成分造成的,,因此應(yīng)盡量減小印制導(dǎo)線的電感量,。印制導(dǎo)線的電感量與其長度成正比,與其寬度成反比,,因而短而精的導(dǎo)線對抑制干擾是有利的,。時鐘引線、行驅(qū)動器或總線驅(qū)動器的信號線常常載有大的瞬變電流,,印制導(dǎo)線要盡可能地短,。對于分立組件電路,印制導(dǎo)線寬度在1.5mm左右時,,即可完全滿足要求,;對于集成電路,印制導(dǎo)線寬度可在0.2~1.0mm之間選擇,。
2.采用正確的布線策略 采用平等走線可以減少導(dǎo)線電感,,但導(dǎo)線之間的互感和分布電容增加,如果布局允許,,最好采用井字形網(wǎng)狀布線結(jié)構(gòu),,具體做法是印制板的一面橫向布線,另一面縱向布線,,然后在交叉孔處用金屬化孔相連,。 為了抑制印制板導(dǎo)線之間的串擾,在設(shè)計布線時應(yīng)盡量避免長距離的平等走線,。
C,、去耦電容配置
在直流電源回路中,負載的變化會引起電源噪聲,。例如在數(shù)字電路中,,當電路從一個狀態(tài)轉(zhuǎn)換為另一種狀態(tài)時,就會在電源線上產(chǎn)生一個很大的尖峰電流,,形成瞬變的噪聲電壓,。配置去耦電容可以抑制因負載變化而產(chǎn)生的噪聲,是印制電路板的可靠性設(shè)計的一種常規(guī)做法,,配置原則如下: ●電源輸入端跨接一個10~100uF的電解電容器,,如果印制電路板的位置允許,,采用100uF以上的電解電容器的抗干擾效果會更好。 ●為每個集成電路芯片配置一個0.01uF的陶瓷電容器,。如遇到印制電路板空間小而裝不下時,,可每4~10個芯片配置一個1~10uF鉭電解電容器,這種器件的高頻阻抗特別小,,在500kHz~20MHz范圍內(nèi)阻抗小于1Ω,,而且漏電流很小(0.5uA以下),。 ●對于噪聲能力弱,、關(guān)斷時電流變化大的器件和ROM、RAM等存儲型器件,,應(yīng)在芯片的電源線(Vcc)和地線(GND)間直接接入去耦電容,。 ●去耦電容的引線不能過長,特別是高頻旁路電容不能帶引線,。
D,、印制電路板的尺寸與器件的布置
印制電路板大小要適中,過大時印制線條長,,阻抗增加,,不僅抗噪聲能力下降,成本也高,;過小,則散熱不好,,同時易受臨近線條干擾,。 在器件布置方面與其它邏輯電路一樣,應(yīng)把相互有關(guān)的器件盡量放得靠近些,,這樣可以獲得較好的抗噪聲效果,。時鐘發(fā)生器、晶振和CPU的時鐘輸入端都易產(chǎn)生噪聲,,要相互靠近些,。易產(chǎn)生噪聲的器件、小電流電路,、大電流電路等應(yīng)盡量遠離邏輯電路,,如有可能,應(yīng)另做電路板,,這一點十分重要,。
E、散熱設(shè)計
從有利于散熱的角度出發(fā),,印制版最好是直立安裝,,板與板之間的距離一般不應(yīng)小于2cm,,而且器件在印制版上的排列方式應(yīng)遵循一定的規(guī)則: ·對于采用自由對流空氣冷卻的設(shè)備,最好是將集成電路(或其它器件)按縱長方式排列,;對于采用強制空氣冷卻的設(shè)備,,最好是將集成電路(或其它器件)按橫長方式排。 ·同一塊印制板上的器件應(yīng)盡可能按其發(fā)熱量大小及散熱程度分區(qū)排列,,發(fā)熱量小或耐熱性差的器件(如小信號晶體管,、小規(guī)模集成電路、電解電容等)放在冷卻氣流的最上流(入口處),,發(fā)熱量大或耐熱性好的器件(如功率晶體管,、大規(guī)模集成電路等)放在冷卻氣流最下游。 ·在水平方向上,,大功率器件盡量靠近印制板邊沿布置,,以便縮短傳熱路徑;在垂直方向上,,大功率器件盡量靠近印制板上方布置,,以便減少這些器件工作時對其它器件溫度的影響。
對溫度比較敏感的器件最好安置在溫度最低的區(qū)域(如設(shè)備的底部),,千萬不要將它放在發(fā)熱器件的正上方,,多個器件最好是在水平面上交錯布局。 ·設(shè)備內(nèi)印制板的散熱主要依靠空氣流動,,所以在設(shè)計時要研究空氣流動路徑,,合理配置器件或印制電路板??諝饬鲃訒r總是趨向于阻力小的地方流動,,所以在印制電路板上配置器件時,要避免在某個區(qū)域留有較大的空域,。