目前電子器材用于各類電子設備和系統(tǒng)仍然以印制電路板為主要裝配方式,。實踐證明,,即使電路原理圖設計正確,印制電路板設計不當,,也會對電子設備的可靠性產(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,在設計印制電路板的時候,,應注意采用正確的方法,。
A、地線設計在電子設備中,,接地是控制干擾的重要方法,。
如能將接地和屏蔽正確結合起來使用,可解決大部分干擾問題,。電子設備中地線結構大致有系統(tǒng)地,、機殼地(屏蔽地)、數(shù)字地(邏輯地)和模擬地等,。在地線設計中應注意以下幾點:
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,,此時應盡量降低地線阻抗,應采用就近多點接地,。當工作頻率在1~10MHz時,,如果采用一點接地,其地線長度不應超過波長的1/20,,否則應采用多點接地法,。
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,,致使電子設備的定時信號電平不穩(wěn),,抗噪聲性能變壞。因此應將接地線盡量加粗,使它能通過三位于印制電路板的允許電流,。如有可能,,接地線的寬度應大于3mm。
4.將接地線構成閉環(huán)路 設計只由數(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,,會在地結上產(chǎn)生較大的電位差,引起抗噪聲能力下降,,若將接地結構成環(huán)路,,則會縮小電位差值,提高電子設備的抗噪聲能力,。
B,、電磁兼容性設計
電磁兼容性是指電子設備在各種電磁環(huán)境中仍能夠協(xié)調、有效地進行工作的能力,。電磁兼容性設計的目的是使電子設備既能抑制各種外來的干擾,,使電子設備在特定的電磁環(huán)境中能夠正常工作,同時又能減少電子設備本身對其它電子設備的電磁干擾,。
1.選擇合理的導線寬度 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線的電感成分造成的,,因此應盡量減小印制導線的電感量。印制導線的電感量與其長度成正比,,與其寬度成反比,,因而短而精的導線對抑制干擾是有利的。時鐘引線,、行驅動器或總線驅動器的信號線常常載有大的瞬變電流,印制導線要盡可能地短,。對于分立組件電路,,印制導線寬度在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線電感,,但導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)狀布線結構,,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。 為了抑制印制板導線之間的串擾,,在設計布線時應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范圍內阻抗小于1Ω,,而且漏電流很?。?.5uA以下)。 ●對于噪聲能力弱,、關斷時電流變化大的器件和ROM,、RAM等存儲型器件,應在芯片的電源線(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,,應把相互有關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,、大電流電路等應盡量遠離邏輯電路,,如有可能,應另做電路板,,這一點十分重要,。
E、散熱設計
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小于2cm,而且器件在印制版上的排列方式應遵循一定的規(guī)則: ·對于采用自由對流空氣冷卻的設備,,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,。 ·設備內印制板的散熱主要依靠空氣流動,所以在設計時要研究空氣流動路徑,,合理配置器件或印制電路板,。空氣流動時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,。