設(shè)計(jì)焊盤時的注意事項(xiàng)如下:
1)焊盤孔邊緣到電路板邊緣的距離要大于 1mm,這樣可以避免加工時導(dǎo)致焊盤缺損。
2)焊盤補(bǔ)淚滴,當(dāng)與焊盤連接的銅膜線較細(xì)時,要將焊盤與銅膜線之間的連接設(shè)計(jì)成淚滴狀,這樣可以使焊盤不容易被剝離,而銅膜線與焊盤之間的連線不易斷開。
3)相鄰的焊盤要避免有銳角。
大面積填充
電路板上的大面積填充的目的有兩個,一個是散熱,另一個是用屏蔽減少干擾,為避免焊接時產(chǎn)生的熱使電路板產(chǎn)生的氣體無處排放而使銅膜脫落,應(yīng)該在大面積填充上開窗,后者使填充為網(wǎng)格狀。 使用敷銅也可以達(dá)到抗干擾的目的,而且敷銅可以自動繞過焊盤并可連接地線。
跨接線
在單面電路板的設(shè)計(jì)中,當(dāng)有些銅膜無法連接時,通常的做法是使用跨接線,跨接線的長度應(yīng)該選擇如下幾種:6mm、8mm 和 10mm。
接地
1.地線的共阻抗干擾 電路圖上的地線表示電路中的零電位,并用作電路中其它各點(diǎn)的公共參考點(diǎn),在實(shí)際電路中由于地線(銅膜線)阻抗的存在,必然會帶來共阻抗干擾,因此在布線時,不能將具有地線符號的點(diǎn)隨便連接在一起,這可能引起有害的耦合而影響電路的正常工作。
2.如何連接地線 通常在一個電子系統(tǒng)中,地線分為系統(tǒng)地、機(jī)殼地(屏蔽地)、數(shù)字地(邏輯地)和模擬地等幾種,在連接地線時 應(yīng)該注意以下幾點(diǎn):
1)正確選擇單點(diǎn)接地與多點(diǎn)接地。在低頻電路中,信號頻率小于 1MHz,布線和元件之間的電感可以忽略,而地線電路電阻上產(chǎn)生的壓降對電路影響較大,所以應(yīng)該采用單點(diǎn)接地法。 當(dāng)信號的頻率大于 10MHz 時,地線電感的影響較大,所以宜采用就近接地的多點(diǎn)接地法。 當(dāng)信號頻率在 1~10MHz 之間時,如果采用單點(diǎn)接地法,地線長度不應(yīng)該超過波長的 1/20,否則應(yīng)該采用多點(diǎn)接地。
2)數(shù)字地和模擬地分開。電路板上既有數(shù)字電路,又有模擬電路,應(yīng)該使它們盡量分開,而且地線不能混接,應(yīng)分別與電源的地線端連接(最好電源端也分別連接)。要盡量加大線性電路的面積。一般數(shù)字電路的抗干擾能力強(qiáng),TTL 電路的噪聲容限為 0.4~0.6V,CMOS 數(shù)字電路的噪聲容限為電源電壓的 0.3~0.45 倍,而模擬電路部分只要有微伏級的噪聲,就足以使其工作不正常。所以兩類電路應(yīng)該分開布局和布線。
3)盡量加粗地線。若地線很細(xì),接地電位會隨電流的變化而變化,導(dǎo)致電子系統(tǒng)的信號受到干擾,特別是模擬電路部分,因此地線應(yīng)該盡量寬,一般以大于 3mm 為宜。
4)將接地線構(gòu)成閉環(huán)。當(dāng)電路板上只有數(shù)字電路時,應(yīng)該使地線形成環(huán)路,這樣可以明顯提高抗干擾能力,這是因?yàn)楫?dāng)電路板上有很多集成電路時,若地線很細(xì),會引起較大的接地電位差,而環(huán)形地線可以減少接地電阻,從而減小接地電位差。
5)同一級電路的接地點(diǎn)應(yīng)該盡可能靠近,并且本級電路的電源濾波電容也應(yīng)該接在本級的接地點(diǎn)上。
6)總地線的接法。總地線必須嚴(yán)格按照高頻、中頻、低頻的順序一級級地從弱電到強(qiáng)電連接。高頻部分最好采用大面積包圍式地線,以保證有好的屏蔽效果。
抗干擾
具有微處理器的電子系統(tǒng),抗干擾和電磁兼容性是設(shè)計(jì)過程中必須考慮的問題,特別是對于時鐘頻率高、總線周期快的系統(tǒng);含有大功率、大電流驅(qū)動電路的系統(tǒng);含微弱模擬信號以及高精度 A/D 變換電路的系統(tǒng)。為增加系統(tǒng)抗電磁干擾能力應(yīng)考慮采取以下措施:
1)選用時鐘頻率低的微處理器。只要控制器性能能夠滿足要求,時鐘頻率越低越好,低的時鐘可以有效降低噪聲和提高系統(tǒng)的抗干擾能力。由于方波中包含各種頻率成分,其高頻成分很容易成為噪聲源,一般情況下,時鐘頻率 3 倍的高頻噪聲是最具危險性的。
2)減小信號傳輸中的畸變。當(dāng)高速信號(信號頻率高=上升沿和下降沿快的信號)在銅膜線上傳輸時,由于銅膜線電感和電容的影響,會使信號發(fā)生畸變,當(dāng)畸變過大時,就會使系統(tǒng)工作不可靠。一般要求,信號在電路板上傳輸?shù)你~膜線越短越好,過孔數(shù)目越少越好。典型值:長度不超過 25cm,過孔數(shù)不超過 2 個。
3)減小信號間的交叉干擾。當(dāng)一條信號線具有脈沖信號時,會對另一條具有高輸入阻抗的弱信號線產(chǎn)生干擾,這時需要對弱信號線進(jìn)行隔離,方法是加一個接地的輪廓線將弱信號包圍起來,或者是增加線間距離,對于不同層面之間的干擾可以采用增加電源和地線層面的方法解決。
4)減小來自電源的噪聲。電源在向系統(tǒng)提供能源的同時,也將其噪聲加到所供電的系統(tǒng)中,系統(tǒng)中的復(fù)位、中斷以及其它一些控制信號最易受外界噪聲的干擾,所以,應(yīng)該適當(dāng)增加電容來濾掉這些來自電源的噪聲。
5)注意電路板與元器件的高頻特性。在高頻情況下,電路板上的銅膜線、焊盤、過孔、電阻、電容、接插件的分布電感和電容不容忽略。由于這些分布電感和電容的影響,當(dāng)銅膜線的長度為信號或噪聲波長的 1/20 時,就會產(chǎn)生天線效應(yīng),對內(nèi)部產(chǎn)生電磁干擾,對外發(fā)射電磁波。 一般情況下,過孔和焊盤會產(chǎn)生 0.6pF 的電容,一個集成電路的封裝會產(chǎn)生 2~6pF 的電容,一個電路板的接插件會產(chǎn)生 520mH 的電感,而一個 DIP-24 插座有 18nH 的電感,這些電容和電感對低時鐘頻率的電路沒有任何影響,而對于高時鐘頻率的電路必須給予注意。
6)元件布置要合理分區(qū)。元件在電路板上排列的位置要充分考慮抗電磁干擾問題。原則之一就是各個元件之間的銅膜線要盡量的短,在布局上,要把模擬電路、數(shù)字電路和產(chǎn)生大噪聲的電路(繼電器、大電流開關(guān)等)合理分開,使它們相互之間的信號耦合最小。
7)處理好地線。按照前面提到的單點(diǎn)接地或多點(diǎn)接地方式處理地線。將模擬地、數(shù)字地、大功率器件地分開連接,再匯聚到電源的接地點(diǎn)。 電路板以外的引線要用屏蔽線,對于高頻和數(shù)字信號,屏蔽電纜兩端都要接地,低頻模擬信號用的屏蔽線,一般采用單端接地。對噪聲和干擾非常敏感的電路或高頻噪聲特別嚴(yán)重的電路應(yīng)該用金屬屏蔽罩屏蔽。
8)去耦電容。去耦電容以瓷片電容或多層陶瓷電容的高頻特性較好。設(shè)計(jì)電路板時,每個集成電路的電源和地線之間都要加一個去耦電容。去耦電容有兩個作用,一方面是本集成電路的儲能電容,提供和吸收該集成電路開門和關(guān)門瞬間的充放電電能,另一方面,旁路掉該器件產(chǎn)生的高頻噪聲。數(shù)字電路中典型的去耦電容為 0.1μF,這樣的電容有 5nH 的分布電感,可以對 10MHz 以下的噪聲有較好的去耦作用。一般情況下,選擇 0.01~0.1μF 的電容都可以。一般要求沒 10 片左右的集成電路增加一個 10μF 的充放電電容。 另外,在電源端、電路板的四角等位置應(yīng)該跨接一個 10~100μF 的電容。
高頻布線
為了使高頻電路板的設(shè)計(jì)更合理,抗干擾性能更好,在進(jìn)行 PCB 設(shè)計(jì)時應(yīng)從以下幾個方面考慮:
1)合理選擇層數(shù)。利用中間內(nèi)層平面作為電源和地線層,可以起到屏蔽的作用,有效降低寄生電感、縮短信號線長度、降低信號間的交叉干擾,一般情況下,四層板比兩層板的噪聲低 20dB。
2)走線方式。走線必須按照 45°角拐彎,這樣可以減小高頻信號的發(fā)射和相互之間的耦合。
3)走線長度。走線長度越短越好,兩根線并行距離越短越好。
4)過孔數(shù)量。過孔數(shù)量越少越好。
5)層間布線方向。層間布線方向應(yīng)該取垂直方向,就是頂層為水平方向,底層為垂直方向,這樣可以減小信號間的干擾。
6)敷銅。增加接地的敷銅可以減小信號間的干擾。
7)包地。對重要的信號線進(jìn)行包地處理,可以顯著提高該信號的抗干擾能力,當(dāng)然還可以對干擾源進(jìn)行包地處理,使其不能干擾其它信號。
8)信號線。信號走線不能環(huán)路,需要按照菊花鏈方式布線。
9)去耦電容。在集成電路的電源端跨接去耦電容。
10)高頻扼流。數(shù)字地、模擬地等連接公共地線時要接高頻扼流器件,一般是中心孔穿有導(dǎo)線的高頻鐵氧體磁珠。