模块印制电路板设计原则

来源:用户上传      作者: 王国卿

　　印制电路板(PCB)是电子产品中电路元件和器件的支撑件，它提供电路元件和器件之间的电气连接。随着电子技术的飞速发展，PCB的密废越来越高，数字器件正朝着高速、低耗、小体积、高抗干扰性的方向发展，这一发展趋势对印刷电路板的设计提出了很多新要求。特别应用在广播发射系统的模块需要有较强的抗干扰能力，因此，在进行PCB设计时.应严格遵守以下设计原则：
　　
　　1、印制电路板设计的布局原则：
　　
　　设计印制电路板(PcB)首先要考虑其尺寸大小，PCB尺寸过大时，印制线条长，阻抗增加，抗噪声能力下降，成本也增加；过小，则散热不好，且邻近线条易受干扰。在确定PCB尺寸后再确定特殊元件的位置。最后，根据电路的功能单元，对电路的全部元器件进行布局。
　　1.1在确定特殊元件的位置时要遵守以下原则：
　　(1)尽可能缩短高频元器件之间的连线，设法减少它们的分布参数和相互间的电磁干扰。易受干扰的元器件不能相互挨得太近.输入和输出元件应尽量远离。
　　(2)某些元器件或导线之间可能有较高的电位差，应加大它们之间的距离，以免放电引出意外短路。带高电压的元器件应尽量布置在调试时手不易触及的地方。
　　(3)重量超过15g的元器件应当用支架加以固定，然后焊接。那些又大又重、发热量多的元器件，不宜装在印制板上，而应装在整机的帆箱底板上，且应考虑散热问题，热敏元件应远离发热元件。
　　(4)对于电位器、可调电感线圈、可变电容器、微动开关等可调元件的布局应考虑整机的结构要求。若是机内调节，应放在印制板上方便于调节的地方；若是机外调节，其位置要与调节旋钮在机箱面板上的位置相适应。
　　(5)应留出印制扳定位孔及固定支架所占用的位置。
　　1.2根据电路的功能单元.对电路的全部元器件进行布局时，要符合以TN则：
　　(1)元器件的布局首先要考虑的一个因素就是电性能，把连线美系密切的元器件尽量放在一起，尤其对一些高速线，布局时就要使它尽可能地短，功率信号和小信号器件要分开。按照电路的流程安排各个动能电路单元的位置，使布局便于信号流通，并使信号尽可能保持一致的方向。
　　(2)以每个功能电路的核心元件为中心，围绕它来进行布局。元器件应均匀、整齐、紧凑地排列在PCB上.尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接。
　　(3)位于电路板边缘的元器件，离电路板边缘一般不小于2mm。电路板的最佳形状为矩形。长宽比为3：2或4：3。电路板面尺寸大干200x150mm时，应考虑电路板所受的机械强度。
　　
　　2、印制电路板设计的布线原则：
　　
　　(1)输入输出端用的导线应尽量避免相邻平行。最好加线间地线，以免生反馈藕合。
　　(2)印制导线的最小宽度主要由导线与绝缘基扳间的粘附强度和流过它们的电流值决定。当铜箔厚度为0.05mm、宽度为1～15mm时.通过2A的电流，温度不会高于3℃，因此导线宽度为1.5mm可满足要求。对于集成电路，尤其是数字电路，通常选O.02～0.3mm导线宽度。当然，只要允许，还是尽可能用宽线，尤其是电源线和地线。导线的最小间距主要由最坏情况下的线间绝缘电阻和击穿电压决定。对于集成电路，尤其是数字电路，只要工艺允许，可使间距小至5～8mm。
　　(3)印制导线拐弯处一般取圆弧形，而直角或夹角在高频电路中会影响电气性能。此外，尽量避免使用大面积铜箔，否则长时间受热时，易发生铜箔膨胀和脱落现象。必须用大面积铜箔时，最好用栅格状，这样有利于排除铜箔与基板间粘合剂受熟产生的挥发性气体。
　　
　　3、焊盘设计原则：
　　
　　焊盘中心孔要比器件引线直径稍大一些。焊盘太大易形成虚焊，焊盘外径D一般不小于(d+1.2)mm，其中d为引线孔径。对高密度的数字电路，焊盘最小直径可取(d+1.0)mm。
　　
　　4、抗千扰设计的原则：
　　
　　4.1电源线设计根据印制线路板电流的大小，尽量加粗电源线宽度，减少环路电阻，并使电源线、地线的走向和数据传递的方向一致，这样有助于增强抗噪声能力。
　　4.2地线设计的原则：
　　(1)数字地与模拟地分开。若线路板上既有逻辑电路又有线性电路，应使它们尽量分开。低频电路的地应尽量采用单点并联接地，实际布线有困难时可部分串联后再并联接地。高频电路宜采用多点串联接地，高额元件周围尽量用栅格状大面积地箔。
　　(2)接地线应尽量加粗。若接地线用很细的线条，则接地电位随电流的变化而变化，使抗噪性能降低。因此应将接地线加粗，使它能通过三倍于印制板上的允许电流。如有可能，接地线应在2～3mm以上。
　　(3)接地线构成闭环路。数字电路组成的印制板，其接地电路布成闭合环路，能有效提高抗噪声能力。
　　4.3 PCB设计的常规做法之一是在印制板的各个关键部位配置适当的退藕电容，退藕电容的一般配置原则是：
　　(1)电源输入端跨接10―100ul的电解电容器。如有可能，接100uF以上的更好。
　　(2)原则上每个集成电路芯片都应布置一个0.01pF的瓷片电容，如遇印制板空隙不够，可每4～8个芯片布置一个1～10pF的胆电容。
　　(3)对于抗噪能力弱、关断时电源变化大的器件，如RAM、ROM存储器件，应在芯片的电源线和地线之间直接接入退藕电容。
　　(4)电容引线不能太长，尤其是高频旁路电容不能有引线。
　　(5)在印制板中有接触器、继电器、按钮等元件，操作它们时均会产生较大火花放电，必须采用Rc电路来吸收放电电流。一般R取1～2K，c取2.2―47UF，另外，CMOS的输入阻抗很高，且易受感应，因此对不使用端，要接地或接正电源。
　　
　　5、高频电路设计原则
　　
　　5.1在高频下工作的电路，要考虑元器件之间的分布参数。
　　一般电路应尽可能使元器件平行排列。这样，不但美观.而且装焊容易.易于批量生产。高频电路往往集成度较高，布线密度大，采用多层板是降低干扰的有效手段。合理选择层数能大幅度降低印制板尺寸，能充分利用中间层来设置屏蔽，更好地实现就近接地，有效地降低寄生电感，有效缩短信号的传输长度，能大幅度降低信号间的交叉干扰等等。所有这些都能有效提高高频电路的可靠性。
　　5.2高频电路布线的引线最好采用垒直线，需要转折，可用45度折线或圆弧转折，减少高频信号对外的发射和相互问的耦合。
　　5.3高频电路器件管脚间的引线越短越好，高频电路器件管脚间的引线层间交替越少越好，高频电路布线要注意信号线近距离平行走线所引入的“交叉干扰”，若无法避免平行分布，可在平行信号线的反面布置大面积“地”来大幅度减少干扰。尽量加宽电源、地线宽度，最好是地线比电源线宽，它们的关系是：地线>电源线>信号线，
　　5.4对特别重要的信号线或局部单元实施地线包围的措施，各类信号走线不能形成环路，地线也不能形成电流环路。
　　5.5每个集成电路块的附近应设置一个高频退耦电容。
　　5.6数字电路与模拟电路的共地处理。现在有许多PCB不再是单一功能电路，而是由数字电路和模拟电路混合构成的。因此在布线时就需要考虑它们之间互相干扰问题，特别是地线上的噪音干扰。模拟地线、数字地线等接往公共地线时，要有高频扼流环节。在实际装配高频扼流环节时，可采用中心孔穿有导线的高频铁氧体磁珠。
　　总之，印制电路板的设计，在模块的研发中起着极为重要的作用，设计是否合理，直接影响到模块的性能指标和运行稳定性，必须严格遵循元件布局原则，布线原则，焊盘设计、抗干扰设计原则.若是高频电路，还需考虑高频电路设计原则。设计完成后，要经过严格检验和测试，确认达到标准后，才能投入生产和实际应用。

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