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PCB電路板設計原則探究

發布時間:2023-09-22

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       在當今的高科技時代,PCB(Printed Circuit Board,印刷電路板)作為電子設備的核心組件,其設計原則和布局方式對于電子設備的性能和穩定性具有至關重要的影響。本文將詳細探討PCB電路板設計的若干原則。


       首先,PCB布局設計應充分遵守沿信號流向直線放置的設計原則。在信號傳輸過程中,盡量減少來回環繞,避免信號線的直接耦合,以影響信號質量。同時,對關鍵信號線(如時鐘線、總線等)進行特別處理,如采用直角或銳角走線,遠離干擾源,減小信號回路面積等,以降低電磁干擾(EMI)和信號反射的發生。


       其次,接口電路的濾波、防護以及隔離器件應該靠近接口放置。這樣可以有效實現防護、濾波和隔離的效果。若接口處既有濾波又有防護電路,應遵循先防護后濾波的原則。由于防護電路可防止外來過壓和過流損害,如果將其放置在濾波電路之后,濾波電路可能被過壓和過流所損壞。


       第三,當PCB時鐘頻率超過5MHZ或信號上升時間小于5ns時,一般需要使用多層板設計。這是因為多層板設計能更好地控制信號回路面積,從而降低信號串擾和輻射。


       第四,在多層板設計中,關鍵布線層(如時鐘線、總線、接口信號線等)應與完整地平面相鄰,且優選兩地平面之間。關鍵信號線一般具有較強的輻射或敏感性,靠近地平面布線能夠減小其信號回路面積,從而降低輻射強度或提高抗干擾能力。


       第五,多層板中,電源平面應相對于其相鄰地平面內縮5H-20H(H為電源和地平面的距離)。這樣可使電源平面相對于其回流地平面內縮,有效抑制邊緣輻射問題。


       第六,在分層設計時,應盡量避免布線層相鄰的設置。如果無法避免,應適當拉大兩布線層之間的層間距,縮小布線層與其信號回路之間的層間距。相鄰布線層上的平行信號走線會導致信號串擾。


       此外,對于晶體、晶振、繼電器、開關電源等強輻射器件,應遠離單板接口連接器至少1000mil。這類器件會直接向外輻射或在外出電纜上耦合出電流來向外輻射,因此必須采取措施以降低其對敏感電路的影響。


       同時,敏感電路或器件(如復位電路、WATCHDOG電路等)也應遠離單板各邊緣特別是單板接口側邊緣至少1000mil。這類電路極易受到外來干擾(如靜電),因此必須將其放置在較為安全的位置。


       在走線設計上,應避免直角或銳角走線。直角走線會導致阻抗不連續,導致信號發射,從而產生振鈴或過沖,形成強烈的EMI輻射。此外,盡可能避免相鄰布線層的層設置,無法避免時,盡量使兩布線層中的走線相互垂直或平行走線長度小于1000mil,以減小平行走線之間的串擾。


       關鍵信號走線一定不能跨分割區走線(包括過孔、焊盤導致的參考平面間隙)??绶指顓^走線會導致信號回路面積的增大。信號線(特別是關鍵信號線)換層時,應在其換層過孔附近設計地過孔,以減小信號回路面積。


       總的來說,PCB電路板的設計原則是一個綜合性的問題,需要結合具體的情況進行考慮。只有在充分理解并遵守這些設計原則的情況下,才能設計出性能優良、穩定的電子設備。


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