PCB 5大设计实用经验总结与PCB板设计中匹配电阻的作用解析.docx

PCB就好比电子电路的骨架和神经脉络，在电子工程项目中起着举足轻重的作用，但很多人对PCB设计并不了解或了解不够。我在大学那时候，就对电路板设计、硬件电路设计特别感兴趣，也学得比较认真。当时觉得毕业后能找到一份坐在办公室进行计算机绘图的工作是多么好。毕业后，也如愿进入了东莞一家汽车电子公司，从事电子研发的工作，包括制作BoM表、样机调试和PCB绘图工作。当时2002年毕业时，还没有PCB工程师这个工种，基本上就是什么事情都要会一点，包括原理图绘制、器件选型、PCB绘图、样板焊接、调试、BOM制作、作业指导书等，也从此走上了电子研发这条路。Ol原理图尽管优良的原理图不能保证好的布线，但是好的布线开始于优良的原理图。在绘制原理图时要深思熟虑，并且必须考虑整个电路的信号流向。如果在原理图中从左到右具有正常稳定的信号流，那么在PCB上也应具有同样好的信号流。在原理图上尽可能多给出有用的信息。因为有时候电路设计工程师不在，客户会要求我们帮助解决电路的问题，从事此工作的设计师、技术员和工程师都会非常感激，也包括我们。除了普通的参考标识符、功耗和误差容限外，原理图中还应该给出哪些信息呢?下面给出一些建议，可以将普通的原理图变成一流的原理图。加入波形、有关外壳的机械信息、印制线长度、空白区;标明哪些元件需要置于PCB上面;给出调整信息、元件取值范围、散热信息、控制阻抗印制线、注释、扼要的电路动作描述（以及其它）。02谁都别信如果不是你自己设计布线，一定要留出充裕的时间仔细检查布线人的设计。在这点上很小的预防抵得上一百倍的补救。不要指望布线的人能理解你的想法。在布线设计过程的初期你的意见和指导是最重要的。你能提供的信息越多，并且整个布线过程中你介入的越多，结果得到的PCB就会越好。给布线设计工程师设置一个暂定的完成点按照你想要的布线进展报告快速检查。这种“闭合环路”方法可以防止布线误入歧途，从而将返工的可能性降至最低。需要给布线工程师的指示包括：电路功能的简短描述，标明输入和输出位置的PCB略图，PCB层叠信息（例如，板子有多厚，有多少层，各信号层和接地平面的详细信息功耗、地线、模拟信号、数字信号和RF信号）;各层需要那些信号;要求重要元件的放置位置;旁路元件的确切位置;哪些印制线很重要;哪些线路需要控制阻抗印制线;哪些线路需要匹配长度;元件的尺寸;哪些印制线需要彼此远离（或靠近）;哪些线路需要彼此远离（或靠近）;哪些元器件需要彼此远离（或靠近）;哪些元器件要放在PCB的上面，哪些放在下面。永远不要抱怨需要给别人的信息太多太少吗?是;太多吗?不。分享一条学习经验：大约10年前，我设计一块多层的表面贴电路板板子的两面都有元件。用很多螺钉将板子固定在一个镀金的铝制外壳中（因为有很严格的防震指标）。提供偏置馈通的引脚穿过板子。该引脚是通过焊接线连接到PCB上的。这是一个很复杂的装置。板子上的一些元件是用于测试设定（SAT）的。但是我已经明确规定了这些元件的位置。你能猜出这些元件都安装在什么地方吗?对了，在板子的下面。当产品工程师和技术员不得不将整个装置拆开，完成设定后再将它们重新组装的时候，显得很不高兴。从那以后我再也没有犯过这种错误了。03位置正像在PCB中，位置决定一切。将一个电路放在PCB上的什么位置，将其具体的电路元件安装在什么位置，以及其相邻的其它电路是什么，这一切都非常重要。通常，输入、输出和电源的位置是预先确定好的，但是它们之间的电路就需要“发挥各自的创造性”了。这就是为什么注意布线细节将产生巨大回报的原因。从关键元件的位置入手，根据具体电路和整个PCB来考虑。从一开始就规定关键元件的位置以及信号的路径有助于确保设计达到预期的工作目标。一次就得到正确的设计可以降低成本和压力也就缩短了开发周期。另外，说点有意思的，PCB板上那些“特殊焊盘”第一个，泪滴焊盘I-I5R4>c=H仔湖认外粗前跖这几个*色内评盘的变化泪滴是焊盘与导线或者是导线与导孔之间的滴装连接过度，设置泪滴的目的是在电路板受到巨大外力的冲撞时，避免导线与焊盘或者导线与导孔的接触点断开，另外，设置泪滴也可使PCB电路板显得更加美观。teardrop的作用是避免信号线宽突然变小而造成反射，可使走线与元件焊盘之间的连接趋于平稳过渡化，解决了焊盘与走线之间的连接容易断裂的问题。1、焊接上，可以保护焊盘，避免多次焊接是焊盘的脱落2、加强连接的可靠性(生产是可以避免蚀刻不均，过孔偏位出现的裂缝等)3、平滑阻抗，减少阻抗的急剧跳变在电路板设计中，为了让焊盘更坚固，防止机械制板时焊盘与导线之间断开,常在焊盘和导线之间用铜膜布置一个过渡区，形状像泪滴，故常称做补泪滴(Teardrops)第二个，放电齿此物被称之为放电齿、放电间隙或者火花间隙。采用放电间隙(SParkgaPS)放电间隙是一对指向彼此相对的锐角的三角形，指尖相距最大IOmil最小6mil。一个三角形接地，另一个接到信号线。此三角形不是一种元件，而是由在PCB布线过程中使用铜箔层作出来的。这些三角形需设置在PCB板的顶层(componentside),且不能被防焊涂料所笼盖。1、在开关电源浪涌测试或者ESD测试时共模电感两端将产生高压，出现飞弧。若与周围器件间距较近，可能使周围器件损坏。因此可在其上并联一个放电管或压敏电阻限制其电压，从而起到灭弧的作用。放置防雷器件效果很好但是成本比较高。2、另一种办法是在PCB设计时，在共模电感两端加入放电齿，使得电感通过两放电尖端放电，避免通过其他路径放电，从而使得对周围和后级器件的影响减到最小。放电间隙不需要另外的成本，在画PCb板时画上去就可以了，但是需要特别留意的是此种形式的放电间隙为空气形式的放电间隙，只能在偶有ESD产生的环境中使用。若在经常有ESD发生的场合中使用，则放电间隙间会因为常常的放电而在两个三角点上产生积碳，并终极在放电间隙上造成短路，并造成信号线的永久对地短路，从而造成系统的故障。其实，PCB设计的乐趣有很多，只有去实践，才会有深刻体会。看到这篇文章，如果朋友们对PCB设计有任何感触，可以在评论下方留言一起交流。阻抗匹配阻抗匹配是指信号源或者传输线跟负载之间的一种合适的搭配方式。根据接入方式阻抗匹配有串行和并行两种方式；根据信号源频率阻抗匹配可分为低频和高频两种。高频信号一般使用串行阻抗匹配串行电阻的阻值为2075Q,阻值大小与信号频率成正比，与PCB走线宽度成反比。在嵌入式系统中,一般频率大于20M的信号且PCB走线长度大于5cm时都要加串行匹配电阻，例如系统中的时钟信号、数据和地址总线信号等。串行匹配电阻的作用有两个：减少高频噪声以及边沿过冲。如果一个信号的边沿非常陡峭，则含有大量的高频成分，将会辐射干扰，另外，也容易产生过冲。串联电阻与信号线的分布电容以及负载输入电容等形成一个RC电路，这样就会降低信号边沿的陡峭程度。减少高频反射以及自激振荡。当信号的频率很高时，则信号的波长就很短，当波长短得跟传输线长度可以比拟时，反射信号叠加在原信号上将会改变原信号的形状。如果传输线的特征阻抗跟负载阻抗不相等(即不匹配)时，在负载端就会产生反射，造成自激振荡。PCB板内走线的低频信号直接连通即可，一般不需要加串行匹配电阻。并行阻抗匹配又叫“终端阻抗匹配”一般用在输入/输出接口端，主要指与传输电缆的阻抗匹配。例如，LVDS与RS422/485使用5类双绞线的输入端匹配电阻为100120Q；视频信号使用同轴电缆的匹配电阻为75。或50。、使用扁平电缆为300Q。并行匹配电阻的阻值与传输电缆的介质有关，与长度无关，其主要作用也是防止信号反射、减少自激振荡。值得一提的是，阻抗匹配可以提高系统的EMI性能。此外，解决阻抗匹配除了使用串/并联电阻外，还可使用变压器来做阻抗变换，典型的例子如以太网接口、CAN总线等。零欧姆电阻最简单的是做跳线用，如果某段线路不用，直接不焊接该电阻即可（不影响外观）。在匹配电路参数不确定的时候，以零欧姆代替，实际调试的时候，确定参数,再以具体数值的元件代替。想测某部分电路的工作电流时，可以去掉零欧姆电阻，接上电流表，这样方便测量电流。在布线时，如果实在布不过去了，也可以加一个零欧姆的电阻起跨接作用。在高频信号网络中，充当电感或电容（起阻抗匹配作用，零欧姆电阻也有阻抗）。充当电感用时，主要是解决EMC问题。单点接地，例如模拟地与数字地的单点对接共地。配置电路，可以取代跳线和拨码开关。有时用户会乱动设置，易引起误会，为了减少维护费用，应用零欧姆电阻代替跳线等焊在板子上。系统调试用，例如将系统分成几个模块，模块间的电源与地用零欧姆电阻分开，调试阶段发现电源或地短路时，去掉零欧姆电阻可缩小查找范围。上述功能也可使用“磁珠”替代。零欧姆电阻与磁珠虽然功能上有点类似，但存在本质差别，前者呈阻抗特性，后者呈感抗特性。磁珠一般用在电源与地网络中，有滤波作用。