如何改善PCB設(shè)計的基本問題和技巧？

在設(shè)計PCB時，我們通常會依賴以前在網(wǎng)上通常會找到的經(jīng)驗和技巧。每個PCB設(shè)計都可以針對特定應(yīng)用進(jìn)行優(yōu)化，通常，其設(shè)計規(guī)則僅適用于目標(biāo)應(yīng)用。例如，模數(shù)轉(zhuǎn)換器PCB規(guī)則不適用于RF PCB，反之亦然。但是，某些準(zhǔn)則對于任何PCB設(shè)計都可以視為通用的。在這里，在本教程中，我們將介紹一些可以顯著改善PCB設(shè)計的基本問題和技巧。

電源和信號分配

配電是任何電氣設(shè)計中的關(guān)鍵要素。您所有的組件都依靠力量來發(fā)揮其功能。根據(jù)您的設(shè)計，某些元件可能具有最佳的電源連接，而在同一塊板上的某些元件可能具有最差的電源連接。例如，如果所有組件都由一條走線供電，則每個組件將觀察到不同的阻抗，從而導(dǎo)致多個接地參考。例如，如果您有兩個ADC電路，一個在開始，另一個在末尾，并且兩個ADC都讀取一個外部電壓，則每個模擬電路將讀取相對于它們自己的不同電勢。

我們可以用3種可能的方式總結(jié)功率分布：單點(diǎn)源，星形源和多點(diǎn)源。

（a）單點(diǎn)電源：每個組件的電源和地線均彼此分開。所有組件的電源走線僅在單個參考點(diǎn)匯合。單點(diǎn)被認(rèn)為是最適合功率的。但是，對于復(fù)雜或大型/中型項目，這是不可行的。

（b）星源：星源可以看作是單點(diǎn)源的改進(jìn)。由于其關(guān)鍵特性，它有所不同：組件之間的走線長度相同。星型連接通常用于帶有各種時鐘的復(fù)雜高速信號板。在高速信號PCB中，信號通常來自邊緣，然后到達(dá)中心。所有信號都可以從中心傳到電路板的任何區(qū)域，并且區(qū)域之間的延遲最小。

（c）多點(diǎn)源：在任何情況下都被認(rèn)為是最差的。但是，它最容易在任何電路中使用。多點(diǎn)源可能會在組件之間以及公共阻抗耦合中產(chǎn)生參考差異。這種設(shè)計風(fēng)格還允許高開關(guān)IC，時鐘和RF電路在共享連接的附近電路中引入噪聲。

當(dāng)然，在我們的日常生活中，我們將無法總是擁有單一類型的分布。我們可以取得的最佳折衷是將單點(diǎn)源與多點(diǎn)源混合在一起。你可以將模擬敏感設(shè)備和高速/ RF系統(tǒng)放在一個點(diǎn)中，同時將所有其他不那么敏感的外圍設(shè)備都放在一個點(diǎn)中。

動力飛機(jī)

您是否想過是否應(yīng)該使用電源飛機(jī)？答案是肯定的。電源板是傳遞功率并降低任何電路的噪聲的最佳方法之一。電源平面縮短了接地路徑，降低了電感，提高了電磁兼容性（EMC）性能。還應(yīng)歸功于，兩側(cè)的電源平面還會產(chǎn)生一個平行板去耦電容器，從而防止了噪聲傳播。

電源板還有一個明顯的優(yōu)勢：由于面積較大，它允許更大的電流通過，從而增加了PCB的工作溫度范圍。但請注意：電源層可改善工作溫度，但也必須考慮走線。跟蹤規(guī)則由IPC-2221和IPC-9592給出

對于帶有RF源的PCB（或任何高速信號應(yīng)用），您必須具有完整的接地層以提高電路板的性能。信號必須位于不同的平面上，并且使用兩層板幾乎不可能同時達(dá)到兩個要求。如果要設(shè)計天線或任何低復(fù)雜度的RF板，則可以使用兩層來實(shí)現(xiàn)。下圖顯示了您的PCB如何更好地使用這些平面的圖示。

在混合信號設(shè)計中，制造商通常建議將模擬地與數(shù)字地分開。靈敏的模擬電路很容易受到高速開關(guān)和信號的影響。如果模擬和數(shù)字接地不同，則接地平面將分開。但是，有如下缺點(diǎn)。我們應(yīng)該注意主要是由接地平面的不連續(xù)性造成的分割地面的串?dāng)_和環(huán)路區(qū)域。下圖顯示了兩個分開的接地平面的示例。在左側(cè)，返回電流無法沿著信號走線直接通過，因此會出現(xiàn)環(huán)路區(qū)域，而不會在右側(cè)環(huán)路區(qū)域進(jìn)行設(shè)計。

電磁兼容性和電磁干擾（EMI）

對于高頻設(shè)計（例如RF系統(tǒng)），EMI可能是一個很大的缺點(diǎn)。前面討論的接地層有助于減輕EMI，但是根據(jù)您的PCB，接地層可能會帶來其他問題。在具有四層或更多層的疊層板中，飛機(jī)的距離至關(guān)重要。當(dāng)平面間電容小時，電場將在板上擴(kuò)展。同時，兩個平面之間的阻抗減小，允許返回電流流到信號平面。這將對穿過平面的任何高頻信號產(chǎn)生EMI。

避免產(chǎn)生EMI的簡單解決方案是：防止高速信號穿越多層。添加去耦電容器；并在信號走線周圍放置接地過孔。下圖顯示了具有高頻信號的良好PCB設(shè)計。

過濾噪音

旁路電容器和鐵氧體磁珠是用于過濾任何組件產(chǎn)生的噪聲的電容器。基本上，如果在任何高速應(yīng)用中使用，則任何I / O引腳都可能成為噪聲源。為了更好地利用這些內(nèi)容，我們將不得不注意以下幾點(diǎn)：

始終將鐵氧體磁珠和旁路電容器放置在盡可能靠近噪聲源的位置。

當(dāng)我們使用自動放置和自動布線時，應(yīng)該考慮距離來進(jìn)行檢查。

避免過孔和過濾器與組件之間的任何其他走線。

如果有接地層，請使用多個通孔將其正確接地。

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