教你怎樣做一塊好的PCB板

文章來源:恒光電器

發(fā)布時(shí)間:2014-03-13

瀏覽次數(shù):次

 大家都知道理做PCB板就是把設(shè)計(jì)好的原理圖變成一塊實(shí)實(shí)在在的PCB電路板,請別小看這一過程,有很多原理上行得通的東西在工程中卻難以實(shí)現(xiàn),或是別人能實(shí)現(xiàn)的東西另一些人卻實(shí)現(xiàn)不了,因此說做一塊PCB板不難,但要做好一塊PCB板卻不是一件容易的事情,。


微電子領(lǐng)域的兩大難點(diǎn)在于高頻信號和微弱信號的處理,在這方面PCB制作水平就顯得尤其重要,同樣的原理設(shè)計(jì),同樣的元器件,不同的人制作出來的PCB就具有不同的結(jié)果,那么如何才能做出一塊好的PCB板呢?根據(jù)我們以往的經(jīng)驗(yàn),想就以下幾方面談?wù)勛约旱目捶?


一:要明確設(shè)計(jì)目標(biāo)
接受到一個(gè)設(shè)計(jì)任務(wù),首先要明確其設(shè)計(jì)目標(biāo),是普通的PCB板、高頻PCB板,、小信號處理PCB板還是既有高頻率又有小信號處理的PCB板,，如果是普通的 PCB板,只要做到布局布線合理整齊,機(jī)械尺寸準(zhǔn)確無誤即可,如有中負(fù)載線和長線,就要采用一定的手段進(jìn)行處理,減輕負(fù)載,長線要加強(qiáng)驅(qū)動,重點(diǎn)是防止長線反射。
當(dāng)板上有超過40MHz的信號線時(shí),，就要對這些信號線進(jìn)行特殊的考慮,，比如線間串?dāng)_等問題。如果頻率更高一些,，對布線的長度就有更嚴(yán)格的限制,，企業(yè)資訊，店鋪照明,，根據(jù)分布參數(shù)的網(wǎng)絡(luò)理論,，高速電路與其連線間的相互作用是決定性因素，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)不能忽略,。隨著門傳輸速度的提高,，在信號線上的反對將會相應(yīng)增加，相鄰信號線間的串?dāng)_將成正比地增加,，通常高速電路的功耗和熱耗散也都很大,，在做高速PCB時(shí)應(yīng)引起足夠的重視。
當(dāng)板上有毫伏級甚至微伏級的微弱信號時(shí),，對這些信號線就需要特別的關(guān)照,，小信號由于太微弱，非常容易受到其它強(qiáng)信號的干擾,，屏蔽措施常常是必要的,，行業(yè)資訊，否則將大大降低信噪比,。以致于有用信號被噪聲淹沒,，不能有效地提取出來。
對板子的調(diào)測也要在設(shè)計(jì)階段加以考慮,，測試點(diǎn)的物理位置,，測試點(diǎn)的隔離等因素不可忽略，因?yàn)橛行┬⌒盘柡透哳l信號是不能直接把探頭加上去進(jìn)行測量的,。
此外還要考慮其他一些相關(guān)因素,，如板子層數(shù),，采用元器件的封裝外形，板子的機(jī)械強(qiáng)度等,。在做PCB板子前,，國內(nèi)資訊，要做出對該設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)目標(biāo)心中有數(shù),。


二,。了解所用元器件的功能對布局布線的要求
我們知道，LED天花燈,，有些特殊元器件在布局布線時(shí)有特殊的要求,，比如LOTI和APH所用的模擬信號放大器，模擬信號放大器對電源要求要平穩(wěn),、紋波小,。模擬小信號部分要盡量遠(yuǎn)離功率器件。在OTI板上,，小信號放大部分還專門加有屏蔽罩,，把雜散的電磁干擾給屏蔽掉。NTOI板上用的Glink芯片采用的是ECL工藝,，功耗大發(fā)熱厲害,，對散熱問題必須在布局時(shí)就必須進(jìn)行特殊考慮，若采用自然散熱,，就要把Glink芯片放在空氣流通比較順暢的地方,，而且散出來的熱量還不能對其它芯片構(gòu)成大的影響。如果板子上裝有喇叭或其他大功率的器件,，有可能對電源造成嚴(yán)重的污染這一點(diǎn)也應(yīng)引起足夠的重視.


三. 元器件布局的考慮
元器件的布局首先要考慮的一個(gè)因素就是電性能，把連線關(guān)系密切的元器件盡量放在一起,，尤其對一些高速線,，布局時(shí)就要使它盡可能地短，功率信號和小信號器件要分開,。在滿足電路性能的前提下,，還要考慮元器件擺放整齊、美觀,，便于測試,，板子的機(jī)械尺寸，插座的位置等也需認(rèn)真考慮,。
高速系統(tǒng)中的接地和互連線上的傳輸延遲時(shí)間也是在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)首先要考慮的因素,。信號線上的傳輸時(shí)間對總的系統(tǒng)速度影響很大，特別是對高速的ECL電路,，雖然集成電路塊本身速度很高,，但由于在底板上用普通的互連線(每30cm線長約有2ns的延遲量)帶來延遲時(shí)間的增加,，可使系統(tǒng)速度大為降低.象移位寄存器，同步計(jì)數(shù)器這種同步工作部件最好放在同一塊插件板上,，國內(nèi)資訊,，LED天花燈，因?yàn)榈讲煌�插件板上的時(shí)鐘信號的傳輸延遲時(shí)間不相等,，可能使移位寄存器產(chǎn)主錯(cuò)誤,，若不能放在一塊板上，則在同步是關(guān)鍵的地方,，從公共時(shí)鐘源連到各插件板的時(shí)鐘線的長度必須相等,。


四，對布線的考慮
隨著OTNI和星形光纖網(wǎng)的設(shè)計(jì)完成,，以后會有更多的100MHz以上的具有高速信號線的板子需要設(shè)計(jì),，這里將介紹高速線的一些基本概念。


1.傳輸線
印制電路板上的任何一條“長”的信號通路都可以視為一種傳輸線,。如果該線的傳輸延遲時(shí)間比信號上升時(shí)間短得多,，那么信號上升期間所產(chǎn)主的反射都將被淹沒。不再呈現(xiàn)過沖,、反沖和振鈴,，對現(xiàn)時(shí)大多數(shù)的MOS電路來說，由于上升時(shí)間對線傳輸延遲時(shí)間之比大得多,，所以走線可長以米計(jì)而無信號失真,。而對于速度較快的邏輯電路，特別是超高速ECL
集成電路來說,，家用照明,，由于邊沿速度的增快，若無其它措施,，走線的長度必須大大縮短,，以保持信號的完整性。
有兩種方法能使高速電路在相對長的線上工作而無嚴(yán)重的波形失真,，TTL對快速下降邊沿采用肖特基二極管箝位方法,，使過沖量被箝制在比地電位低一個(gè)二極管壓降的電平上，這就減少了后面的反沖幅度,，較慢的上升邊緣允許有過沖,，但它被在電平“H”狀態(tài)下電路的相對高的輸出阻抗(50～80Ω)所衰減。此外,，由于電平 “H”狀態(tài)的抗擾度較大,，LED筒燈，使反沖問題并不十分突出，對HCT系列的器件,，若采用肖特基二極管箝位和串聯(lián)電阻端接方法相結(jié)合,，其改善的效果將會更加明顯。
當(dāng)沿信號線有扇出時(shí),，在較高的位速率和較快的邊沿速率下,，上述介紹的TTL整形方法顯得有些不足。因?yàn)榫�中存在著反射波,，它們在高位速率下將趨于合成,，從而引起信號嚴(yán)重失真和抗干擾能力降低。因此,，為了解決反射問題,，在ECL系統(tǒng)中通常使用另外一種方法：線阻抗匹配法。用這種方法能使反射受到控制,，信號的完整性得到保證,。
嚴(yán)格他說，對于有較慢邊沿速度的常規(guī)TTL和CMOS器件來說,，傳輸線并不是十分需要的.對有較快邊沿速度的高速ECL器件,，傳輸線也不總是需要的。但是當(dāng)使用傳輸線時(shí),，它們具有能預(yù)測連線時(shí)延和通過阻抗匹配來控制反射和振蕩的優(yōu)點(diǎn),。1
決定是否采用傳輸線的基本因素有以下五個(gè)。它們是： (1)系統(tǒng)信號的沿速率,，裝修照明,， (2)連線距離,(3)容性負(fù)載(扇出的多少)， (4)電阻性負(fù)載(線的端接方式);(5)允許的反沖和過沖百分比(交流抗擾度的降低程度),。


2.傳輸線的幾種類型
(1)同軸電纜和雙絞線：它們經(jīng)常用在系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的連接,。同軸電纜的特性阻抗通常有50Ω和75Ω，雙絞線通常為110Ω,。
(2)印制板上的微帶線
微帶線是一根帶狀導(dǎo)(信號線).與地平面之間用一種電介質(zhì)隔離開,。如果線的厚度、寬度以及與地平面之間的距離是可控制的,，則它的特性阻抗也是可以控制的。
單位長度微帶線的傳輸延遲時(shí)間,，僅僅取決于介電常數(shù)而與線的寬度或間隔無關(guān),。
(3)印制板中的帶狀線
帶狀線是一條置于兩層導(dǎo)電平面之間的電介質(zhì)中間的銅帶線。如果線的厚度和寬度,、介質(zhì)的介電常數(shù)以及兩層導(dǎo)電平面間的距離是可控的,，那么線的特性阻抗也是可控的， 同樣,，單位長度帶狀線的傳輸延遲時(shí)間與線的寬度或間距是無關(guān)的;僅取決于所用介質(zhì)的相對介電常數(shù),。


3.端接傳輸線
在一條線的接收端用一個(gè)與線特性阻抗相等的電阻端接,，則稱該傳輸線為并聯(lián)端接線。它主要是為了獲得最好的電性能,，包括驅(qū)動分布負(fù)載而采用的,。
有時(shí)為了節(jié)省電源消耗，對端接的電阻上再串接一個(gè)104電容形成交流端接電路,，它能有效地降低直流損耗,。
在驅(qū)動器和傳輸線之間串接一個(gè)電阻，而線的終端不再接端接電阻,，這種端接方法稱之為串聯(lián)端接,。較長線上的過沖和振鈴可用串聯(lián)阻尼或串聯(lián)端接技術(shù)來控制.串聯(lián)阻尼是利用一個(gè)與驅(qū)動門輸出端串聯(lián)的小電阻(一般為10～75Ω)來實(shí)現(xiàn)的.這種阻尼方法適合與特性阻抗來受控制的線相聯(lián)用(如底板布線， led室內(nèi)照明,， led服裝照明,，無地平面的電路板和大多數(shù)繞接線等。
串聯(lián)端接時(shí)串聯(lián)電阻的值與電路(驅(qū)動門)輸出阻抗之和等于傳輸線的特性阻抗.串聯(lián)聯(lián)端接線存在著只能在終端使用集總負(fù)載和傳輸延遲時(shí)間較長的缺點(diǎn).但是,，這可以通過使用多余串聯(lián)端接傳輸線的方法加以克服,。


4.非端接傳輸線
如果線延遲時(shí)間比信號上升時(shí)間短得多，可以在不用串聯(lián)端接或并聯(lián)端接的情況下使用傳輸線,，如果一根非端接線的雙程延遲(信號在傳輸線上往返一次的時(shí)間)比脈沖信號的上升時(shí)間短,，那么由于非端接所引起的反沖大約是邏輯擺幅的15%。最大開路線長度近似為：
Lmax
式中：tr為上升時(shí)間
tpd為單位線長的傳輸延遲時(shí)間


5.幾種端接方式的比較
并聯(lián)端接線和串聯(lián)端接線都各有優(yōu)點(diǎn),，究竟用哪一種,，還是兩種都用，這要看設(shè)計(jì)者的愛好和系統(tǒng)的要求而定,。
并聯(lián)端接線的主要優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)速度快和信號在線上傳輸完整無失真,。長線上的負(fù)載既不會影響驅(qū)動長線的驅(qū)動門的傳輸延遲時(shí)間，又不會影響它的信號邊沿速度,，但將使信號沿該長線的傳輸延遲時(shí)間增大,。在驅(qū)動大扇出時(shí)，負(fù)載可經(jīng)分支短線沿線分布,，而不象串聯(lián)端接中那樣必須把負(fù)載集總在線的終端,。
串聯(lián)端接方法使電路有驅(qū)動幾條平行負(fù)載線的能力，串聯(lián)端接線由于容性負(fù)載所引起的延遲時(shí)間增量約比相應(yīng)并聯(lián)端接線的大一倍,，而短線則因容性負(fù)載使邊沿速度放慢和驅(qū)動門延遲時(shí)間增大,，但是，串聯(lián)端接線的串?dāng)_比并聯(lián)端接線的要小,，CE認(rèn)證,，其主要原因是沿串聯(lián)端接線傳送的信號幅度僅僅是二分之一的邏輯擺幅，因而開關(guān)電流也只有并聯(lián)端接的開關(guān)電流的一半，信號能量小串?dāng)_也就小,。


五.PCB板的布線技術(shù)
做PCB時(shí)是選用雙面板還是多層板,，要看最高工作頻率和電路系統(tǒng)的復(fù)雜程度以及對組裝密度的要求來決定。在時(shí)鐘頻率超過200MHZ時(shí)最好選用多層板,。如果工作頻率超過350MHz,，最好選用以聚四氟乙烯作為介質(zhì)層的印制電路板，因?yàn)樗�的高頻衰耗要小些,，寄生電容要小些,，傳輸速度要快些，還由于Z0較大而省功耗,，LED筒燈,，對印制電路板的走線有如下原則要求
(1)所有平行信號線之間要盡量留有較大的間隔，以減少串?dāng)_,。如果有兩條相距較近的信號線,，最好在兩線之間走一條接地線，這樣可以起到屏蔽作用,。
(2) 設(shè)計(jì)信號傳輸線時(shí)要避免急拐彎,，以防傳輸線特性阻抗的突變而產(chǎn)生反射，要盡量設(shè)計(jì)成具有一定尺寸的均勻的圓弧線,。
(3) 印制線的寬度可根據(jù)上述微帶線和帶狀線的特性阻抗計(jì)算公式計(jì)算,，印制電路板上的微帶線的特性阻抗一般在50～120Ω之間。要想得到大的特性阻抗,，線寬必須做得很窄,。但很細(xì)的線條又不容易制作。綜合各種因素考慮,，一般選擇68Ω左右的阻抗值比較合適,，因?yàn)檫x擇68Ω的特性阻抗，可以在延遲時(shí)間和功耗之間達(dá)到最佳平衡,。一條50Ω的傳輸線將消耗更多的功率;較大的阻抗固然可以使消耗功率減少,，但會使傳輸延遲時(shí)間憎大。由于負(fù)線電容會造成傳輸延遲時(shí)間的增大和特性阻抗的降低,。但特性阻抗很低的線段單位長度的本征電容比較大,，所以傳輸延遲時(shí)間及特性阻抗受負(fù)載電容的影響較小。具有適當(dāng)端接的傳輸線的一個(gè)重要特征是,，分枝短線對線延遲時(shí)間應(yīng)沒有什么影響,。當(dāng)Z0為50Ω時(shí)。分枝短線的長度必須限制在2.5cm以內(nèi).以免出現(xiàn)很大的振鈴,。
(4)對于雙面板(或六層板中走四層線).電路板兩面的線要互相垂直，以防止互相感應(yīng)產(chǎn)主串?dāng)_。
(5)印制板上若裝有大電流器件,，如繼電器,、指示燈、喇叭等,，它們的地線最好要分開單獨(dú)走,，以減少地線上的噪聲，這些大電流器件的地線應(yīng)連到插件板和背板上的一個(gè)獨(dú)立的地總線上去,，設(shè)計(jì),，而且這些獨(dú)立的地線還應(yīng)該與整個(gè)系統(tǒng)的接地點(diǎn)相連接。
(6)如果板上有小信號放大器,，則放大前的弱信號線要遠(yuǎn)離強(qiáng)信號線,，而且走線要盡可能地短，如有可能還要用地線對其進(jìn)行屏蔽,。