1.PCB布局与走线
论文
常见的PCB布局要点
1.放置滤波电容时遵循的的原则为:
放置的位置以靠近器件的引脚为最佳,电容的大小以从大到小以次靠近所要滤波的器件连接处,如一般使用的电容为10uF、1uF、0.1uF、0.01uF等,10倍的差额,靠近器件的位置放置容值小的电容,依次往外排列 ,电容的选择主要取决于电路工作的频段,小电容的选择和电路中的隔直耦合电容相同,这样可以使电路的匹配得到改善,当然,最佳电容的选择一定是根据实际的效果来定的,只要遵循“找源头,定频段,选容值”的原则,通常是可以顺利的解决干扰的问题。
①元件排列原则
1.在通常条件下,所有的元件均应布置在PCB的同一面上,只有在顶层元件过密时,才能将一些高度有限并且发热量小的元件(如贴片电阻、贴片电容、贴IC等)放在底层。
2.在保证电气性能的前提下,元件应放置在栅格上且相互平行或垂直排列,以求整齐、美观,一般情况下不允许元件重叠,元件排列要紧凑,输入元件和输出元件尽量分开远离,不要由现交叉。
3.某些元件或导线之间可能存在较高的电压,应加大它们的距离,以免因放电、击穿而引起意外短路,布局的时候尽可能地注意这些信号的布局空间。
4.带高电压的元件应尽量布置在调试时手不易触及的地方。
5.位于板边缘的元件,应该尽量做到离板边缘有两个板厚的距离。
6.元件在整个板面上应分布均匀,不要这一块区域密,另一块区域疏松,提高产品的可靠。
②按照信号走线布局原则
1.放置固定元件之后,按照信号的流向逐个安排各个功能电路单元的位置,以每个功能电路的核心元件为中心,围绕它进行局部布局。
2.元件的布局应便于信号流通,使信号尽可能保持一致的方向。在多数情况下,信号的流向安排为从左到右或从上到下,与输入、输出端直接相连的元件应当放在靠近输入、输出接插件或连接器的地方。
③防止电磁干扰
1.对于辐射电磁场较强的元件及对电磁感应较灵敏的元件,应加大它们相互之间的距离,或考虑添加屏蔽罩加以屏蔽。
2.尽量避免高、低电压元件相互混杂及强、弱信号的元件交错在一起。
3.对于会产生磁场的元件,如变压器、扬声器、电感等,布局时应注意减少磁力线对印制导线的切割,相邻元件磁场方向应相互垂直,减少彼此之间的耦合。
④抑制热干扰
1.对于发热元件,应优先安排在利于散热的位置,必要时可以单独设置散热器或小风扇,以降低温度,减少对邻近元件的影响,如图5-35所示。
2.一些功耗大的集成块、大功率管、电阻等,要布置在容易散热的地方,并与其他元件隔开一定距离。
3.热敏元件应紧贴被测元件并远离高温区域,以免受到其他发热功当量元件影响,引起误动作。
4.双面放置元件时,底层一般不放置发热元件。
固定元件的放置及交互式模块化布局:
①固定元件的放置
对于拔插的接插件,放置在板子的下方,方便顺手拔插。
对于显示部分,放置在上方,方便直观的读取。
对于按键部分,放置在右下角,方便右手进行按键。
结合结构工程师或者硬件工程师的功能规划进行调整 规划好固定元件之后,先对应地把相关功能模块的接插件摆放到位。
②交互式模块化布局
交互:点击“名称栏”中的PCB页面,右键选择“垂直分割”。将鼠标拖拽到原理图页面,点击一下,选择导航栏上的“工具”,点击“交叉选择模式”选项。此时,当框选原理图中的元件时,相应的PCB中的元件会高亮显示;当选中PCB中的元件时,相应的原理图中的元件也会被选中。
模块化:这里介绍一个元件排列的功能,即矩形元件放置框,可以在布局初期结合元件的交互,方便地把一堆杂乱的元件按模块分开并摆放在一定的区域内。利用这个功能,可以把原理图上所有的功能模块进行快速的分块。
当框选原理图中的元件,相应的PCB中的元件高亮显示后,点击选中其中一个高亮后的元件。点击“工具”,选择器件摆放-在矩形区域排列”,高亮的元件会全部出现在框选的区域中。
(STM32)核心模块布局要点:
一般来说PCB布局我们放置完固定器件之后,接下来就是放置我们的核心,只有核心部分定下来,才能够基于其他模块和核心的信号流向,决定其他模块的布局方向。核心部分一般有分为几个部分的布局。
基于固定器件和信号飞线确定核心芯片摆放方向,一般原则就是让信号越短越好,越顺越好。核心芯片的摆放方向确定IC芯片周围放置去耦电容的时候要将电容靠近IC的电源管脚,这样起到的滤波效果比较明显,不宜放置太远。
晶体的放置,布局整体紧凑,一般放置在主控的同一侧,靠近主控IC。尽量使电容分支要短(目的:减小寄生电容),晶振电路一般采用π型滤波形式,放置在晶振的前面。
电源模块的PCB布局要点:
PCB的电源是整个板卡的"血液",没有"血液"的PCB板卡是跑不起来的,需要我们重点关注。对于PCB布局我们从以下几点考虑:
1.分析电源模块输入/输出主路径
2.为了让输入输出路径更短,布局时按一字型或者L型摆放
3.电容按先大后小顺序摆放,就近输入/输出管脚
USB接口的PCB布局要点:
USB接口,通用串行总线,是连接计算机系统与外部设备的一种串口总线标准,也是一种输入输出接口的技术规范,被广泛地应用于个人电脑和移动设备等信息通讯产品,并扩展至摄影器材、数字电视(机顶盒)、游戏机等其它相关领域。
USB可以做为通讯作用也可以作为供电接口给设备进行供电。对于USB接口布局有如下要求:
1.为了方便插拔,USB接口靠近板边放置,并伸出板边一定位置,放置位置一般为板子的下方,方便用手进行拔插。
2.因为人体经常拔插,设计时经常用到ESD静电器件,一定要靠近USB接口,放置的顺序是ESD-共模电感-阻容;
3.对于VCC供电脚的电容,需要靠近供电脚摆放,同时注意USB的距离,留有1.5mm的间距,考虑后焊的情况。
TF卡的PCB布局要点:
TF卡是一种极细小的快闪存储器卡,常用应用在开发板中作为外扩存储模块,对于TF卡的布局,我们需要从以下几个方面考虑:
1.VCC_SD的电容需要靠近卡座引脚放置进行滤波,如果有多个电容,遵循先大后小的原则。
2.TF卡尽量放置在板边,方便插拔,
3.考虑到经常拔插,会从人体带入静电,建议原理设计的时候添加ESD器件,做静电防护,静电器件要靠近TF卡来放置,走线需要先经过ESD器件再进入SD卡,不要打孔穿。
其它功能单元的布局要点:
①按键的布局
按键的布局主要是考虑到后期按键的方便性或者结构的要求,所以对按键的布局要求一般总结为以下几点:
1.尽量靠近板边放置;
2.多个按键放置位置尽量拉开,以防止按键的时候冲突;
3.按键布局之后应标示按键的功能,以示区别。
②LED灯的布局
LED的布局也和按键也是一样的,主要是方便可读性,分辨LED亮灯时对应的开发板工作状态,所以总结如下几个点的布局要求。
1.尽量靠近板边放置;
2.旁边不应有太高的器件,防止挡住LED亮灯光;
3.布局时不要被放置局部模块下面,放置模块贴装后观察不到LED的亮灯;
4.LED布局之后应标示功能,方便辨别开发板的工作状态。