文档介绍：高速PCB布板原则
随着系统设计复杂性和集成度的大规模提高,总线的工作频率己经达到或者超过50MHz,有的甚至超过100MHz。通常认为如果数字逻辑电路的频率达到或者超过45MHz~50MHz,而且工作在这个频率之上的电路己经占到了整个电子系统一定的份量(如1/3),就称为高速电路。目前世界上约有50%的设计时钟频率超过50MHz。将近20%的设计主频超过120MHz。当系统工作在50MHz时,将产生传输线效应和信号的完整性问题;而当系统时钟达到120MHz时,除非使用高速电路设计,否则基于传统方法设计的PCB将无法工作。因此,高速电路设计技术已经成为PCB板设计师必须采取的设计手段。
在高速板的布局布线中,要使电子电路获得最佳性能,元器件的布局及导线的布线是很重要的。为了设计出质量高、造价低的PCB板,应遵循以下原则:
①设计好最佳布局
②调整好PCB板的走线和焊盘
③处理好印制导线的屏蔽与接地
④配置好去耦电容
⑤选择好合适的板材与板厚
要考虑PCB板尺寸的大小。PCB尺寸过大时,印制线条长,阻抗增加,抗噪声能力下降,成本也增加;过小,则散热不好,且邻近线条易受干扰。在确定PCB尺寸后,确定特殊元件的位置。最后,根据电路的功能单元,对电路的全部元器件进行布局。在确定特殊元件的位置及对电路的全部元器件进行布局时,要注意以下4点:
①设计好最佳布局
1)以每个功能电路的核心元件为中心,围绕它来进行布局。元器件应均匀、整齐、紧凑地排列在PCB上,尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接。按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置,使布局便于信号流通,并使信号尽可能保持一致的方向。
2)是要尽可能缩短高频元器件之间的连线。设法减少高频元器件的分布参数和相互间的电磁干扰,易受干扰的元器件不能相互挨得太近,输入和输出元件应尽量远离。由于某些元器件或导线之间可能有较高的电位差,应加大它们之间的距离,以免放电引出意外短路。带高电压的元器件应尽量布置在调试时手不易触及的地方。
3)是对于重量超过15g的元器件、应当用支架加以固定,然后焊接。那些又大又重、发热量多的元器件,不宜装在印制板上,而应装在整机的机箱底板上,且应考虑散热问题。热敏元件应远离发热元件。在高频下工作的电路,要考虑元器件之间的分布参数。一般电路应尽可能使元器件平行排列。这样,不但美观,而且装焊容易,易于批量生产。
4)是位于电路板边缘的元器件,离电路板边缘一般不小于5mm。电路板的最佳形状为矩形。长宽比为3: 2或4: 3。电路板面尺寸大于200mm×150mm时,应考虑电路板所受的机械强度。还要留出印制板定位孔及固定支架所占用的位置。
②调整好PCB板的走线和焊盘
印制导线的布设应尽可能的短,在高频回路中更应如此;印制导线的拐弯应成圆角,而直角或尖角在高频电路和布线密度高的情况下会影响电气性能:当双面板布线时,两面的导线应相互垂直、斜交、或弯曲走线,避免相互平行,以减小寄生藕合;作为电路的输入及输出用的印制导线应尽量避免相邻平行,以免发生回授,在这些导线之间最好加接地线。保持整块PCB板上布线密度的大体平衡密度,以控制串扰,局部过密的布线对避免串扰显然是不利的。
导线宽度应以能满足电气性能要求而又便于生产为宜,它的最小值以承受的电流大小而定,,在高密度、高精度的印制线路中, mm;导线宽度在大电流情况下还要考虑其温升,保持整块电路板上功耗的大体平衡。如果板材区域冷热差别太大,信号线极易因板材的热胀冷缩而断裂。单面板实验表明,当铜箔厚度为50um、导线宽度1~、通过电流2A时,温升很小,不会超过3摄氏度。因此,一般选用1~ mm宽度导线就可能满足设计要求而不致引起温升;印制导线的公共地线应尽可能地粗,可能的话,使用大于2~3mm的线条,这点在带有微处理器的电路中尤为重要,因为当地线过细时,由于流过的电流的变化,地电位变动,微处理器定时信号的电平不稳,会使噪声容限劣化;在DIP封装的IC脚间走线,当两脚间通过2根线时,、,当两脚间只通过1根线时,、 mm。处理焊盘时,焊盘中心孔要比器件引线直径稍大一些。焊盘太大易形成虚焊。焊盘外径D一般不小于(d+)mm,其中d为引线孔径。对高密度的数字电路,焊盘最小直径可取(d+)mm。