SMB设计的九大基本原则

2020-05-19 12:01:49 673

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1、元器件布局

布局是按照电原理图的要求和元器件的外形尺寸,将元器件均匀整齐地布置在PCB上,并能满足整机的机械和电气性能要求。布局合理与否不仅影响PCB组装件和整机的性能及可靠性,而且也影响PCB及其组装件加工和维修的难易程度,所以布局时尽量做到以下几点:

  • 元器件分布均匀,同一单元电路的元器件应相对集中排列,以便于调试和维修;

  • 有相互连线的元器件应相对靠近排列,以利于提高布线密度和保证走线距离最短;

  • 对热敏感的元器件,布置时应远离发热量大的元器件;

  • 相互可能有电磁干扰的元器件,应采取屏蔽或隔离措施。


2、布线规则

布线是按照电原理图、导线表以及需要的导线宽度与间距布设印制导线,布线一般应遵守如下规则:

  • 在满足使用要求的前提下,布线可简时不繁选择布线方式的顺序为单层一双层→多层。

  • 两个连接盘之间的导线布设尽量短,敏感的信号、小信号先走,以减少小信号的延迟与干扰。模拟电路的输入线旁应布设接地线屏蔽;同一层导线的布设应分布均匀;各层上的导电面积要相对均衡,以防板子翘曲。

  • 信号线改变方向应走斜线或圆滑过渡,而且曲率半径大一些好,避免电场集中、信号反射和产生额外的阻抗。

  • 数字电路与模拟电路在布线上应分隔开以免互相干扰,如在同一层则应将两种电路的地线系统和电源系统的导线分开布设,不同频率的信号线中间应布设接地线隔开,避免发生串扰。为了测试方便,设计上应设定必要的断点和测试点。

  • 电路元器件接地、接电源时走线要尽量短尽量近,以减少内阻。

  • 上下层走线应互相垂直,以减少耦合,切忌上下层走线对齐或平行。

  • 高速电路的多根I/O线以及差分放大器、平衡放大器等电路的IO线长度应相等,以避免产生不必要的延迟或相移。

  • 焊盘与较大面积导电区相连接时,应采用长度不小于0.5mm的细导线进行热隔离,细导线宽度不小于0.13mm。

  • 最靠近板的边缘的导线,距离印制板边缘的距离应大于5mm,需要时接地线可以靠近板的边缘。如果印制板加工过程中要插入导轨,则导线距板的边缘至少要大于导轨槽深的距离。

  • 双面板上的公共电源线和接地线,尽量布设在靠近板的边缘,并且分布在板的面。多层板可在内层设置电源层和地线层,通过金属化孔与各层的电源线和接地线连接,内层大面积的导线和电源线、地线应设计成网状,可提高多层板层间的结合力。


3、导线宽度

印制导线的宽度由导线的负载电流、允许的温升和铜箔的附着力决定。一般印制板的导线宽度不小于0.2mm,厚度在18μm以上。导线越细其加工难度越大,所以在布线空间允许的条件下,应适当选择宽一些的导线,通常的设计原则如下:

  • 信号线应粗细一致,这样有利于阻抗匹配,一般推荐线宽为0.2~0.3mm(812mil),而对于电源地线,则走线面积越大越好可以减少干扰。对高频信号最好用地线屏蔽,可以提高传输效果。

  • 在高速电路与微波电路中,规定了传输线的特性阻抗,此时导线的宽度和厚度应满足特性阻抗要求。

  • 在大功率电路设计中,还应考虑到电源密度此时应考虑到线宽、厚度及线间的绝缘性能。若是内层导体,允许的电流密度约为外层导体的一半。


4、印制导线间距

印制板表层导线间的绝缘电阻是由导线间距、相邻导线平行段的长度、绝缘介质(包括基材和空气)所决定的,在布线空间允许的条件下,应适当加大导线间距。


5、元器件的选择

元器件的选择应充分考虑到PCB实际面积的需要,尽可能选用常规元器件。不可盲目地追求小尺寸的元器件,以免增加成本,IC器件应注意引脚形状与脚间距,对小于0.5mm脚间距的QFP应慎重考虑,不如直接选用BGA封装的器件。此外,对元器件的包装形式、端电极尺寸、可焊性、器件的可靠性、温度的承受能力如能否适应无铅焊接的需要)都应考虑到。

在选择好元器件后,必须建立好元器件数据库,包括安装尺寸、引脚尺寸和生产厂家等的有关资料。


6、PCB基材的选用

基材应根据PCB的使用条件和机械、电气性能要求来选择;根据印制板结构确定基材的覆铜箔面数(单面、双面或多层板);根据印制板的尺寸、单位面积承载元器件质量,确定基材板的厚度。不同类型材料的成本相差很大,在选择PCB基材时应考虑下列因素:

  • 电气性能的要求;

  • Tg、CTE、平整度等因素及孔金属化的能力;

  • 价格因素。

 

7、印制板的抗电磁干扰设计

对于外部的电磁干扰,可通过整机的屏蔽措施和改进电路的抗干扰设计来解决。对PCB组装件本身的电磁干扰,在进行PCB布局、布线设计时,应作以下考虑:

  • 可能相互产生影响或干扰的元器件,在布局时应尽量远离或采取屏蔽措施。

  • 不同频率的信号线,不要相互靠近平行布线对高频信号线,应在其一侧或两侧布设接地线进行屏蔽。

  • 对于高频、高速电路,应尽量设计成双面和多层印制板。双面板的一面布设信号线,另一面可以设计成接地面;多层板中可把易受干扰的信号线布置在地线层或电源层之间;对于微波电路用的带状线,传输信号线必须布设在两接地层之间,并对其间的介质层厚度按需要进行计算。

  • 晶体管的基极印制线和高频信号线应尽量设计得短,减少信号传输时的电磁干扰或辐射。

  • 不同频率的元器件不共用同一条接地线,不同频率的地线和电源线应分开布设。

  • 数字电路与模拟电路不共用同一条地线在与印制板对外地线连接处可以有一个公共接点。

  • 工作时电位差比较大的元器件或印制线,应加大相互之间的距离。


8、PCB的散热设计

随着印制板上元器件组装密度的提高,若不能及时有效地散热,将会影响电路的工作参数,甚至热量过大会使元器件失效,所以对印制板的散热问题,设计时必须认真考虑,一般采取以下措施:

  • 加大印制板上与大功率元器件接地面的铜箔面积;

  • 发热量大的元器件不贴板安装,或外加散热器;

  • 对多层板的内层地线应设计成网状并靠近板的边缘;

  • 选择阻燃或耐热型的板材。


9、PCB应做成圆弧角

直角的PCB在传送时容易产生卡板现象,因此在设计PCB时,要对板框做圆弧角处理,根据PCB尺寸的大小确定圆弧角的半径。拼板和加有辅助边的PCB在辅助边上做圆弧角。


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