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印制电路板设计

作者：吴玮玮日期：2015-11-14 10:17 来源：未知

0 引言
印制电路板（Printed Circuit Board）简称PCB ,其是电子产品中电路元件的载体，并为电路元件和器件提供电气联接，其设计是电子产品设计的重要环节，其设计的好坏直接决定电子产品的质量。本文通过介绍印制电路板设计过程中在元件布局、布线、电磁兼容及抗干扰设计中应注意的问题等，以提高印制电路板设计的成功率。
1 元件布局
PCB 设计中的元件布局，是指 PCB 上的电子元件及配件的排列方式与位置，元件的合理布局是PCB布线与PCB设计的基础。元件布局应综合考虑元件密度、元件特性、散热、电磁兼容、导线布线等方面的要求。元件布局的方法有自动布局与手动布局两种。其中自动布局是根据PCB设计软件中的元件安全距离、方向限制、置板层限制等设计规则，由PCB设计软件根据一定算法直接进行布局，其布局效果一般与设计要求存在误差，不太合理，以较少单独使用；在PCB设计中主要使用手动布局方式，其在布局时应注意以下原则：
1.1 元件放置次序
应先放置与PCB板机械尺寸有关的固定位置元件，其次放置具有特殊要求和体积较大的元件，最后合理放置电阻等一般元件。
1.2 元件放置位置
电源插座、PCB接口等定位元件，一般放置在PCB板的边缘，并留有3mm～5mm的间距；大功率三极管、整流管等发热器件，应放置在PCB板上易于散热的地方，并远离电解电容等怕热元件根据电路中各单元模块信号传递关系，将低频与高频电路、模拟与数字电路分开，将集成芯片放置在电路中心，以便于连线；高频元件放置时应尽量紧凑，以缩短信号线降低信号线的干扰。
1.3 元件间距
元件间间距应考虑元件密度、器件间有无可能被击穿或打火等情况进行合理设置，对于中密度板，一般元件，其元件间距一般取 1.27mm～ 2.54mm。
2 布线
布线是PCB设计中的重要环节，其布线方式有单面布线、双面布线及多层布线。布线方法有自动布线、手动布线两种，因自动布线是设计软件根据程序设置及参数按照一定算法自动在元件间进行布线，其布线速度快，布通率高，但一般布线效果不理想，抗干扰性能差，需进行手动修改；手动布线虽然可以消除自动布线产生的不足，但因PCB板中导线数量多，工作量大，所以无法完全采用手动进行布线。在PCB布线时一般将自动布线与手动布线相结合，先进行自动布线后进行手动调整，已达到最佳的布线效果。在布线时应注意以下原则：
2.1 导线走向
导线最好为直线，需要转折时应采用大于90度的钝角或圆弧曲线来完成，以减少PCB板中电路信号对外发射及电路间信号相互间耦合；对于双面板，在顶层与底层布线时，其导线应相互垂直或斜交，避免相互平行，以减少相互干扰。
2.2 导线宽度
PCB设计中，导线的宽度由导线与PCB基板之间的粘附强度以及流过导线的电流大小决定。当铜箔的厚度为0.05mm，宽度为 1mm ～ 1.5mm 时，可通过2A的电流。根据不同工作电流，在PCB设计中应合理设置不同导线的宽度。PCB设计中应尽量加宽电源线与地线的宽度，地线允许通过的电流值应为电路正常工作电流值的三倍。在条件允许的情况下，最好给每个电路模块或集成芯片提供单独的地线与电源线，以减少共阻抗干扰。
2.3 导线间距
导线间距的大小主要由最坏情况下的线间绝缘电阻和击穿电压决定，通常高频信号线的最小间隔应大于0.2032mm，一般电路应大于0.1016mm。在导线密度较低时，导线间距应尽量宽些，以便于操作和生产。
3 电器兼容及抗干扰设计
随着电子技术的发展，PCB板中电子元件密度大大增加，电子产品的频带日益加宽、功率逐渐增大、灵敏度不断提高，电子产品的电磁兼容与抗干扰问题日益突出。所以在进行PCB板设计时除了应为电路元件提供正确的电气连接外还需考虑电磁兼容与抗干扰问题，以提高PCB板的可靠性。
3.1 PCB 板屏蔽设计
PCB板屏蔽主要是应用各种导电材料，制成壳体与大地相连，以切断静电耦合、感应耦合或交变电磁场耦合的电磁噪声传播路径。PCB板屏蔽的一般做法是在印制电路板的辐射元件或敏感元件上
安装金属罩。
3.2 电源线抗干扰设计
电源线是电磁干扰传入电子设备和传出电子设备的主要途径。通过电源线，外部电网上的干扰可以传入电子设备，同样电子设备产生的干扰也可通过电源线传到外部电网，在PCB设计时应在电源入口安装一个低通滤波器，以滤除高频信号。
3.3 导线抗干扰设计
在印制电路板上，导线长距离高密度平行，可能产生传输通道干扰。PCB设计时高频信号间的布线尽量少平行，并且导线原则上要短；因PCB板中的导线具有电感性，往往会在PCB板上产生较强的电磁辐射。并且这些导线又能接受外部的电磁干扰，使电路对干扰很敏感，所以在设计时应在导线上添加信号滤波器以消除高频电磁干扰辐射和接收问题。
3.4 器件抗干扰设计
印制电路板中插接的电阻、电容、晶体管等直插式元件的引脚，在高频时具有电感成分，在PCB设计时可将直插式元件用表贴式元件替换以消除其电感成分。
以上是在印制电路板设计过程中在元件布局、布线、电磁兼容与抗干扰应注意的事项，在PCB设计中还有许多应注意的事项，在实际应用中还需要大家自己进行探索与总结。
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