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電路設(shè)計(jì)

原理說明

       電路(電子線路)是由電氣設(shè)備和元器件按一定方式聯(lián)接起來,為電流流通提供了路徑的總體,也叫電子網(wǎng)路。電路的大小可以相差很大,小到硅片上的集成電路,大到輸電網(wǎng)。電路(英文:Electrical circuit)或稱電子回路,是由電氣設(shè)備和元器件,按一定方式聯(lián)接起來,為電荷流通提供了路徑的總體,也叫電子線路或稱電氣回路,簡稱網(wǎng)絡(luò)或回路。如電阻、電容、電感、二極管、三極管和開關(guān)等,構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。

相關(guān)分類

       根據(jù)所處理信號的不同,電子電路可以分為模擬電路數(shù)字電路。

模擬電路

       是由自然界產(chǎn)生周期性變化的連續(xù)性的物理自然變量,在將連續(xù)性物理自然變量轉(zhuǎn)換為連續(xù)的電信號,并通過運(yùn)算連續(xù)性電信號的電路即稱為模擬電路。 

       模擬電路對電信號的連續(xù)性電壓、電流進(jìn)行處理。 

       最典型的模擬電路應(yīng)用包括:放大電路、振蕩電路、線性運(yùn)算電路(加法、減法、乘法、除法、微分和積分電路)。運(yùn)算連續(xù)性電信號。 

數(shù)字電路

       亦稱為邏輯電路 

       將連續(xù)性的電訊號,轉(zhuǎn)換為不連續(xù)性定量的電信號,并運(yùn)算不連續(xù)性定量電信號的電路,稱為數(shù)字電路。 

       數(shù)字電路中,信號大小為不連續(xù)并定量化的電壓狀態(tài)。 

       多數(shù)采用布爾代數(shù)邏輯電路對定量后信號進(jìn)行處理。典型數(shù)字電路有,振蕩器、寄存器、加法器、減法器等。運(yùn)算不連續(xù)性定量電信號。 

集成電路

       集成電路是集成化、微型化的電路,集成電路亦稱積體電路、IC (英文:Integrated Circuit) 

       運(yùn)用集成電路設(shè)計(jì)程式(IC設(shè)計(jì)),將一般電路設(shè)計(jì)到半導(dǎo)體材料里的半導(dǎo)體電路(一般為硅片),稱為積體電路。 

       利用半導(dǎo)體技術(shù)制造出集成電路(IC)。 

射頻電路

       特指用于具有空間遠(yuǎn)距離傳輸特點(diǎn)的電磁波高頻、超高頻的電路。 

       射頻簡稱RF射頻就是射頻電流,它是一種高頻交流變化電磁波的 簡稱。每秒變化小于1000次的交流電稱為低頻電流,大于1000次的稱為高頻電流,而射頻就是這樣一種高頻電流。有線電視系統(tǒng)就是采用射頻傳輸方式的。 

       在電子學(xué)理論中,電流流過導(dǎo)體,導(dǎo)體周圍會形成磁場;交變電流通過導(dǎo)體,導(dǎo)體周圍會形成交變的電磁場,稱為電磁波。 

       在電磁波頻率低于100khz時(shí),電磁波會被地表吸收,不能形成有效的傳輸,但電磁波頻率高于100khz時(shí),電磁波可以在空氣中傳播,并經(jīng)大氣層外緣的電離層反射,形成遠(yuǎn)距離傳輸能力,我們把具有遠(yuǎn)距離傳輸能力的高頻電磁波稱為射頻,英文縮寫:RF。

思路

       電路設(shè)計(jì)思路分為以下幾點(diǎn):

       1、整體思路:在設(shè)計(jì)硬件電路時(shí)首先要了解大的框架,對框架進(jìn)行設(shè)計(jì),了解構(gòu)建功能。

       2、理解電路:對電路布局要了解清楚。

       3、原理圖設(shè)計(jì):原理圖設(shè)計(jì)是將思路轉(zhuǎn)換成電路原理圖。

       4、pcb布局:pcb涉及到電路板,將元器件放置在電路板是,進(jìn)行pcb的布局。

       5、準(zhǔn)備好bom表,裝配pcb。對所用的元器件要進(jìn)行歸納匯總,這樣我們就會用到bom表。

       6、電路調(diào)試:調(diào)試前需要檢查是否有可見的短路、故障或者元器件放置錯(cuò)誤等問題,這樣可以避免通電后產(chǎn)生損壞,調(diào)試的過程中包括對系統(tǒng)故障問題排查、系統(tǒng)性能測試和功能測試,從而保證電路的性能和質(zhì)量。

       7、電路定型:將調(diào)試合格的樣品進(jìn)行定型,這是電路設(shè)計(jì)的最重要一步。

原則

       電路設(shè)計(jì)時(shí)要堅(jiān)持以下幾個(gè)原則:

       1、整體性原則:即從整體角度出發(fā),設(shè)計(jì)時(shí)要考慮到電路各個(gè)部件之間的關(guān)系。

       2、功能性原則:電路設(shè)計(jì)的過程時(shí)復(fù)雜的,需要按照各個(gè)部件的功能進(jìn)行劃分。

       3、最優(yōu)原則:電路設(shè)計(jì)中,如果其中一個(gè)部件質(zhì)量有問題,會導(dǎo)致整個(gè)電路質(zhì)量不達(dá)標(biāo),所以在設(shè)計(jì)電路時(shí),要確保每個(gè)部件都達(dá)標(biāo)。

       4、穩(wěn)定性原則:在設(shè)計(jì)電路時(shí),有很多不確定的因素,所以在設(shè)計(jì)電路時(shí),最重要的一點(diǎn)就是保證穩(wěn)定性。

       5、性價(jià)比原則:在激烈的市場競爭中,只有控制產(chǎn)品的生產(chǎn)周期和成本,才能提高產(chǎn)品的競爭力,所以在進(jìn)行電路設(shè)計(jì)時(shí),要堅(jiān)持性價(jià)比原則。

       pace: normal;">電路設(shè)計(jì)在產(chǎn)品開發(fā)中占有重要的位置,優(yōu)秀的電路設(shè)計(jì)會提升產(chǎn)品質(zhì)量和企業(yè)競爭力。

59個(gè)必備知識點(diǎn)

       1.信號濾波退耦:對每個(gè)模擬放大器電源,必需在最接近電路的連接處到放大器之間加去耦電容器。對數(shù)字集成電路,分組加去耦電容器。在馬達(dá)與發(fā)電機(jī)電刷上安裝電容器旁路,在每個(gè)繞組支路上串聯(lián)R-C濾波器,在電源入口處加低通濾波等措施抑制干擾。安裝濾波器應(yīng)盡量靠近被濾波的設(shè)備,用短的,加屏蔽的引線作耦合媒介。所有濾波器都須加屏蔽,輸入引線與輸出引線之間應(yīng)隔離。

       2.各功能單板對電源的電壓波動范圍、紋波、噪聲、負(fù)載調(diào)整率等方面的要求予以明確,二次電源經(jīng)傳輸?shù)竭_(dá)功能單板時(shí)要滿足上述要求。

       3.將具有輻射源特征的電路裝在金屬屏蔽內(nèi),使其瞬變干擾最小。

       4.在電纜入口處增加保護(hù)器件。

       5.每個(gè)IC的電源管腳要加旁路電容(一般為104)和平滑電容(10uF~100uF)到地,大面積IC每個(gè)角的電源管腳也要加旁路電容和平滑電容。

       6.濾波器選型的阻抗失配準(zhǔn)則:對低阻抗噪聲源,濾波器需為高阻抗(大的串聯(lián)電感);對高阻抗噪聲源,濾波器就需為低阻抗(大的并聯(lián)電容)。

       7.電容器外殼、輔助引出端子與正、負(fù)極以及電路板間必須完全隔離。

       8.濾波連接器必須良好接地,金屬殼濾波器采用面接地。

       9.濾波連接器的所有針都要濾波。

       10.數(shù)字電路的電磁兼容設(shè)計(jì)中要考慮的是數(shù)字脈沖的上升沿和下降沿所決定的頻帶寬而不是數(shù)字脈沖的重復(fù)頻率。

       11.用R-S觸發(fā)器作設(shè)備控制按鈕與設(shè)備電子線路之間配合的緩沖。

       12.降低敏感線路的輸入阻抗有效減少引入干擾的可能性。

       13.LC濾波器 在低輸出阻抗電源和高阻抗數(shù)字電路之間,需要LC濾波器,以保證回路的阻抗匹配。

       14.電壓校準(zhǔn)電路:在輸入輸出端,要加上去耦電容(比如0.1μF),旁路電容選值遵循10μF/A的標(biāo)準(zhǔn)。

       15.信號端接:高頻電路源與目的之間的阻抗匹配非常重要,錯(cuò)誤的匹配會帶來信號反饋和阻尼振蕩。過量地射頻能量則會導(dǎo)致EMI問題。此時(shí),需要考慮采用信號端接。

       16.I/O引腳:空置的I/O引腳要連接高阻抗以便減少供電電流。且避免浮動。

       17.IRQ引腳:在IRQ引腳要有預(yù)防靜電釋放的措施。比如采用雙向二極管、Transorbs或金屬氧化變阻器等。

       18.復(fù)位引腳:復(fù)位引腳要有時(shí)間延時(shí)。以免上電初期MCU即被復(fù)位。

       19.振蕩器:在滿足要求情況下,MCU使用的時(shí)鐘振蕩頻率越低越好。

       20.讓時(shí)鐘電路、校準(zhǔn)電路和去耦電路接近MCU放置.

       21.小于10個(gè)輸出的小規(guī)模集成電路,工作頻率≤50MHZ時(shí),至少配接一個(gè)0.1uf的濾波電容。工作頻率≥50MHZ時(shí),每個(gè)電源引腳配接一個(gè)0.1uf的濾波電容;

       22.對于中大規(guī)模集成電路,每個(gè)電源引腳配接一個(gè)0.1uf的濾波電容。對電源引腳冗余量較大的電路也可按輸出引腳的個(gè)數(shù)計(jì)算配接電容的個(gè)數(shù),每5個(gè)輸出配接一個(gè)0.1uf濾波。

       23.對無有源器件的區(qū)域,每6平方厘米至少配接一個(gè)0.1uf的濾波電容。

       24.對于超高頻電路,每個(gè)電源引腳配接一個(gè)1000pf的濾波電容。對電源引腳冗余量較大的電路也可按輸出引腳的個(gè)數(shù)計(jì)算配接電容的個(gè)數(shù),每5個(gè)輸出配接一個(gè)1000pf的濾波。

       25.高頻電容應(yīng)盡可能靠近IC電路的電源引腳處。

       26.每5只高頻濾波電容至少配接一只一個(gè)0.1uf濾波電容。

       27.每5只10uf至少配接兩只47uf低頻的濾波電容。

       28.每個(gè)模塊電源出口周圍應(yīng)至少配置2只220uf或470uf電容,如空間允許,應(yīng)適當(dāng)增加電容的配置數(shù)量;

       29.脈沖與變壓器隔離準(zhǔn)則:脈沖網(wǎng)絡(luò)和變壓器須隔離,變壓器只能與去耦脈沖網(wǎng)絡(luò)連接,且連接線最短。

       30.在開關(guān)和閉合器的開閉過程中,為防止電弧干擾,可以接入簡單的RC網(wǎng)絡(luò)、電感性網(wǎng)絡(luò),并在這些電路中加入一高阻、整流器或負(fù)載電阻之類,如果還不行,就將輸入和載出引線進(jìn)行屏蔽。此外,還可以在這些電路中接入穿心電容。

       31.退耦、濾波電容須按照高頻等效電路圖來分析其作用。

       32.各功能單板電源引進(jìn)處要采用合適的濾波電路,盡可能同時(shí)濾除差模噪聲和共模噪聲,噪聲泄放地與工作地特別是信號地要分開,可考慮使用保護(hù)地;集成電路的電源輸入端要布置去耦電容,以提高抗干擾能力。

       33.明確各單板最高工作頻率,對工作頻率在160MHz(或200 MHz)以上的器件或部件采取必要的屏蔽措施,以降低其輻射干擾水平和提高抗輻射干擾的能力。

       34.如有可能在控制線(于印刷板上)的入 處加接 去耦,以便消除傳輸中可能出現(xiàn)的干擾因素。

       35.用R-S觸發(fā)器做按鈕與電子線路之間配合的緩沖。

       36.在次級整流回路中使用快恢復(fù)二極管或在二極管上并聯(lián)聚酯薄膜電容器 降低敏感線路的輸入阻抗。

       37.如有可能在敏感電路采用平衡線路作輸入,利用平衡線路固有的共模抑制能力克服干擾源對敏感線路的干擾。

       38.將負(fù)載直接接地的方式是不合適。

       39.注意在IC近端的電源和地之間加旁路去耦電容(一般為104)。

       40.如有可能,敏感電路采用平衡線路作輸入,平衡線路不接地。

       41.繼電器線圈增加續(xù)流二極管,消除斷開線圈時(shí)產(chǎn)生的反電動勢干擾。僅加 續(xù)流二極管會使繼電器的斷開時(shí)間滯后,增加穩(wěn)壓二極管后繼電器在單位時(shí)間內(nèi)可動作更多的次。

       42.在繼電器接點(diǎn)兩端并接火花抑制電路(一般是RC串聯(lián)電路,電阻一般選幾K 到幾十K,電容選0.01uF),減小電火花影響。

       43.給電機(jī)加濾波電路,注意電容、電感引線要盡量短。

       44.電路板上每個(gè)IC要并接一個(gè)0.01μF~0.1μF高頻電容,以減小IC對電源的 影響。注意高頻電容的布線,連線應(yīng)靠近電源端并盡量粗短,否則,等于增大了電容的等效串聯(lián)電阻,會影響濾波效果。

       45.可控硅兩端并接RC抑制電路,減小可控硅產(chǎn)生的噪聲(這個(gè)噪聲嚴(yán)重時(shí)可能 會把可控硅擊穿的)。

       46.許多單片機(jī)對電源噪聲很敏感,要給單片機(jī)電源加濾波電路 或穩(wěn)壓器,以減小電源噪聲對單片機(jī)的干擾。比如,可以利用磁珠和電容組成π形濾波電路,當(dāng)然條件要求不高時(shí)也可用100?電阻代替磁珠。

       47.如果單片機(jī)的I/O口用來控制電機(jī)等噪聲器件,在I/O口與噪聲源之 間應(yīng)加隔離(增加π形濾波電路)??刂齐姍C(jī)等噪聲器件,在I/O口與噪聲源之 間應(yīng)加隔離(增加π形濾波)。

       48.在單片機(jī)I/O口,電源線,電路板連接線等關(guān)鍵地方使用抗干擾元件 如磁珠、磁環(huán)、電源濾波器,屏蔽罩,可顯著提高電路的抗干擾性能

       49.對于單片機(jī)閑置的I/O口,不要懸空,要接地或接電源。其它IC的閑置 端在不改變系統(tǒng)邏輯的情況下接地或接電源。

       50.對單片機(jī)使用電源監(jiān)控及看門狗電路,如:IMP809,IMP706,IMP813,X25043,X25045等,可大幅度提高整個(gè)電路的抗干擾性能。

       51.在速度能滿足要求的前提下,盡量降低單片機(jī)的晶振和選用低速數(shù)字電路。

       52.如有可能,在PCB板的接口處加RC低通濾波器或EMI抑制元件(如磁珠、信號濾波器等),以消除連接線的干擾;但是要注意不要影響有用信號的傳輸。

       53.時(shí)鐘輸出布線時(shí)不要采用向多個(gè)部件直接串行地連接〔稱為菊花式連接〕;而應(yīng)該經(jīng)緩存器分別向其它多個(gè)部件直接提供時(shí)鐘信號。

       54.在靠近連接器的地方,要將連接器上的信號用一個(gè)L-C或者磁珠-電容濾波器接到連接器的機(jī)箱地上。

       55.在機(jī)箱地和電路公共地之間加入一個(gè)磁珠。

       56.電子設(shè)備內(nèi)部的電源分配系統(tǒng)是遭受ESD電弧感性耦合的主要對象,電源分配系統(tǒng)防ESD措施:1、將電源線和相應(yīng)的回路線緊密絞合在一起;2、在每一根電源線進(jìn)入電子設(shè)備的地方放一個(gè)磁珠;3、在每一個(gè)電源管腳和緊靠電子設(shè)備機(jī)箱地之間放一個(gè)瞬流抑制器、金屬氧化壓敏電阻(MOV)或者1kV高頻電容;4最好在PCB上布置專門的電源和地平面,或者緊密的電源和地柵格,并采用大量旁路和去耦電容。

       57.在接收端放置串聯(lián)的電阻和磁珠,對易被ESD擊中的電纜驅(qū)動器,也可在驅(qū)動端放置串聯(lián)的電阻或磁珠。

       58.在接收端放置瞬態(tài)保護(hù)器。1用短而粗的線(長度小于5倍寬度,最好小于3倍寬度)連接到機(jī)箱地。2從連接器出來的信號線和地線要直接接到瞬態(tài)保護(hù)器,然后才能接電路的。

       59.在連接器處或者離接收電路25mm(1.0英寸)的范圍內(nèi),放置濾波電容:

       用短而粗的線連接到機(jī)箱或者接收電路(長度小于5倍寬度,最好小于3倍寬度) 。

       信號線和線先連接到電容再連接到接收電路。

設(shè)計(jì)流程

       一般PCB基本設(shè)計(jì)流程如下:前期準(zhǔn)備--PCB結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)--PCB布局--布線--布線優(yōu)化和絲印--網(wǎng)絡(luò)和DRC檢查和結(jié)構(gòu)檢查--制版。

       第一:前期準(zhǔn)備。這包括準(zhǔn)備元件庫和原理圖?!肮び破涫拢叵壤淦鳌?,要做出一塊好的板子,除了要設(shè)計(jì)好原理之外,還要畫得好。在進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)之前,首先要準(zhǔn)備好原理圖SCH的元件庫和PCB的元件庫。元件庫可以用protel自帶的庫,但一般情況下很難找到合適的,最好是自己根據(jù)所選器件的標(biāo)準(zhǔn)尺寸資料自己做元件庫。原則上先做PCB的元件庫,再做SCH的元件庫。PCB的元件庫要求較高,它直接影響板子的安裝;SCH的元件庫要求相對比較松,只要注意定義好管腳屬性和與PCB元件的對應(yīng)關(guān)系就行。PS:注意標(biāo)準(zhǔn)庫中的隱藏管腳。之后就是原理圖的設(shè)計(jì),做好后就準(zhǔn)備開始做PCB設(shè)計(jì)了。

       第二:PCB結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。這一步根據(jù)已經(jīng)確定的電路板尺寸和各項(xiàng)機(jī)械定位,在PCB設(shè)計(jì)環(huán)境下繪制PCB板面,并按定位要求放置所需的接插件、按鍵/開關(guān)、螺絲孔、裝配孔等等。并充分考慮和確定布線區(qū)域和非布線區(qū)域(如螺絲孔周圍多大范圍屬于非布線區(qū)域)。

       第三:PCB布局。布局說白了就是在板子上放器件。這時(shí)如果前面講到的準(zhǔn)備工作都做好的話,就可以在原理圖上生成網(wǎng)絡(luò)表(Design--CreateNetlist),之后在PCB圖上導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表(Design--LoadNets)。就看見器件嘩啦啦的全堆上去了,各管腳之間還有飛線提示連接。然后就可以對器件布局了。

       一般布局按如下原則進(jìn)行:

       ①.按電氣性能合理分區(qū),一般分為:數(shù)字電路區(qū)(即怕干擾、又產(chǎn)生干擾)、模擬電路(怕干擾)、功率驅(qū)動區(qū)(干擾源);

       ②.完成同一功能的電路,應(yīng)盡量靠近放置,并調(diào)整各元器件以保證連線最為簡潔;同時(shí),調(diào)整各功能塊間的相對位置使功能塊間的連線最簡潔;

       ③.對于質(zhì)量大的元器件應(yīng)考慮安裝位置和安裝強(qiáng)度;發(fā)熱元件應(yīng)與溫度敏感元件分開放置,必要時(shí)還應(yīng)考慮熱對流措施;

       ④.I/O驅(qū)動器件盡量靠近印刷板的邊、靠近引出接插件;

       ⑤.時(shí)鐘產(chǎn)生器(如:晶振或鐘振)要盡量靠近用到該時(shí)鐘的器件;

       ⑥.在每個(gè)集成電路的電源輸入腳和地之間,需加一個(gè)去耦電容(一般采用高頻性能好的獨(dú)石電容);電路板空間較密時(shí),也可在幾個(gè)集成電路周圍加一個(gè)鉭電容;

       ⑦.繼電器線圈處要加放電二極管(1N4148即可);

       ⑧.布局要求要均衡,疏密有序,不能頭重腳輕或一頭沉。

       需要特別注意,在放置元器件時(shí),一定要考慮元器件的實(shí)際尺寸大?。ㄋ济娣e和高度)、元器件之間的相對位置,以保證電路板的電氣性能和生產(chǎn)安裝的可行性和便利性同時(shí),應(yīng)該在保證上面原則能夠體現(xiàn)的前提下,適當(dāng)修改器件的擺放,使之整齊美觀,如同樣的器件要擺放整齊、方向一致,不能擺得“錯(cuò)落有致”。這個(gè)步驟關(guān)系到板子整體形象和下一步布線的難易程度,所以一點(diǎn)要花大力氣去考慮。布局時(shí),對不太肯定的地方可以先作初步布線,充分考慮。

       第四:布線。布線是整個(gè)PCB設(shè)計(jì)中最重要的工序。這將直接影響著PCB板的性能好壞。在PCB的設(shè)計(jì)過程中,布線一般有這么三種境界的劃分:首先是布通,這時(shí)PCB設(shè)計(jì)時(shí)的最基本的要求。如果線路都沒布通,搞得到處是飛線,那將是一塊不合格的板子,可以說還沒入門。其次是電器性能的滿足。這是衡量一塊印刷電路板是否合格的標(biāo)準(zhǔn)。這是在布通之后,認(rèn)真調(diào)整布線,使其能達(dá)到最佳的電器性能。接著是美觀。假如你的布線布通了,也沒有什么影響電器性能的地方,但是一眼看過去雜亂無章的,加上五彩繽紛、花花綠綠的,那就算你的電器性能怎么好,在別人眼里還是垃圾一塊。這樣給測試和維修帶來極大的不便。布線要整齊劃一,不能縱橫交錯(cuò)毫無章法。這些都要在保證電器性能和滿足其他個(gè)別要求的情況下實(shí)現(xiàn),否則就是舍本逐末了。

       布線時(shí)主要按以下原則進(jìn)行:

       ①.一般情況下,首先應(yīng)對電源線和地線進(jìn)行布線,以保證電路板的電氣性能。在條件允許的范圍內(nèi),盡量加寬電源、地線寬度,最好是地線比電源線寬,它們的關(guān)系是:地線>電源線>信號線,通常信號線寬為:0.2~0.3mm,最細(xì)寬度可達(dá)0.05~0.07mm,電源線一般為1.2~2.5mm。對數(shù)字電路的PCB可用寬的地導(dǎo)線組成一個(gè)回路,即構(gòu)成一個(gè)地網(wǎng)來使用(模擬電路的地則不能這樣使用);

       ②.預(yù)先對要求比較嚴(yán)格的線(如高頻線)進(jìn)行布線,輸入端與輸出端的邊線應(yīng)避免相鄰平行,以免產(chǎn)生反射干擾。必要時(shí)應(yīng)加地線隔離,兩相鄰層的布線要互相垂直,平行容易產(chǎn)生寄生耦合;

       ③.振蕩器外殼接地,時(shí)鐘線要盡量短,且不能引得到處都是。時(shí)鐘振蕩電路下面、特殊高速邏輯電路部分要加大地的面積,而不應(yīng)該走其它信號線,以使周圍電場趨近于零;

       ④.盡可能采用45o的折線布線,不可使用90o折線,以減小高頻信號的輻射;(要求高的線還要用雙弧線);

       ⑤.任何信號線都不要形成環(huán)路,如不可避免,環(huán)路應(yīng)盡量??;信號線的過孔要盡量少;

       ⑥.關(guān)鍵的線盡量短而粗,并在兩邊加上保護(hù)地;

       ⑦.通過扁平電纜傳送敏感信號和噪聲場帶信號時(shí),要用“地線-信號-地線”的方式引出;

       ⑧.關(guān)鍵信號應(yīng)預(yù)留測試點(diǎn),以方便生產(chǎn)和維修檢測用;

       ⑨.原理圖布線完成后,應(yīng)對布線進(jìn)行優(yōu)化;同時(shí),經(jīng)初步網(wǎng)絡(luò)檢查和DRC檢查無誤后,對未布線區(qū)域進(jìn)行地線填充,用大面積銅層作地線用,在印制板上把沒被用上的地方都與地相連接作為地線用。或是做成多層板,電源,地線各占用一層。

       PCB布線工藝要求:

       ①.線

       一般情況下,信號線寬為0.3mm(12mil),電源線寬為0.77mm(30mil)或1.27mm(50mil);線與線之間和線與焊盤之間的距離大于等于0.33mm(13mil),實(shí)際應(yīng)用中,條件允許時(shí)應(yīng)考慮加大距離;布線密度較高時(shí),可考慮(但不建議)采用IC腳間走兩根線,線的寬度為0.254mm(10mil),線間距不小于0.254mm(10mil)。

       特殊情況下,當(dāng)器件管腳較密,寬度較窄時(shí),可按適當(dāng)減小線寬和線間距。

       ②.焊盤(PAD)

       焊盤(PAD)與過渡孔(VIA)的基本要求是:盤的直徑比孔的直徑要大于0.6mm;例如,通用插腳式電阻、電容和集成電路等,采用盤/孔尺寸1.6mm/0.8mm(63mil/32mil),插座、插針和二極管1N4007等,采用1.8mm/1.0mm(71mil/39mil)。實(shí)際應(yīng)用中,應(yīng)根據(jù)實(shí)際元件的尺寸來定,有條件時(shí),可適當(dāng)加大焊盤尺寸;PCB板上設(shè)計(jì)的元件安裝孔徑應(yīng)比元件管腳的實(shí)際尺寸大0.2~0.4mm左右。

       ③.過孔(VIA)

       一般為1.27mm/0.7mm(50mil/28mil);

       當(dāng)布線密度較高時(shí),過孔尺寸可適當(dāng)減小,但不宜過小,可考慮采用1.0mm/0.6mm(40mil/24mil)。

       ④.焊盤、線、過孔的間距要求

       PADandVIA:≥0.3mm(12mil)

       PADandPAD:≥0.3mm(12mil)

       PADandTRACK:≥0.3mm(12mil)

       TRACKandTRACK:≥0.3mm(12mil)

       密度較高時(shí):

       PADandVIA:≥0.254mm(10mil)

       PADandPAD:≥0.254mm(10mil)

       PADandTRACK:≥0.254mm(10mil)

       TRACKandTRACK:≥0.254mm(10mil)

       第五:布線優(yōu)化和絲印?!皼]有最好的,只有更好的”!不管你怎么挖空心思的去設(shè)計(jì),等你畫完之后,再去看一看,還是會覺得很多地方可以修改的。一般設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)是:優(yōu)化布線的時(shí)間是初次布線的時(shí)間的兩倍。感覺沒什么地方需要修改之后,就可以鋪銅了(Place->polygonPlane)。鋪銅一般鋪地線(注意模擬地和數(shù)字地的分離),多層板時(shí)還可能需要鋪電源。時(shí)對于絲印,要注意不能被器件擋住或被過孔和焊盤去掉。同時(shí),設(shè)計(jì)時(shí)正視元件面,底層的字應(yīng)做鏡像處理,以免混淆層面。

       第六:網(wǎng)絡(luò)和DRC檢查和結(jié)構(gòu)檢查。首先,在確定電路原理圖設(shè)計(jì)無誤的前提下,將所生成的PCB網(wǎng)絡(luò)文件與原理圖網(wǎng)絡(luò)文件進(jìn)行物理連接關(guān)系的網(wǎng)絡(luò)檢查(NETCHECK),并根據(jù)輸出文件結(jié)果及時(shí)對設(shè)計(jì)進(jìn)行修正,以保證布線連接關(guān)系的正確性;網(wǎng)絡(luò)檢查正確通過后,對PCB設(shè)計(jì)進(jìn)行DRC檢查,并根據(jù)輸出文件結(jié)果及時(shí)對設(shè)計(jì)進(jìn)行修正,以保證PCB布線的電氣性能。最后需進(jìn)一步對PCB的機(jī)械安裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查和確認(rèn)。

       第七:制版。在此之前,最好還要有一個(gè)審核的過程。

       PCB設(shè)計(jì)是一個(gè)考心思的工作,誰的心思密,經(jīng)驗(yàn)高,設(shè)計(jì)出來的板子就好。所以設(shè)計(jì)時(shí)要極其細(xì)心,充分考慮各方面的因數(shù)(比如說便于維修和檢查這一項(xiàng)很多人就不去考慮),精益求精,就一定能設(shè)計(jì)出一個(gè)好板子。

應(yīng)用領(lǐng)域及發(fā)展

       電路設(shè)計(jì)是一種至關(guān)重要的工程學(xué)科,它涉及到將電子元件(如電阻、電容、電感、二極管、晶體管等)以最有效的方式連接起來以滿足特定要求。電路設(shè)計(jì)師的工作就是通過使用各種電子元器件和連線,來創(chuàng)建能夠執(zhí)行特定功能的電子系統(tǒng)。

基本概念

       電路設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是通過合理地組合電子元件,使得由這些元件構(gòu)成的電路能夠?qū)崿F(xiàn)特定的功能。這需要考慮到元件的性能參數(shù)、相互之間的連接關(guān)系以及電路的運(yùn)行環(huán)境等眾多因素。在電路設(shè)計(jì)中,通常需要考慮的重要因素包括電壓、電流、電阻、電容、電感等。

應(yīng)用領(lǐng)域

       電路設(shè)計(jì)的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛,且在各行各業(yè)中均有重要應(yīng)用。例如,在 通信 領(lǐng)域,從手機(jī)到衛(wèi)星通信系統(tǒng),都需要精密的電路設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)信號的發(fā)送和接收。在電力工程中,電路設(shè)計(jì)用于創(chuàng)建高效、安全的電力系統(tǒng),如電力變壓器、發(fā)電機(jī)等。此外,在汽車、航空航天、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域,電路設(shè)計(jì)都發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

未來發(fā)展

       隨著科技的快速發(fā)展,電路設(shè)計(jì)正面臨著新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。未來的電路設(shè)計(jì)將更加注重系統(tǒng)級的設(shè)計(jì)和集成,同時(shí)隨著可穿戴設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)等新興領(lǐng)域的興起,柔性電路和微型化將成為重要的研究方向。同時(shí),隨著人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)的進(jìn)步,電路設(shè)計(jì)也將越來越依賴計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD軟件進(jìn)行自動化設(shè)計(jì)和優(yōu)化。

       總結(jié):電路設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜且要求精細(xì)的工程任務(wù),它關(guān)乎到電子設(shè)備的性能和功能。從手機(jī)中的應(yīng)用程序到復(fù)雜的通信系統(tǒng),從醫(yī)療設(shè)備到汽車和航空航天系統(tǒng),電路設(shè)計(jì)在各個(gè)領(lǐng)域都有其重要應(yīng)用。隨著科技的不斷發(fā)展,電路設(shè)計(jì)將面臨更多的挑戰(zhàn)和機(jī)遇,未來的發(fā)展趨勢將更加注重系統(tǒng)級的設(shè)計(jì)和集成,柔性電路和微型化,以及設(shè)計(jì)的自動化和智能化。通過了解電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識,將有助于我們更好地理解電子設(shè)備工作的原理,并期待電路設(shè)計(jì)在未來的發(fā)展與應(yīng)用。

基礎(chǔ)知識

       電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識涉及多個(gè)方面,包括電路的基本概念、定律、元件選擇、布局與布線技巧等。以下是一些關(guān)鍵的電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識:

一、電路基本概念

       1、電流:帶電粒子的定向移動形成電流。在電路中,正電荷移動的方向被定義為電流的方向。

       2、電壓:單位正電荷在電路中從一個(gè)點(diǎn)移動到另一個(gè)點(diǎn)所獲得的能量差稱為電壓。電壓的實(shí)際方向通常認(rèn)為是從高電位指向低電位。

       3、電阻:電路中對電流起阻礙作用的元件稱為電阻。電阻的大小反映了導(dǎo)體對電流阻礙作用的大小。

       4、功率:單位時(shí)間內(nèi)電流所做的功稱為電功率,簡稱功率。功率是描述電路消耗或產(chǎn)生能量快慢的物理量。

二、基本定律

       1、歐姆定律:在電阻電路中,電流、電壓和電阻之間的關(guān)系遵循歐姆定律,即V=IR,其中V是電壓,I是電流,R是電阻。該定律說明通過導(dǎo)體兩點(diǎn)間的電流與這兩點(diǎn)間的電勢差成正比。

       2、基爾霍夫定律:

       基爾霍夫電流定律(KCL):對于任何集總參數(shù)電路的任一結(jié)點(diǎn),在任一時(shí)刻,流出該結(jié)點(diǎn)全部支路電流的代數(shù)和等于零。

       基爾霍夫電壓定律(KVL):對于任何集總參數(shù)電路的任一回路,在任一時(shí)刻,沿該回路全部支路電壓的代數(shù)和等于零。

三、元件選擇

       1、電阻:根據(jù)電路的需求選擇合適的電阻值,考慮電阻的功率等級以避免過熱。

       2、電容:電容的選擇需要考慮其容值、耐壓值以及工作頻率等因素。不同類型的電容(如陶瓷電容、電解電容等)適用于不同的電路場景。

       3、電感:電感的選擇需考慮其電感量、直流電阻以及工作頻率等參數(shù)。對于BUCK降壓電路等場景,電感的選擇尤為重要,因?yàn)樗苯佑绊懙诫娐返男阅芎托省?/p>

四、布局與布線技巧

       1、高頻電流環(huán)路:在高頻電路中,高頻電流環(huán)路的面積應(yīng)盡量小,以減少電磁干擾和輻射。

       2、小信號地處理:小信號的地應(yīng)連在一起,并盡量縮短走線長度,避免與其他大電流或高噪聲信號線交叉。

       3、去耦電容:在電源引腳附近放置去耦電容,以減少電源噪聲對電路的影響。去耦電容的選擇應(yīng)根據(jù)信號的頻率來確定。

五、其他注意事項(xiàng)

       1、電源設(shè)計(jì):合理的電源設(shè)計(jì)是電路穩(wěn)定工作的基礎(chǔ)。需要選擇合適的電源芯片、設(shè)置合適的電壓和電流保護(hù)等。

       2、散熱設(shè)計(jì):對于功率較大的電路元件,如大功率電阻、開關(guān)管等,需要進(jìn)行散熱設(shè)計(jì)以防止過熱損壞。

       3、安全性設(shè)計(jì):電路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮安全性因素,如防觸電、防火等。對于高壓、大電流電路,應(yīng)采取必要的安全措施。

       綜上所述,電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識涉及多個(gè)方面,需要綜合考慮電路的需求、元件的選擇、布局與布線技巧以及安全性等因素。掌握這些基礎(chǔ)知識對于進(jìn)行電路設(shè)計(jì)具有重要意義。


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