|
在PCB（印制電路板）中，印制導(dǎo)線用來實(shí)現(xiàn)電路元件和器件之間電氣連接，是PCB中的重要組件，PCB導(dǎo)線多為銅線，銅自身的物理特性也導(dǎo)致其在導(dǎo)電過程中必然存在一定的阻抗，導(dǎo)線中的電感成分會(huì)影響電壓信號(hào)的傳輸，而電阻成分則會(huì)影響電流信號(hào)的傳輸，在高頻線路中電感的影響尤為嚴(yán)重，因此，在PCB設(shè)計(jì)中必須注意和消除印制導(dǎo)線阻抗所帶來的影響。 1 印制導(dǎo)線產(chǎn)生干擾的原因 PCB上的印制導(dǎo)線通電后在直流或交流狀態(tài)下分別對(duì)電流呈現(xiàn)電阻或感抗，而平行導(dǎo)線之間存在電感效應(yīng)，電阻效應(yīng)，電導(dǎo)效應(yīng)，互感效應(yīng)；一根導(dǎo)線上的變化電流必然影響另一根導(dǎo)線，從而產(chǎn)生干擾；PCB板外連接導(dǎo)線甚至元器件引線都可能成為發(fā)射或接收干擾信號(hào)的天線。印制導(dǎo)線的直流電阻和交流阻抗可以通過公式和公式來計(jì)算，R＝PL/S和XL＝2πfL式中L為印制導(dǎo)線長度（m），s為導(dǎo)線截面積（mm2），ρ為銅的電阻率，TT為常數(shù)，f為交流頻率。正是由于這些阻抗的存在，從而產(chǎn)生一定的電位差，這些電位差的存在，必然會(huì)帶來干擾，從而影響電路的正常工作。 2 PCB電流與導(dǎo)線寬度的關(guān)系 PCB導(dǎo)線寬度與電路電流承載值有關(guān)，一般導(dǎo)線越寬，承載電流的能力越強(qiáng)。在實(shí)際的PCB制作過程中，導(dǎo)線寬度應(yīng)以能滿足電氣性能要求而又便于生產(chǎn)為宜，它的最小值以承受的電流大小而定，導(dǎo)線寬度和間距可取0.3mm(12mil)。導(dǎo)線的寬度在大電流的情況下還要考慮其溫升問題。PCB設(shè)計(jì)銅鉑厚度、線寬和電流關(guān)系表1所示。 表1 PCB設(shè)計(jì)銅鉑厚度、線寬和電流關(guān)系 圖1 印制導(dǎo)線的拐彎應(yīng)成圓角 圖2 PCB中的45°折線 圖3 兩向布線時(shí)布線策略 3 PCB設(shè)計(jì)中的布線 在PCB設(shè)計(jì)中，布線是關(guān)系PCB設(shè)計(jì)成功與否的關(guān)鍵階段，PCB板上銅箔導(dǎo)線的位置、密度、寬窄、間距、走線形式等因素會(huì)決定PCB的抗干擾能力，因此，要獲得PCB的最佳性能，必須要做到合理布線。 3.1 布線遵循原則 3.1.1 布線時(shí)板型選擇和密度設(shè)計(jì) 在滿足布線要求的前提下，PCB布線時(shí)選擇的板型，單面板應(yīng)優(yōu)先考慮，其次是雙面板、多層板。其布線密度，要結(jié)合電路結(jié)構(gòu)及產(chǎn)品性能要求，合理選擇，力求布線簡(jiǎn)單、均勻。 3.1.2 布線時(shí)的線寬與間距選擇 PCB中選擇的導(dǎo)線，其最小寬度由導(dǎo)線與絕緣基扳間的粘附強(qiáng)度和流過它們的電流值決定。導(dǎo)線最小寬度和間距一般不應(yīng)小于8mil，如果布線密度允許，可以適當(dāng)加寬導(dǎo)線寬度及導(dǎo)線間距。對(duì)銅箔厚度為2mil，寬度在40mil到600mil的導(dǎo)線，當(dāng)流經(jīng)該條導(dǎo)線的電流2A時(shí)，其溫度不會(huì)高于3℃，一般選擇導(dǎo)線寬度為60mil可滿足要求。在沒有特殊要求的情況下，布線通常選8～12mil導(dǎo)線寬度。而對(duì)于集成電路，尤其是數(shù)字電路，導(dǎo)線寬度最小可選擇達(dá)到2～2.8mil，設(shè)計(jì)中，在條件允許的范圍內(nèi)，電源、地線寬度可盡量加寬，一般選擇地線寬度大于電源線，而電源線寬度大于信號(hào)線寬度，必要時(shí)，可采用大面積敷銅接地。 在制作PCB布線設(shè)計(jì)中，輸入輸出端的導(dǎo)線應(yīng)盡量避免交叉，可通過添加線間電容的方式避免發(fā)生反饋耦合。導(dǎo)線的間距一般選擇為大于等于線寬，其最小值由最壞情況下的線間絕緣電阻和擊穿電壓決定，在數(shù)字電路中，在工藝允許的情況下，間距可選擇5～8mil。 3.1.3 走線形式的選擇 印制導(dǎo)線的布設(shè)應(yīng)盡可能短。當(dāng)電路為高頻電路或布線密集的情況下，印制導(dǎo)線的拐彎應(yīng)成圓角，如圖1所示。當(dāng)印制導(dǎo)線的拐彎成直角或尖角時(shí)，在高頻電路或布線密集的情況下會(huì)影響電路的電氣特性，在PCB設(shè)計(jì)中，由于直角或夾角在高頻電路中會(huì)影響電氣性能，導(dǎo)線拐彎一般選用45度折線或圓弧形，一般不使用90度折線布線，如圖2所示。當(dāng)兩面布線時(shí)，PCB雙面的導(dǎo)線一般選擇正交垂直、斜交或彎曲走線，避免相互平行，以減小板間寄生耦合，如圖3所示。 3.2 電源線和地線的處理 PCB布線中，要采取必要措施降低電源線和地線阻抗，減少公共阻抗、串?dāng)_和反射等所引起的波形畸變和振蕩現(xiàn)象。電源線寬度，一般印制線路板電流的大小決定，電源線寬度一般選擇48～100mil，在條件允許的情況下，電源線寬度盡量加寬，同時(shí)注意減少環(huán)路電阻，盡量使電源線、地線的走向和信號(hào)流向保持一致，增強(qiáng)PCB的抗噪聲干擾能力。 3.2.1 電源設(shè)計(jì)原則 隨著電路規(guī)模的增大，電路中的電源種類和數(shù)量也在增加，對(duì)于簡(jiǎn)單電路電源的分布，所有電源可匯總為一路。對(duì)于復(fù)雜電路，可將電路分成若干模塊，電源的數(shù)目仍不變，還為1個(gè)。但是，對(duì)于有多種不同電壓的電源，要根據(jù)電路特性，按照就近原則，使得多點(diǎn)電源分散在各自電路模塊中，對(duì)于具體布線方法，如果各模塊電源及地線擁有公共布線電阻，那么，任何一個(gè)模塊上的電流發(fā)生變動(dòng)，都將影響到其他的基板，因此，一般將其各個(gè)基板電源GND的布線分別由電源引出，各自有布線電阻，即使因電流變化而產(chǎn)生電壓降，也僅僅停留在該模塊上，不會(huì)對(duì)其他電路模塊產(chǎn)生影響。 3.2.2 地線設(shè)計(jì)原則 克服電磁干擾，最主要的手段就是接地。地線設(shè)計(jì)的原則主要有： （1）對(duì)于工作頻率小于1MHz的低頻信號(hào)，布線和元器件間的電感影響比較小，但接地電路形成的環(huán)流干擾比較大，因而應(yīng)采用一點(diǎn)接地的方式，但是，對(duì)于工作頻率在1MHz～10MHz的信號(hào)，采用一點(diǎn)接地,其地線長度不應(yīng)超過波長的1/20。對(duì)于工作頻率大于10MHz的信號(hào)，隨著頻率的增大，其地線阻抗也變得很大，應(yīng)想辦法降低地線阻抗，可應(yīng)采用就近多點(diǎn)接地的方式。 （2）模擬地、數(shù)字地、大功率器件地分開；低頻電路的地應(yīng)盡量采用單點(diǎn)并聯(lián)接地，實(shí)際布線有困難時(shí)可部分串聯(lián)后再并聯(lián)接地；對(duì)于高頻和數(shù)字信號(hào)，屏蔽電纜兩端都接地；交流中線(交流地)與直流地嚴(yán)格分開，以免相互干擾，影響系統(tǒng)正常工作。 （3）接地線應(yīng)盡量加粗。若接地線用很紉的線條，則接地電位隨電流的變化而變化，使抗噪性能降低。因此應(yīng)將接地線加粗，使它能通過三倍于印制板上的允許電流。如有可能，接地線應(yīng)在80～120mil以上。 （4）使用大面積接地銅箔。用大面積銅層作地線對(duì)未布線區(qū)域進(jìn)行地線填充，但是要注意避免使用大面積實(shí)心銅箔，因?yàn)榇竺娣e實(shí)心銅箔經(jīng)過長時(shí)間受熱，易發(fā)生銅箔起皮脫落現(xiàn)象；對(duì)于必須用大面積銅箔的區(qū)域，可以用采用柵格替代，網(wǎng)狀柵格有利于排除銅箔與基板之間粘合劑受熱產(chǎn)生揮發(fā)性氣體。高頻元件周圍盡量用柵格狀大面積接地銅箔，對(duì)貫穿的零件腳上(DIPPIN)鋪的銅箔采用熱焊盤處理。 3.2.3 布線的美觀設(shè)計(jì) PCB設(shè)計(jì)中，不僅要考慮元器件放置的整齊有序，更要考慮走線的優(yōu)美流暢。在保證滿足國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)要求和電路電氣規(guī)則的情況下，還應(yīng)注重布線的美觀設(shè)計(jì)，尤其是對(duì)于一些可能暴露在用戶面前的電路部分，布線的美觀設(shè)計(jì)，可能會(huì)影響為了產(chǎn)品的形象。 |
