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技術專題
如何正確設計PCB
PCB設計過程中涉及到許多零零碎碎的注意點，以我多年的經驗給出如下提示：
一、一般提示
1、使重要節點可訪問
您將試圖弄清為什么某些東西無法正常工作，并且您想測量PCB內部的信號。在設計PCB之前，您應該考慮哪些點對電路進行故障診斷很重要，并且在不易接近的情況下，請在與它們相連的地方添加測試點。有多種形式的測試點，但是形成循環的測試點非常適合帶有鉤子的測試探針。
2、在組件之間留出空間
試圖將組件盡可能地緊湊地包裝，只是意識到沒有足夠的布線空間。在組件之間留出一些空間，以便導線可以散開。組件的引腳越多，所需的空間就越大。間距不僅將促進自動布線，而且將使焊接更容易。
3、以相同的方向放置組件
組件通常具有標準的插針編號，插針＃1位于左上角。如果所有組件的方向相同，則在焊接或檢查組件時不會出錯。
4、打印布局以查看組件的尺寸是否匹配
布置完所有組件后，打印出布局。將每個組件放在版面設計圖的頂部，以查看它們是否匹配。有時數據表可能有錯誤。
5、交換層之間的布線方向
在一側繪制垂直跡線，在另一側繪制水平跡線。這便于必須交叉的線的布線。對于多層，請在方向之間交替。
6、根據電流選擇線寬
較大的寬度減小了電阻，從而減少了由散熱引起的熱量。線的寬度應根據流過它們的估計電流來確定大小。您可以使用在線計算器來計算其寬度。因此，電源線應更寬，因為所有電流均由這些線提供。
7、了解制造商的規格
每個制造商都有自己的規格，例如最小走線寬度，間距，層數等。開始設計之前，您應考慮自己的需求并找到符合您要求的制造商。您的要求還包括PCB的材料等級。等級從FR-1（紙酚混合物）到FR-5（玻璃布和環氧樹脂）不等。大多數PCB原型制造商都使用FR-4，但是FR-2用于大批量消費應用。材料的類型會影響電路板的強度，耐用性，吸濕性和阻燃性（FR）。
8、避免走線成90o角
急劇的直角轉彎很難保持走線寬度恒定。對于狹窄的跡線，這是一個值得關注的原因，其中很小的差異占跡線的很大一部分。更好的方法是進行兩個45o彎曲。
9、使用絲印層
在專業的PCB制造商中，這一層是非常標準的，對于貼標簽非常有用。標記您的組件（PCB布局軟件通常會這樣做），并添加有關該板的內容，修訂號和作者/所有者的一些信息。
10、使用原理圖與布局比較
許多PCB布局軟件都有原理圖和布局之間的比較工具。使用它來確保您的布局與原理圖匹配。
11、創建地平面
特別是在模擬電路中，“接地”是指整個PCB上的電壓相同，這一點很重要。如果使用走線路由接地信號，它們的電阻會產生電壓降，從而使PCB中的不同“接地”具有不同的電位。為了避免這種情況，您應該創建一個接地層，即，大面積的銅層（或者更好的是，為該層保留一層），連接到地的組件可以直接通過通孔來接地。接地平面可以完全用銅填充（更好地散熱），也可以如下圖所示在正方形網格中填充。
地平面的缺點之一是難以焊接元件，因為熱量會很快通過飛機散發。為避免這種情況，可以通過細跡線與飛機進行接觸，如下圖所示。
12、放置旁路電容器
旁路電容器用于從恒定電源中濾除交流分量。它們減少了噪聲，波紋和其他有害的交流信號。他們通過繞過地面的交流電波動來做到這一點，因此得名。因此，它們通常連接在我們要濾波的電壓（電源電壓，參考信號等）與地之間。選擇這些電容器的一個好地方是PCB的電源入口：將電源連接到PCB的電線通常很長，并且充當天線，收集大量RF信號。另一個有效的位置是靠近IC（盡可能靠近電源和接地引腳），以減少PCB內部添加的任何噪聲。對于參考引腳或需要非常穩定電壓的任何其他引腳也是如此。
電容器的值取決于交流分量的頻率。每個電容器都有自己的頻率響應，該頻率響應由其電阻和調諧到一定頻率范圍的等效串聯電感（ESL）決定。例如，要過濾低頻，您需要一個更大的電容器。通常，在中頻范圍內使用0.1-1μF的電容器就足夠了，如果波動緩慢，則可以選擇1-10μF左右；對于高頻噪聲，可以使用0.001-0.1μF的電容器。您也可以使用旁路電容器的任意組合來消除更寬的頻率范圍。對于驅動大量電流的芯片，可以放置10 μF-100 μF電容器作為緩沖器。如果電容器的值允許，請使用單片陶瓷電容器，因為它們既小又便宜。
13、并行布線差分信號走線
差分信號通常用于提高抗干擾能力并放大動態范圍。僅當兩個信號的走線遵循相似的路徑時才有效，這樣噪聲會相等地干擾兩個路徑。為此，應使差分信號的兩條線彼此平行并盡可能靠近。
14、考慮熱點
如果散熱不充分，熱量會降低電路的性能，甚至損壞電路。考慮哪些組件消耗更多的功率，以及包裝如何散發產生的熱量。數據表中有一個稱為“熱阻”的參數，該參數指出了在特定條件下每瓦特功率會增加多少溫度。例如，條件可能是IC下方的x面積為y mm的銅面積。為了更強的散熱，您應該增加散熱器或什至風扇來冷卻IC。此外，使電路板的關鍵部分與這些熱源隔離。
15、制作并行腳印以查找難以找到的組件
通常，您使用的是通常不出售的組件，或者具有相同功能的兩個組件的價格波動，您想購買很便宜的組件。在這些情況下，您可能希望根據外部因素來更換組件，即使它們的占地面積不一樣，但要保持電路板的設計不變。如果電路板面積不是很在意，則可以為一個特定的模塊并行準備一個以上占用空間的設計，以便安裝當前可用的零件，而將其他零件保留為空。
二、電源電路提示
1、將電源和控制接地分開
電源電路的大電壓和電流尖峰會在控制電路中產生破壞性干擾，通常是低電壓和電流。對于每個電源階段，應將電源接地和控制接地分開。如果將它們在PCB中綁在一起，請在靠近電源路徑末端的位置（尤其是在PCB接地附近）進行連接。
2、使用內層作為控制接地
如果您打算使用多層電路板，則將頂層用于電源走線，將底層用于控制走線，將內層用于控制接地。中間層較大的接地層將為來自電源電路的任何干擾提供較小的阻抗路徑，并保護控制路徑免受干擾。
3、使電源走線更寬以承受更高的電流
這實際上是一個一般性的提示，但對于電源電路而言更重要。您應根據流過的電流大小來確定每個電源路徑的電線寬度。否則可能會產生過多的熱量并燒毀電線。您可以使用在線計算器來計算其寬度。
三、混合信號電路的技巧
1、將數字和模擬地分開
對于電源電路，應將數字地和模擬地分開。原因相同：數字電路的電壓和電流尖峰會在模擬電路中產生干擾（噪聲），從而影響其性能。如果將它們在PCB中綁在一起，請在靠近電源路徑末端的位置（尤其是在PCB接地附近）進行連接。盡管對此問題還有其他觀點，但這是最被接受的。
2、保護模擬接地不受噪聲影響
模擬地的任何干擾都將與信號線產生相同的影響（重要的是任何一點與地面之間的差分電壓）。您希望有一個較大的接地層來減小其電阻，但這也使其更容易受到電容耦合至其上方或下方布線的影響。為此，模擬接地只應具有與之交叉的模擬線，并且數字線也應相同。這減少了模擬和數字電路之間的電容耦合。
四、PCB安裝提示
1、從小零件到大零件的焊接
如果您開始焊接大型組件，則它們將阻止焊接下一個組件。您應該從小部件（例如表面貼裝設備（SMD））開始，到大部件（例如通孔電容器或接線盒）結束。
2、注意冷焊點
冷焊點是指在進行焊點連接時，熱焊錫流到冷焊點上，并產生灰色斑點的焊錫，該焊錫沒有很好地粘附在焊點上。當沒有施加足夠的熱量使焊料正常熔化或被焊接的表面不夠清潔時，也會發生這種情況。有時可以用裸眼看到（如果嘗試移動引腳，會裂開焊點），而其他時候看起來像做得好的焊錫。這些焊點的影響可能是靜電噪聲，間斷的切口等。為了解決這個問題，您可以重新熔煉現有焊料或將其吸出，清潔斑點并再次焊接。為避免冷焊點，首先用烙鐵頭加熱焊點，然后用焊錫接觸焊點。熱的接頭將熔化焊料，并且它將流動并適當地吞沒接頭。
冷焊點。注意銷周圍的裂紋。
3、使用助焊劑以便于焊接
助焊劑是一種化學試劑，使焊接成為小菜一碟。通過改善液體焊料的潤濕特性來實現。只需在要焊接的表面上添加一些助焊劑，熱焊料會立即粘在引腳上。
4、不信任萬用表的連續性測試
普通萬用表具有連續性測試模式，當兩個探頭之間的電阻較小時會發出蜂鳴聲。這通常用于測試連續性，因為您無需在查看放置探頭的位置和萬用表上的值之間跳轉。但是，盡管這表明焊接不良，但仍會有幾歐姆的蜂鳴聲。假設低電阻線路和少量焊點，電阻應低于1歐姆。使用電阻測量模式以確保兩點之間的電阻盡可能小，這也意味著良好的焊點。