PCB設計之單片機控制板設計原則
發布時間：2015-2-6 14:19
發布者：designapp
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設計電路板最基本的過程可以分為三大步驟：電路原理圖的設計，產生網絡表，印制電路板的設計。不管是板上的器件布局還是走線等等都有著具體的要求。 例如，輸入輸出走線應盡量避免平行，以免產生干擾。兩信號線平行走線必要是應加地線隔離，兩相鄰層布線要盡量互相垂直，平行容易產生寄生耦合。電源與地線應盡量分在兩層互相垂直。線寬方面，對數字電路PCB可用寬的地線做一回路，即構成一地網（模擬電路不能這樣使用），用大面積鋪銅。 下面這篇文章就單片機控制板設計需要注意的原則和一些細節問題進行了說明。 1．元器件布局 在元器件的布局方面，應該把相互有關的元件盡量放得靠近一些，例如，時鐘發生器、晶振、CPU的時鐘輸入端都易產生噪聲，在放置的時候應把它們靠近些。對于那些易產生噪聲的器件、小電流電路、大電流電路開關電路等，應盡量使其遠離單片機的邏輯控制電路和存儲電路（ROM、RAM），如果可能的話，可以將這些電路另外制成電路板，這樣有利于抗干擾，提高電路工作的可靠性。 2．去耦電容 盡量在關鍵元件，如ROM、RAM等芯片旁邊安裝去耦電容。實際上，印制電路板走線、引腳連線和接線等都可能含有較大的電感效應。大的電感可能會在Vcc 走線上引起嚴重的開關噪聲尖峰。防止Vcc走線上開關噪聲尖峰的唯一方法，是在VCC與電源地之間安放一個0.1uF的電子去耦電容。如果電路板上使用的是表面貼裝元件，可以用片狀電容直接緊靠著元件，在Vcc引腳上固定。最好是使用瓷片電容，這是因為這種電容具有較低的靜電損耗（ESL）和高頻阻抗，另外這種電容溫度和時間上的介質穩定性也很不錯。盡量不要使用鉭電容，因為在高頻下它的阻抗較高。 在安放去耦電容時需要注意以下幾點： ·在印制電路板的電源輸入端跨接100uF左右的電解電容，如果體積允許的話，電容量大一些則更好。 ·原則上每個集成電路芯片的旁邊都需要放置一個0.01uF的瓷片電容，如果電路板的空隙太小而放置不下時，可以每10個芯片左右放置一個1~10的鉭電容。 · 對于抗干擾能力弱、關斷時電流變化大的元件和RAM、ROM等存儲元件，應該在電源線（Vcc）和地線之間接入去耦電容。 ·電容的引線不要太長，特別是高頻旁路電容不能帶引線。 3．地線設計 在單片機控制系統中，地線的種類有很多，有系統地、屏蔽地、邏輯地、模擬地等，地線是否布局合理，將決定電路板的抗干擾能力。在設計地線和接地點的時候，應該考慮以下問題： ·邏輯地和模擬地要分開布線，不能合用，將它們各自的地線分別與相應的電源地線相連。在設計時，模擬地線應盡量加粗，而且盡量加大引出端的接地面積。一般來講，對于輸入輸出的模擬信號，與單片機電路之間最好通過光耦進行隔離。 ·在設計邏輯電路的印制電路版時，其地線應構成閉環形式，提高電路的抗干擾能力。 ·地線應盡量的粗。如果地線很細的話，則地線電阻將會較大，造成接地電位隨電流的變化而變化，致使信號電平不穩，導致電路的抗干擾能力下降。在布線空間允許的情況下，要保證主要地線的寬度至少在2~3mm以上，元件引腳上的接地線應該在1.5mm左右。 · 要注意接地點的選擇。當電路板上信號頻率低于1MHz時，由于布線和元件之間的電磁感應影響很小，而接地電路形成的環流對干擾的影響較大，所以要采用一點接地，使其不形成回路。當電路板上信號頻率高于10MHz時，由于布線的電感效應明顯，地線阻抗變得很大，此時接地電路形成的環流就不再是主要的問題了。所以應采用多點接地，盡量降低地線阻抗。 4．其他 ·電源線的布置除了要根據電流的大小盡量加粗走線寬度外，在布線時還應使電源線、地線的走線方向與數據線的走線方身一致在布線工作的最后，用地線將電路板的底層沒有走線的地方鋪滿，這些方法都有助于增強電路的抗干擾能力。 ·數據線的寬度應盡可能地寬，以減小阻抗。數據線的寬度至少不小于0.3mm（12mil），如果采用0.46~0.5mm（18mil~20mil）則更為理想。 ·由于電路板的一個過孔會帶來大約10pF的電容效應，這對于高頻電路，將會引入太多的干擾，所以在布線的時候，應盡可能地減少過孔的數量。再有，過多的過孔也會造成電路板的機械強度降低。 |
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