pcb的地線,電源線,信號線

　　一、布線的總原則：

　?。?）按照電路的流程安排各個功能電路單元的位置 ， 使布局便于信號流通 ， 并使信號盡可能保持一致的方向 。

　?。?）以每個功能電路的元件為中心，圍繞它來進(jìn)行布局。元器件應(yīng)均勻、整齊、緊湊地排列在 PCB 上，盡量減少和縮短各元器件之間的引線和連接 。

　?。?）在高頻下工作的電路，要考慮元器件之間的分布參數(shù)。一般電路應(yīng)盡可能使元器件平行排列。這樣，不但美觀 。而且裝焊容易，易于批量生產(chǎn) 。

　　（4）位于電路板邊緣的元器件，離電路板邊緣一般不小于 2mm 。 電路板的形狀為矩形。長寬比為 3:2 成 4:3.電路板面尺寸大于200×150mm 時。應(yīng)考慮電路板所受的機(jī)械強(qiáng)度 。

　?。?）電源線與地線（或者中性線）要按照“井”字形布線。

　　二、導(dǎo)線寬度與間距的選擇與確定：

　　根據(jù)印制電路板電流的大小，盡量加粗電源線寬度，減少環(huán)路電阻。

　　印制導(dǎo)線的寬度主要由導(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。 當(dāng)銅箔厚度為 0.05mm，寬度為 1~ 1.5mm 時。通過 2A 的電流，溫度不會高于 3 ℃ ，導(dǎo)線寬度為 1.5mm 可滿足要求。對于集成電路，尤其是數(shù)字電路，通常選 0.02~0.3mm 導(dǎo)線寬度。當(dāng)然，只要允許，還是盡可能用寬線．尤其是電源線和地線。導(dǎo)線的間距主要由壞情況下的線間絕緣電阻和擊穿電壓決定。對于集成電路，尤其是數(shù)字電路，只要工藝允許，導(dǎo)線可使間距小至 5~8mm。

　　線寬太小，則印刷導(dǎo)線電阻大，線上的電壓降也就大，影響電路的性能，線寬太寬，則布線密度不高，板面積增加，除了增加成本外，也不利于小型化。

　　地線，電源線，信號線之間的關(guān)系：

　　地線＞電源線＞信號線，通常信號線寬為：0.2～0.3mm，細(xì)寬度可達(dá)0.05～0.07mm，電源線為1.2～2.5 mm 。

　　但是對大電流的話，如果電流負(fù)荷以20A/平方毫米計(jì)算，當(dāng)覆銅箔厚度為0.5MM時，（一般為這么多，）則1MM（約40MIL）線寬的電流負(fù)荷為1A，因此，線寬取1--2.54MM（40--100MIL）能滿足一般的應(yīng)用要求，大功率設(shè)備板上的地線和電源，根據(jù)功率大小，可適當(dāng)增加線寬，而在小功率的數(shù)字電路上，為了提高布線密度，線寬取0.254--1.27MM（10--15MIL）就能滿足。

　　同一電路板中，電源線。地線比信號線粗。

　　按上面所說的計(jì)算，可以算出20A的電流要20MM

　　這是由于當(dāng)電流密度確定后，線路的截面積必須與通過的電流成正比。當(dāng)流通的電流過大時，線路將發(fā)熱而縮短壽命，嚴(yán)重時會影響周邊元器件的的穩(wěn)定性，或者被燒斷。

　　地線，電源線，信號線之間的關(guān)系：

　　地線一般在1.5～3mm。對數(shù)字電路的PCB可用寬的地導(dǎo)線組成一個回路， 即構(gòu)成一個地網(wǎng)來使用（模擬電路的地不能這樣使用） 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。

　　（1）、高低壓電源線之間的布線

　　在印制線路板上同時有高壓電路和低壓電路，高壓電路部分的元器件與低壓部分要分隔開放置，隔離距離與要承受的耐壓有關(guān)，通常情況下在2000V時板上要距離20mm，在此之上以比例算還要加大，例如若要承受3000V的耐壓測試，則高低壓線路之間的距離應(yīng)在35mm以上，許多情況下為避免爬電，還在印制線路板上的高低壓之間開槽。我們做的電路板也有高低壓電路，把高低壓之間的電路間距用了10mm。

　?。?）、導(dǎo)線之間的間距

　　相鄰導(dǎo)線間距必須能滿足電氣安全要求，而且為了便于操作和生產(chǎn)，間距也應(yīng)盡量寬些。間距至少要能適合承受的電壓。這個電壓一般包括工作電壓、附加波動電壓以及其它原因引起的峰值電壓。如果有關(guān)技術(shù)條件允許導(dǎo)線之間存在某種程度的金屬殘粒，則其間距就會減小。因此設(shè)計(jì)者在考慮電壓時應(yīng)把這種因素考慮進(jìn)去。在布線密度較低時，信號線的間距可適當(dāng)?shù)丶哟?，對高、低電平懸殊的信號線應(yīng)盡可能地短且加大間距。

　　（3）、地線的走線

　　印制導(dǎo)線的屏蔽與接地：印制導(dǎo)線的公共地線，應(yīng)盡量布置在印制線路板的邊緣部分。在印制線路板上應(yīng)盡可能多地保留銅箔做地線，這樣得到的屏蔽效果，比一長條地線要好，傳輸線特性和屏蔽作用將得到改善，另外起到了減小分布電容的作用。印制導(dǎo)線的公共地線形成環(huán)路或網(wǎng)狀，這是因?yàn)楫?dāng)在同一塊板上有許多集成電路，特別是有耗電多的元件時，由于圖形上的限制產(chǎn)生了接地電位差，從而引起噪聲容限的降低，當(dāng)做成回路時，接地電位差減小。另外，接地和電源的圖形盡可能要與數(shù)據(jù)的流動方向平行，這是抑制噪聲能力增強(qiáng)的秘訣；多層印制線路板可采取其中若干層作屏蔽層，電源層、地線層均可視為屏蔽層，一般地線層和電源層設(shè)計(jì)在多層印制線路板的內(nèi)層，信號線設(shè)計(jì)在內(nèi)層和外層。

　?。?）、信號線

　　首先信號線要盡量的短，這個基本準(zhǔn)則將降低無關(guān)信號耦合到信號路徑的可能性。 一般標(biāo)準(zhǔn)元器件兩腿之間的距離為0.1英寸（2.54mm），所以信號線系統(tǒng)的基礎(chǔ)一般就定為0.1英寸（2.54 mm）或小于0.1英寸的整倍數(shù)，如：0.05英寸、0.025英寸、0.02英寸等。

　?。?）、接地方式

　　A）。 串聯(lián)單點(diǎn)接地是指各個單元電路的接地線串聯(lián)后連向接地點(diǎn)，串聯(lián)單點(diǎn)接地的方式如圖2（a）所示，接地點(diǎn)由工作地線串聯(lián)起來，然后接地，圖2（b）則為其相對應(yīng)的等效電路圖。

　　由以上三式可知A，B，C點(diǎn)的電位并不為零，且受其他電路電流的影響。從防止噪聲和抑制干擾的角度出發(fā)，這種接地方式是不適用的。雖然這種接地方式很不合理．但由于比較簡單，采用這種接地方式的地方仍然很多，當(dāng)各電路的電平相差不大時可以便用。在各電路的電平相差很大時，就不能使用，因?yàn)楦唠娖诫娐穼a(chǎn)生根大的地電流，形成很大的地電位差并干擾到低電平電路中去。

　　串聯(lián)單點(diǎn)接地因各單元共用一條地線，易引起公共地阻干擾。如圖三（a）所示．因中印制電路板上單元電路A是低電平模擬放大器，單元電路B是數(shù)字電路集成芯片，兩者接地點(diǎn)串聯(lián)后引出印制電路板外接地。而Z1，Z2是相應(yīng)各段地線的阻抗。工作地線在這里既做電源的回流線又做信號的回流線，數(shù)字電路單元B的電源回流含有高頻成分， 在地線阻抗z1上的壓降將與輸入模擬信號疊加，加到低電平模擬放大器上，從而產(chǎn)生了共在阻抗干擾。

　　為了消除圖三（a）中所示電路的共地阻抗干擾，可以對此進(jìn)行改進(jìn)成如圖三

　?。╞）所示的結(jié)構(gòu)，即將模擬電源回路與數(shù)字電源回路完全分離。

　　使用單點(diǎn)接地方式時，要把低電平電路放在距接地點(diǎn)近的地方，即圖二中的A點(diǎn)，因?yàn)樵擖c(diǎn)員接近于地電位。

　　圖三

　　B）．并聯(lián)接地

　　并聯(lián)單點(diǎn)接地是指各個單元電路的接地線各自分別引向接地點(diǎn)。獨(dú)立地線并聯(lián)單點(diǎn)接地的方式如圖四所示，圖中各單元電路分別用地線接于一個接地點(diǎn)，而圖四（b）則為其相對應(yīng)的等效電路圖。

　　圖四

　　由于并聯(lián)單點(diǎn)接地方式需要很多根地線，在印制電路板設(shè)計(jì)時采用起來是比較麻煩而且笨重的。由于分別接地，勢必會增加地線長度，進(jìn)而增加了地線阻抗。另外，這種接地方式還會造成各地線相互之間的電感藕合，地線相互之間的分布電容也在地線之間形成電容藕合。隨著頻率增加，地線阻抗、地線間的電感鍋臺及電容鍋臺都會增大，因此這種接地方式不適用于高頻。當(dāng)頻率升高，特別是當(dāng)?shù)鼐€長度是1／4波長的奇數(shù)倍時，地線阻抗變得很高，地線就變成了天線，向外輻射干擾信號。所以地線長度不應(yīng)超過信號波長的1倍，以防止輻射，并降低地線阻抗。

　　在采用并聯(lián)單點(diǎn)接地方式時，還必須注意要把電平的單元電路布置在靠近接地點(diǎn)的A處，以使B點(diǎn)及C點(diǎn)的電位受影響。

　　一般我們都是把這兩種接地方式結(jié)合起來用，其基本原則為：首先，把容易產(chǎn)生相互干擾的電路各自分成小組，如把模擬電路和數(shù)字電路、小功率和大功率電路、低噪聲電路和高噪聲電路等區(qū)分開來；在每一個小組內(nèi)采用單點(diǎn)串聯(lián)方式把小組內(nèi)各電路的接地點(diǎn)串聯(lián)起來，選擇在電平的電路處作為小組接地點(diǎn)。

　　在頻率較低，地線阻抗不大，組內(nèi)各電路的電平又相差不大的情況下這種方式用得比較多，因?yàn)楸容^簡單，走線和電路圖相似，所以電路布線時比較容易。分組后再把各小組的接地點(diǎn)按單點(diǎn)并聯(lián)的方式分別連接到一個獨(dú)立的總接地點(diǎn)，混合接法的示意圖如下圖所示。

　　單點(diǎn)串聯(lián)和并聯(lián)混合接地方式

　　一般電子系統(tǒng)與設(shè)備中的地線至少有三種：信號地線、噪聲地線和金屬件地線。信號地線一般用于功率較小的電路，又可以進(jìn)一步分為模擬電路地線和數(shù)字電路地線。噪聲地線用在高功率電路例如晶間管、繼電器、電動機(jī)等容易產(chǎn)生較高噪聲的電路。金屬件地線指設(shè)備機(jī)殼、機(jī)架和底板等，交流電源中的保護(hù)地線應(yīng)與金屬件地線相連。電路板布線的基本知識既適用于模擬電路，也適用于數(shù)字電路。一個基本的經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則是使用不間斷的地平面，這一常識降低了數(shù)字電路中的 dI/dt（電流隨時間的變化）效應(yīng)，這一效應(yīng)會改變地的電勢并會使噪聲進(jìn)入模擬電路，數(shù)字和模擬電路的布線技巧基本相同，但有一點(diǎn)除外。對于模擬電路，還有另外一點(diǎn)需要注意， 就是要將數(shù)字信號線和地平面中的回路盡量遠(yuǎn)離模擬電路。這一點(diǎn)可以通過如下做法來實(shí)現(xiàn)：將模擬地平面單獨(dú)連接到系統(tǒng)地連接端，或者將模擬電路放置在電路板的遠(yuǎn)端，也就是線路的末端。 這樣做是為了保持信號路徑所受到的外部干擾。對于數(shù)字電路就不需要這樣做， 數(shù)字電路可容忍地平面上的大量噪聲，而不會出現(xiàn)問題。

　　對于一個板子上包含高低頻信號，要將高頻和低頻分開，高頻元件要靠近電路板的接插件 。

　　三、電路板地線設(shè)計(jì)原則

　?。?）印制電路板布線中的“分地”原則

　　所謂“分地”是指在設(shè)計(jì)印制電路板時首先應(yīng)根據(jù)不同的電源電壓、數(shù)字電路和模擬電路、高速電路和低速電路以及大電流電路和小電流電路來分別布設(shè)地線分地的主要目的就是為了防止共地線阻抗耪合干擾。

　　根據(jù)電路功能模塊進(jìn)行“分地”設(shè)計(jì)時的一般原則是：

　?、俚皖l電路的地應(yīng)盡量采用單點(diǎn)并聯(lián)接地，或采用部分串聯(lián)后再并聯(lián)接地；

　?、诟哳l電路宜采用多點(diǎn)串聯(lián)接地，地線應(yīng)短而粗；

　　③高頻元件周圍盡量用柵格狀大面積地箔。

　　若印制電路板上既有邏輯電路又有線性電路，應(yīng)使它們盡量分開。低頻電路的地應(yīng)盡量采用單點(diǎn)并聯(lián)接地，實(shí)際布線有困難時可部分串聯(lián)后再并聯(lián)接地。高頻電路宜采用多點(diǎn)串聯(lián)接地，地線應(yīng)短面粗，高頻元件周圍盡量用柵格狀大面積地箔。

　　（2）接地線應(yīng)盡量加粗

　　如果接地線采用很細(xì)的印制導(dǎo)線，則接地電位隨電流的變化而變化，從而降低了抗噪性能。因此應(yīng)將接地線盡可能加粗，并且至少使它能通過三倍于印制電路板上的允許電流。當(dāng)然，如有可能，接地線應(yīng)在2mm一3mm以上。

　?。?）數(shù)字電路接地線構(gòu)成閉環(huán)電路

　　對于在印制電路板上只數(shù)字電路所構(gòu)成，則其接地電路應(yīng)布成圓環(huán)路形式，這樣一般能提高抗噪聲能力。

　?。?）接地與信號環(huán)路

　　控制地層或信號返回環(huán)路是印制電路板上的EMI抑制的一個重要的設(shè)計(jì)考慮。必須認(rèn)真分析每一個與射頻噪聲電子電路產(chǎn)生的射頻電流相關(guān)的地單點(diǎn)連接，如在印制電路板地與底板大地之間的機(jī)械固定等。一般總是把高速的邏輯器件及振蕩器安排在盡可能接近地的單點(diǎn)連接點(diǎn)以化以渦流形式出現(xiàn)的到底殼地的射頻環(huán)路。