PCB設(shè)計(jì)中的四個(gè)小妙招

PCB設(shè)計(jì)四大妙招

據(jù)說(shuō)，每個(gè)工程師對(duì)PCB設(shè)計(jì)都有不少有趣的經(jīng)歷和自家獨(dú)特的技術(shù)心得。不知道各位小伙伴是怎么看待PCB設(shè)計(jì)的規(guī)則和經(jīng)驗(yàn)的呢？今天小編就專門(mén)為大家?guī)?lái)了一份干貨，十分鐘就能教會(huì)你PCB設(shè)計(jì)中的四大竅門(mén)，快往下拉~

這份干貨，來(lái)自ADI工業(yè)與儀器儀表部門(mén)的高級(jí)系統(tǒng)應(yīng)用工程師Rob Reeder對(duì)于“使用高速轉(zhuǎn)換器”的四個(gè)重要PCB布局布線規(guī)則。主要是為了確保設(shè)計(jì)性能能達(dá)到數(shù)據(jù)手冊(cè)的技術(shù)規(guī)格，因而設(shè)計(jì)師們必然要遵守一些基本的指導(dǎo)原則。

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AGND和DGND接地層應(yīng)當(dāng)分離嗎？

首先，帶大家來(lái)解決一個(gè)常見(jiàn)的問(wèn)題，那就是“AGND和DGND接地層應(yīng)當(dāng)?shù)姆蛛x嗎？” 詳細(xì)的回答是“通常不分離”。因?yàn)樵诖蠖鄶?shù)情況下，分離接地層只會(huì)增加返回電流的電感，因而所帶來(lái)的壞處大于好處。從V=L(di/dt)就可以發(fā)現(xiàn)：電感增加，電壓噪聲會(huì)提高；而開(kāi)關(guān)電流增大，電壓噪聲也同樣會(huì)提高。因此，接地層應(yīng)連在一起。

在一些應(yīng)用中，為了符合傳統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，必須將臟亂的總線電源或數(shù)字電路放在某些區(qū)域；同時(shí)還受尺寸限制的影響，使得電路板無(wú)法實(shí)現(xiàn)良好的布局分割，在這種情況下，分離接地層是實(shí)現(xiàn)良好性能的關(guān)鍵。然而，為使整體設(shè)計(jì)有效，必須在電路板的某個(gè)地方通過(guò)一個(gè)電橋或連接點(diǎn)將這些接地層連在一起。因此，應(yīng)將連接點(diǎn)均勻地分布在分離的接地層上。最終，PCB上往往會(huì)有一個(gè)連接點(diǎn)成為返回電流通過(guò)而不會(huì)導(dǎo)致性能降低的最佳位置。此連接點(diǎn)通常位于轉(zhuǎn)換器附近或下方。

設(shè)計(jì)電源層時(shí)，應(yīng)使用這些層可以使用的所有銅線。如果可能，請(qǐng)勿讓這些層共用走線，因?yàn)轭~外的走線和過(guò)孔會(huì)將電源層分割成較小的碎塊，從而迅速損害電源層。 由此產(chǎn)生的稀疏電源層可以將電流路徑擠壓到最需要這些路徑的地方，即轉(zhuǎn)換器的電源引腳。擠壓過(guò)孔與走線之間的電流會(huì)提高電阻，導(dǎo)致轉(zhuǎn)換器的電源引腳發(fā)生輕微的壓降。

最后，電源層的放置至關(guān)重要，切勿將高噪聲的數(shù)字電源層疊放在模擬電源層上，否則二者雖然位于不同的層，但仍有可能耦合。為將系統(tǒng)性能下降的風(fēng)險(xiǎn)降至最低，設(shè)計(jì)中應(yīng)盡可能將這些類型的層隔開(kāi)而不是疊加在一起。

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PCB的輸電系統(tǒng)設(shè)計(jì)（PDS）可以忽略嗎？

PDS的設(shè)計(jì)目標(biāo)是將響應(yīng)電源電流需求而產(chǎn)生的電壓紋波降至最低。所有電路都需要電流，有些電路需求量較大，有些電路則需要以較快的速率提供電流。采用充分去耦的低阻抗電源層或接地層以及良好的PCB層疊，可以將因電路的電流需求而產(chǎn)生的電壓紋波降至最低。例如，如果設(shè)計(jì)的開(kāi)關(guān)電流為1A，PDS的阻抗為10mΩ，則最大電壓紋波為10mV。

首先，應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)一個(gè)支持較大層電容的PCB層疊結(jié)構(gòu)。例如，六層堆疊可能包含頂部信號(hào)層、第一接地層、第一電源層、第二電源層、第二接地層和底部信號(hào)層。規(guī)定第一接地層和第一電源層在層疊結(jié)構(gòu)中彼此靠近，這兩層間距為2到3密爾，形成一個(gè)固有層電容。此電容的最大優(yōu)點(diǎn)是它是免費(fèi)的，只需在PCB制造筆記中注明。如果必須分割電源層，同一層上有多個(gè)VDD電源軌，則應(yīng)使用盡可能大的電源層。不要留下空洞，同時(shí)也應(yīng)注意敏感電路。這將使該VDD層的電容最大。如果設(shè)計(jì)允許存在額外的層（本例中是從六層變?yōu)榘藢樱?，則應(yīng)將兩個(gè)額外的接地層放在第一和第二電源層之間。在核心間距同樣為2到3密爾的情況下，此時(shí)層疊結(jié)構(gòu)的固有電容將加倍。

對(duì)于理想的PCB層疊，電源層起始入口點(diǎn)和DUT周圍均應(yīng)使用去耦電容，這將確保PDS阻抗在整個(gè)頻率范圍內(nèi)均較低。使用若干0.001μF至100μF的電容有助于覆蓋該范圍。沒(méi)有必要各處都配置電容；電容正對(duì)著DUT對(duì)接會(huì)破壞所有的制造規(guī)則。如果需要這種嚴(yán)厲的措施，則說(shuō)明電路存在其它問(wèn)題。

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如何利用裸露焊盤(pán)實(shí)現(xiàn)PCB最佳連接？

1.裸露焊盤(pán)

裸露焊盤(pán)對(duì)充分發(fā)揮信號(hào)鏈的性能以及器件充分散熱非常重要。裸露焊盤(pán)，ADI公司稱之為引腳0，是目前大多數(shù)器件下方的焊盤(pán)。它是一個(gè)重要的連接，芯片的所有內(nèi)部接地都是通過(guò)它連接到器件下方的中心點(diǎn)。不知您是否注意到，目前許多轉(zhuǎn)換器和放大器中缺少接地引腳，原因就在于裸露焊盤(pán)。

將此引腳妥善固定(即焊接)至PCB，可以實(shí)現(xiàn)牢靠的電氣和熱連接。如果此連接不牢固，就會(huì)發(fā)生混亂；換言之，此設(shè)計(jì)很可能成為設(shè)計(jì)師不愿看到的無(wú)效設(shè)計(jì)。

2.如何實(shí)現(xiàn)最佳連接

利用裸露焊盤(pán)實(shí)現(xiàn)最佳電氣和熱連接有三個(gè)步驟——

1、在可能的情況下，應(yīng)在各PCB層上復(fù)制裸露焊盤(pán)。這樣做的 目的是為了與所有接地和接地層形成密集的熱連接，從而快速散熱。 此步驟與高功耗器件及具有高通道數(shù)的應(yīng)用相關(guān)。在電氣方面，這將為所有接地層提供良好的等電位連接。甚至可以在底層復(fù)制裸露焊盤(pán)(見(jiàn)圖1)，它可以用作去耦散熱接地點(diǎn)和安裝底側(cè)散熱器的地方。

裸露焊盤(pán)布局示例

2、**將裸露焊盤(pán)分割成多個(gè)相同的部分，如同棋盤(pán)。**在打開(kāi)的裸露焊盤(pán)上使用絲網(wǎng)交叉格柵，或使用阻焊層。此步驟可以確保器件與PCB之間的穩(wěn)固連接。在回流焊組裝過(guò)程中，無(wú)法決定焊膏如何流動(dòng)并最終連接器件與PCB。連接可能存在，但分布不均?？赡苤坏玫揭粋€(gè)連接，并且連接很小，或者更糟糕，位于拐角處。將裸露焊盤(pán)分割為較小的部分可以確保各個(gè)區(qū)域都有一個(gè)連接點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)更牢靠、均勻連接的裸露焊盤(pán)(見(jiàn)圖2和圖3)。

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