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搞定PCB布线!资深工程师PCB布线经验大分享
双击自动滚屏 发布者:admin 发布时间:2013-12-18 10:53:21 阅读:2706

搞定PCB布线!资深工程师PCB布线经验大分享

【导读】对于开关电源,PCB布线毫无疑问是非常重要的一个环节。然而市面似乎很没有合适的书籍来阐述这一块,今天在这和大家分享多年来在PCB布线方面的经验,包括原理图的绘制、PCB封装、布局、走线、机械,散热和EMI考量等等,欢迎大家参与讨论。

    首先,你要开始这个工作,先掌握一款软件,画PCB的软件很多,protelADPADSPowerPCBAllegro等等。当然这些只是工具,在这里并不讨论某种软件怎么用。  第一步,我们来讨论怎么画原理图。可能很多工程师觉得怎么画原理图不重要,只要画对就行。其实不然,画图和编程一样,一个是要正确,二是要有可读性,逻辑分明。要是一张原理图,n久之后连你自己都看不懂,那肯定不是好原理图。  对于电源原理图,要做到逻辑分明并不难。 

1、首先要把功率电路和控制电路区分开来。如果你是简单电路,可以放在一张原理图里。比如上面为功率电路,下面为控制电路。并且将初次级分割明显。如果你是复杂电路,可以采用多张原理图,比如PFC一页,DCDC一页,PFC控制电路一页,DCDC控制电路一页,还有各种保护也单独一页。

2、每个功能模块,都应该有简短的文字说明。

3、尽量少用交叉,但又不连接的连线。过多的交叉线,会导致看不清楚,而且有可能会误连接。

4、合理利用网络名,原理图中每一个节点都有一个独一无二的netname,所以对一些无法用连线连接的节点,可以用net来连接,但是net的名字应该取得比较形象,容易读懂。对于跨页的连接,应该采用全局的网络名。 

在画原理图的时候,还需要养成一些小的良好习惯,比如:

1、一些在布板的时候需要彼此靠近的器件,在原理图中最好也画在一起。

2、在第一次研发的时候,应该预留一些调试的器件位置,有利于增加器件。

3、善于利用0欧姆电阻,0欧姆电阻可以将一个net分成二个net,有利于布线。  在你布比较复杂的电路的时候,会发现有时候很多走线是一个net的,但是又不能混在一起。比如功率地,信号地。那么在布线的时候,为了能自动互相避让,可以将其分成两个net

原理图是一个项目的开始,也是最为关键的一环。所以在画原理图的时候,应该仔细审查,任何一个细微错误,都会导致将来花大力气来弥补。原理图一旦完成,就该进行编号,同时每一次修改,都应该另存,不要随意覆盖旧文件,避免出错后找不到原来的文件。  如果原理图准备完毕,就要开始准备每一个所用器件的PCB封装。在大公司里,通常PCB封装有严格的规范,或许有专人制作,那么电源工程师就省去了这个麻烦。但是在一些小公司里,封装还得工程师自己来画,那么要注意些什么呢? 

1、封装的脚位必须和原理图脚位一一对应,比如电解电容,如果脚位对错,那可糟糕了。 2、要了解生产工艺对封装的要求,通常生产线会积累一些经验,比如封装焊盘多大,生产效率比较高,那么工程师在做封装的时候要事先了解这些规范,尽量迁就产线标准。这样生产效率才能提高。其次,不同的焊接工艺,比如是波峰焊,还是回流焊,都会对焊盘有不同的要求。

3、对于一些对称的封装,一定要注意标记,比如标记1脚,避免装反。对于定制的器件,最好搞成不对称,可防反。  这里举个简单的例子,比如贴片电阻,要放在底层。有可能采用回流焊,也有可能和插件一起过波峰焊。如果用波峰焊,那么焊盘要适当的大于电阻的焊脚,这样才有利挂上锡。 

如果开始布局了,首先要考量的就是器件的总体摆放。  1、要考量功率电路的走向,功率电路是占了PCB大部分的区域,那么这部分电路的走向就非常重要了。通常对于功率比较大的电路,走向有以下几种。  直线型:输入在一边,输出在另外一边。 回字型:输入和输出在同一边,绕个弯回来。蛇形:绕好几个弯 多块板子,比如有AB两块板子,中间用飞线连接(注意飞线上要走直流电流,减少EMI)。当然还有其他的一些,总的来说,功率走向要清晰,不能胡乱交叉。

对于大致的功率走向确定之后,要来分别细化各个功率电路的走向,首先看EMI的滤波器的布局。  EMI滤波有个大概的原则,就是输入和输出尽量远离。如果输入和输出很靠近,那么输入输出之间的耦合电容,会导致高频滤波效果变差。  滤波器走向如下:

 那么再来看一下一个简单的反激电路:

如果从结构,散热的角度来考虑的话,要注意一些细节: 

●板子的重量尽量均衡,不要把重物器件都集中在某一区域;

●热源器件也不要都聚集在一块,不然互相提高温升;

●对热敏感的器件,比如电解电容,不要靠近热源,或者热源的下风口;

●对于风冷的电源,要注意风道的畅通,发热器器件尽量处于下风口,对热敏感器件处于上风口;

●对于容易破裂的器件,比如陶瓷电容,不要放在PCB容易弯曲的地方,比如定位孔附近;

●除此之外,还有一个重要的环节,就是要事先了解安规,要知道你设计的产品,将来要过哪个地区的哪些安规。  要事先考虑好,各个爬电距离,电气间隙的要求。事实上安规的细节要求是非常多的,对于研发工程师来说,一开始就要和安规工程师做好沟通,了解一些细节。最主要的一些细节,大致有这些,

●保险丝前的火线和零线的距离。

●初级,次级,大地之间的距离。

●两个不同电位点之间的距离。  关于控制电路的布局,通常复杂点的电源,控制电路分为控制部份,和驱动部份。而驱动部份介于功率电路和信号电路之间,是一定的干扰源,而抗干扰能力要比信号电路强。 

简单一点的电路,控制和驱动是集成在一块的,那么需要注意的是: 1、控制电路的布局,应该尽量远离功率电路,不宜和功率电路混在一起。特别需要避开dv/dt大的节点,di/dt大的环路。 2、布局应该以IC为中心,优先布局震荡电容,去耦电容等电容器件。因为容性器件起到滤除高频噪音的功能,为了减少寄生电感,要和IC的引脚尽量近。 3、驱动电路必须靠近MOS,这样驱动电路的环路才会比较小,一个减少干扰,二减少驱动线上的寄生电感。  当布局初步完成之后,就要切入我们讨论的重点,如何布线。对于电源来说布线并非简单的连连起来这么简单,有诸多的细节需要考虑。  首先,在布线之间,你要了解合作的PCB厂家的工艺水平。比如你采用1盎司的铜厚,通常的厂家能做的最小线宽和最小间距大概在5mil左右,如果你设计的太小,会导致工艺做不到。  同样铜厚越厚,最小线宽和间距就会越大。通常2盎司,会要求7mil以上,3盎司会要求8mil以上。当然这些都是要看各个PCB厂家的工艺水平。所以在设置布线规则之前,要先了解这些。

接下来,应该知道多大的电流需要多宽的铜皮。也就是所谓的走线的电流密度,这个没有唯一的标准,完全受铜线的温升限制。  对于PCB走线,无非是铜皮而已,所以不单单走线具有电阻,会发热,会有压降。在高频开关电源里面,走线带来的另外一个寄生参数可能会更值得关注,那就是寄生电感。每一根走线都会带来或大或小的寄生电感。这些电感,带来震荡,噪音。 

我们来看一下,三个电容的布线,讨论一下PCB走线对电容性能的影响。  

 左边这个呢,有利于高频噪音的吸收,中间这个铜皮电阻最小,损耗较小。右边这个非常的不合理,因为把走线电感串入了电容,电容的高频吸收能力减弱。  在布线的时候尽量避免出现锐角,这个规则主要是高频电路的布线规则。因为在锐角处一是出现阻抗变化,而是锐角的电荷密度比较大,是干扰相对比较大的地方。虽然这个规则在电源设计中没有高频电路这么重要,但是也当尽量避免。

 

 
 

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