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【技術分享】電子產品的PCB設計要點

日期:2019-12-11 作者:潤欣科技創研社 返回列表

引言


隨著電子產品的不斷發展,對產品的要求越來越高,不僅要求產品性能好而且要求產品的美觀性,便捷性。這對于產品設計者來說,就轉化為PCB的尺寸越來越小,器件密度越來越高,PCB的設計難度也越來越高,怎樣在有限的時間內實現優秀的PCB設計呢?本文就來談談一款優秀的PCB設計的要點。


PCB設計—前期準備


在著手PCB layout工作之前,一定要清楚的做到以下幾點:


1. 畫好原理圖


熟讀主芯片的數據手冊,清楚各管腳的功能及電氣特性是畫好原理圖的基礎。好的原理圖在后續調試電路時更便于工程師工作,所以我們要養成在原理圖上做標注的習慣,把在layout設計中應注意的問題標注在原理圖上。在設計原理圖的時候做到模塊化,把不同功能,不同模塊的電路整理劃分在不同頁,無論是讀圖還是重復使用都能明顯減少工作量。


2.元器件封裝庫的準備


常見的阻容感封裝,畫圖工具中都會自帶標準的,我們只需檢查我們所需的封裝尺寸是否符合要求即可。其他的主芯片、外圍的芯片及連接器的封裝,我們就要根據資料里的封裝尺寸自己建立,建立封裝用的單位一定要和PCB設計用的設計單位一致,(mm/mil);減少因單位換算引起的設計誤差。


3.評估PCB的疊層


根據所要求的PCB尺寸和設計走線的難易程度來評估PCB的疊層,綜合制板成本和難度等各方面因素,選擇最佳的層數及板層順序。


就拿wifi芯片來說,片上系統集成度高,一個主芯片少則幾十個管腳,多則上百個管腳,這時我們就要重點關注比如通訊總線、DDR總線等特殊信號線的種類和數量,整個PCB的布線密度,從而確定PCB的信號層的層數,然后根據電源的種類,隔離和抗干擾的要求來確定內電層的數目。常見的4層板的wifi產品各層之間的放置順序為signal_1(top)--> GND(inner_1)—> POWER (inner_2)-- >Signal_2(Bottom) .TOP層用來放置元器件,inner_1為完整的地。


PCB設計—布局


布局的好壞直接會影響到PCB設計的工作效率,好的布局可以讓后續的布線工作變得非常簡單。前期準備工作中,我們已經生成了網絡表且建好了元器件庫,這時,我們只需要在PCB中導入網絡表,所有的器件就會出現在PCB中。我們就可以遵循以下幾個設計原則來布局元器件了:


1.元器件盡量布局在同一平面。


2.定位孔、連接器、螺絲孔等機械定位器件先按固定要求布局并確定位置,不能再移動。主芯片的位置也要優先確定好!


3.布局模塊化


按照不同功能,不同電氣特性把各元器件分區放好,模擬數字分開,電源信號分開,發熱器件和易感器件分開,體積較大的器件不能靠邊,射頻信號的屏蔽等等。


4.電源部分電容布局:濾波電容的擺放規則是“先大后小”。在高速IC芯片的電源管腳,需要足夠多的去耦電容,且要靠近芯片管腳擺放,否則就起不到去耦的作用。


5.通信總線布局:通信總線都有走線盡量直且短的要求,芯片與芯片之間的位置擺放關系。做到交叉走線最少。


6.RF布局:要求器件緊促擺放,發射鏈路器件和接收鏈路器件盡可能遠離,遠離敏感信號(比如晶體)減少干擾。天線與天線之間盡可能遠距離擺放,滿足最小隔離度。


7.布局要均衡,疏密有序。


最后,需要注意的是,在放置元器件時,要考慮生產安裝及后續調試的可行性及便利性,在保證以上原則能實現的前提下,適當修改器件的擺放,同樣的器件方向一致等。


PCB設計—布線


在基本完成元器件的布局后,就可以布線了。


1.確定禁布區,PCB板邊≤40mil區域內,安裝孔附近,禁止布線。


2.確定布線順序及走線線寬:布線順序應先電源線、再有特殊要求的信號線。地線線寬>電源線線寬>信號線線寬;電源線寬要盡可能的寬,通常情況下,電源線寬要≥2倍的載流線寬。常溫下1A的電流建議走20mil線寬。信號線的最小線寬4mil。


3.特殊要求信號線走線:差分信號要成對走線,盡量平行靠近,并且長短相差不大,盡量少打孔。相同屬性的總線要等長,且每對總線或差分對之間要有地保護。


4.每層信號線走線方向與相鄰板層的走線方向要成垂直方向,且防止信號線在不同層之間形成自環。


5. 同一網絡的布線寬度應保持一致,線寬的變化會造成線路特性阻抗的不均勻,當傳輸的速度較高時會產生反射。


6.晶體布線:晶體的輸入輸出布線盡量短,且晶體的地要直接打孔下主地。


7.RF鏈路布線:50Ω的阻抗匹配!RF走線盡量走在表層,短且直,敏感信號線遠離RF鏈路;RF鏈路下有完整的地。RF鏈路要有2-3w的禁布區。


8.鋪地: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。模擬地和數字地分開,低頻電路的地采用單點并聯接地,高頻電路采用多點串聯接地。


9.布線優化及DRC檢查:保證布線連接關系及電氣屬性的正確性!


10.審核檢查無誤后就可以出gerber打板。

 

以上是PCB整個設計過程需準備及注意的要點。PCB設計是一個考驗耐心的一件事,只要足夠細心、充分考慮各方面因素,綜合規則、后續可操作性等得出最優的設計方案,就可以設計出一款優秀的PCB產品。

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