PCB設計整板布局、優化及分析
PCB設計整板布局有哪些基本原則?如何進行優化與分析?布局的合理與否直接影響到產品的壽命、穩定性、EMC(電磁兼容)等,必須從電路板的整體布局、布線的可通性和PCB的可制造性、機械結構、散熱、EMI(電磁干擾)、可靠性、信號的完整性等方面綜合考慮。
一般先放置與機械尺寸有關的固定位置的元器件,再放置特殊的和較大的元器件,最后放置小元器件。同時,要兼顧布線方面的要求,高頻元器件的放置要盡量緊湊,信號線的布線才能盡可能短,從而降低信號線的交叉干擾等。
與機械尺寸有關的定位插件的放置
電源插座、開關、PCB之間的接口、指示燈等都是與機械尺寸有關的定位插件。通常,電源與PCB之間的接口放到PCB的邊緣處,并與PCB邊緣要有3mm~5mm的間距;指示發光二極管應根據需要準確地放置;開關和一些微調元器件,如可調電感、可調電阻等應放置在靠近PCB邊緣的位置,以便于調整和連接;需要經常更換的元器件必須放置在器件比較少的位置,以易于更換。
特殊元器件的放置
大功率管、變壓器、整流管等發熱器件,在高頻狀態下工作時產生的熱量較多,所以在布局時應充分考慮通風和散熱,將這類元器件放置在PCB上空氣容易流通的地方。
大功率整流管和調整管等應裝有散熱器,并要遠離變壓器。
電解電容器之類怕熱的元件也應遠離發熱器件,否則電解液會被烤干,造成其電阻增大,性能變差,影響電路的穩定性。
易發生故障的元器件,如調整管、電解電容器、繼電器等,在放置時還要考慮到維修方便。
對經常需要測量的測試點,在布置元器件時應注意保證測試棒能夠方便地接觸。
由于電源設備內部會產生50Hz泄漏磁場,當它與低頻放大器的某些部分交連時,會對低頻放大器產生干擾。因此,必須將它們隔離開或者進行屏蔽處理。
放大器各級最好能按原理圖排成直線形式,如此排法的優點是各級的接地電流就在本級閉合流動,不影響其他電路的工作。輸入級與輸出級應當盡可能地遠離,減小它們之間的寄生耦合干擾。
考慮各個單元功能電路之間的信號傳遞關系,還應將低頻電路和高頻電路分開,模擬電路和數字電路分開。
集成電路應放置在PCB的中央,這樣方便各引腳與其他器件的布線連接。
電感器、變壓器等器件具有磁耦合,彼此之間應采用正交放置,以減小磁耦合。另外,它們都有較強的磁場,在其周圍應有適當大的空間或進行磁屏蔽,以減小對其他電路的影響。
在PCB的關鍵部位要配置適當的高頻退耦電容,如在PCB電源的輸入端應接一個10μF~100μF的電解電容,在集成電路的電源引腳附近都應接一個0.01pF左右的瓷片電容。
有些電路還要配置適當的高頻或低頻扼流圈,以減小高低頻電路之間的影響。這一點在原理圖設計和繪制時就應給予考慮,否則也將會影響電路的工作性能。
元器件排列時的間距要適當,其間距應考慮到它們之間有無可能被擊穿或打火。
含推挽電路、橋式電路的放大器,布置時應注意元器件電參數的對稱性和結構的對稱性,使對稱元器件的分布參數盡可能一致。
在對主要元器件完成手動布局后,應采用元器件鎖定的方法,使這些元器件不會在自動布局時移動。即執行Edit change命令或在元器件的Properties選中Locked就可以將其鎖定不再移動。
普通元器件的放置
對于普通的元器件,如電阻、電容等,應從元器件的排列整齊、占用空間大小、布線的可通性和焊接的方便性等幾個方面考慮,可采用自動布局的方式。
PCB布局的設計,先采用手工布局的方法優化調整部分元器件的位置,再結合自動布局完成PCB的整體設計。
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