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搞定PCB布線!資深工程師PCB布線經(jīng)驗(yàn)大分享

發(fā)布時(shí)間:2013-12-18 責(zé)任編輯:eliane

【導(dǎo)讀】對于開關(guān)電源,PCB布線毫無疑問是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。然而市面似乎很沒有合適的書籍來闡述這一塊,今天在這和大家分享多年來在PCB布線方面的經(jīng)驗(yàn),包括原理圖的繪制、PCB封裝、布局、走線、機(jī)械,散熱和EMI考量等等,歡迎大家參與討論。

搞定PCB布線!資深工程師PCB布線經(jīng)驗(yàn)大分享

首先,你要開始這個(gè)工作,先掌握一款軟件,畫PCB的軟件很多,protel,AD,PADS,PowerPCB,Allegro等等。當(dāng)然這些只是工具,在這里并不討論某種軟件怎么用。

第一步,我們來討論怎么畫原理圖??赡芎芏喙こ處熡X得怎么畫原理圖不重要,只要畫對就行。其實(shí)不然,畫圖和編程一樣,一個(gè)是要正確,二是要有可讀性,邏輯分明。要是一張?jiān)韴D,n久之后連你自己都看不懂,那肯定不是好原理圖。

對于電源原理圖,要做到邏輯分明并不難。

1、首先要把功率電路和控制電路區(qū)分開來。如果你是簡單電路,可以放在一張?jiān)韴D里。比如上面為功率電路,下面為控制電路。并且將初次級分割明顯。如果你是復(fù)雜電路,可以采用多張?jiān)韴D,比如PFC一頁,DCDC一頁,PFC控制電路一頁,DCDC控制電路一頁,還有各種保護(hù)也單獨(dú)一頁。
2、每個(gè)功能模塊,都應(yīng)該有簡短的文字說明。
3、盡量少用交叉,但又不連接的連線。過多的交叉線,會導(dǎo)致看不清楚,而且有可能會誤連接。
4、合理利用網(wǎng)絡(luò)名,原理圖中每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都有一個(gè)獨(dú)一無二的netname,所以對一些無法用連線連接的節(jié)點(diǎn),可以用net來連接,但是net的名字應(yīng)該取得比較形象,容易讀懂。對于跨頁的連接,應(yīng)該采用全局的網(wǎng)絡(luò)名。

在畫原理圖的時(shí)候,還需要養(yǎng)成一些小的良好習(xí)慣,比如:
1、一些在布板的時(shí)候需要彼此靠近的器件,在原理圖中最好也畫在一起。
2、在第一次研發(fā)的時(shí)候,應(yīng)該預(yù)留一些調(diào)試的器件位置,有利于增加器件。
3、善于利用0歐姆電阻,0歐姆電阻可以將一個(gè)net分成二個(gè)net,有利于布線。

在你布比較復(fù)雜的電路的時(shí)候,會發(fā)現(xiàn)有時(shí)候很多走線是一個(gè)net的,但是又不能混在一起。比如功率地,信號地。那么在布線的時(shí)候,為了能自動互相避讓,可以將其分成兩個(gè)net。
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原理圖是一個(gè)項(xiàng)目的開始,也是最為關(guān)鍵的一環(huán)。所以在畫原理圖的時(shí)候,應(yīng)該仔細(xì)審查,任何一個(gè)細(xì)微錯(cuò)誤,都會導(dǎo)致將來花大力氣來彌補(bǔ)。原理圖一旦完成,就該進(jìn)行編號,同時(shí)每一次修改,都應(yīng)該另存,不要隨意覆蓋舊文件,避免出錯(cuò)后找不到原來的文件。

如果原理圖準(zhǔn)備完畢,就要開始準(zhǔn)備每一個(gè)所用器件的PCB封裝。在大公司里,通常PCB封裝有嚴(yán)格的規(guī)范,或許有專人制作,那么電源工程師就省去了這個(gè)麻煩。但是在一些小公司里,封裝還得工程師自己來畫,那么要注意些什么呢?

1、封裝的腳位必須和原理圖腳位一一對應(yīng),比如電解電容,如果腳位對錯(cuò),那可糟糕了。
2、要了解生產(chǎn)工藝對封裝的要求,通常生產(chǎn)線會積累一些經(jīng)驗(yàn),比如封裝焊盤多大,生產(chǎn)效率比較高,那么工程師在做封裝的時(shí)候要事先了解這些規(guī)范,盡量遷就產(chǎn)線標(biāo)準(zhǔn)。這樣生產(chǎn)效率才能提高。其次,不同的焊接工藝,比如是波峰焊,還是回流焊,都會對焊盤有不同的要求。
3、對于一些對稱的封裝,一定要注意標(biāo)記,比如標(biāo)記1腳,避免裝反。對于定制的器件,最好搞成不對稱,可防反。

這里舉個(gè)簡單的例子,比如貼片電阻,要放在底層。有可能采用回流焊,也有可能和插件一起過波峰焊。如果用波峰焊,那么焊盤要適當(dāng)?shù)拇笥陔娮璧暮改_,這樣才有利掛上錫。

如果開始布局了,首先要考量的就是器件的總體擺放。

1、要考量功率電路的走向,功率電路是占了PCB大部分的區(qū)域,那么這部分電路的走向就非常重要了。通常對于功率比較大的電路,走向有以下幾種。

直線型:輸入在一邊,輸出在另外一邊。
回字型:輸入和輸出在同一邊,繞個(gè)彎回來。
蛇形:繞好幾個(gè)彎
多塊板子,比如有AB兩塊板子,中間用飛線連接(注意飛線上要走直流電流,減少EMI)。當(dāng)然還有其他的一些,總的來說,功率走向要清晰,不能胡亂交叉。
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對于大致的功率走向確定之后,要來分別細(xì)化各個(gè)功率電路的走向,首先看EMI的濾波器的布局。

EMI濾波有個(gè)大概的原則,就是輸入和輸出盡量遠(yuǎn)離。如果輸入和輸出很靠近,那么輸入輸出之間的耦合電容,會導(dǎo)致高頻濾波效果變差。

濾波器走向如下:
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那么再來看一下一個(gè)簡單的反激電路:
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如果從結(jié)構(gòu),散熱的角度來考慮的話,要注意一些細(xì)節(jié):

●板子的重量盡量均衡,不要把重物器件都集中在某一區(qū)域;
●熱源器件也不要都聚集在一塊,不然互相提高溫升;
●對熱敏感的器件,比如電解電容,不要靠近熱源,或者熱源的下風(fēng)口;
●對于風(fēng)冷的電源,要注意風(fēng)道的暢通,發(fā)熱器器件盡量處于下風(fēng)口,對熱敏感器件處于上風(fēng)口;
●對于容易破裂的器件,比如陶瓷電容,不要放在PCB容易彎曲的地方,比如定位孔附近;
●除此之外,還有一個(gè)重要的環(huán)節(jié),就是要事先了解安規(guī),要知道你設(shè)計(jì)的產(chǎn)品,將來要過哪個(gè)地區(qū)的哪些安規(guī)。

要事先考慮好,各個(gè)爬電距離,電氣間隙的要求。事實(shí)上安規(guī)的細(xì)節(jié)要求是非常多的,對于研發(fā)工程師來說,一開始就要和安規(guī)工程師做好溝通,了解一些細(xì)節(jié)。
最主要的一些細(xì)節(jié),大致有這些,
●保險(xiǎn)絲前的火線和零線的距離。
●初級,次級,大地之間的距離。
●兩個(gè)不同電位點(diǎn)之間的距離。

關(guān)于控制電路的布局,通常復(fù)雜點(diǎn)的電源,控制電路分為控制部份,和驅(qū)動部份。而驅(qū)動部份介于功率電路和信號電路之間,是一定的干擾源,而抗干擾能力要比信號電路強(qiáng)。

簡單一點(diǎn)的電路,控制和驅(qū)動是集成在一塊的,那么需要注意的是:
1、控制電路的布局,應(yīng)該盡量遠(yuǎn)離功率電路,不宜和功率電路混在一起。特別需要避開dv/dt大的節(jié)點(diǎn),di/dt大的環(huán)路。
2、布局應(yīng)該以IC為中心,優(yōu)先布局震蕩電容,去耦電容等電容器件。因?yàn)槿菪云骷鸬綖V除高頻噪音的功能,為了減少寄生電感,要和IC的引腳盡量近。
3、驅(qū)動電路必須靠近MOS,這樣驅(qū)動電路的環(huán)路才會比較小,一個(gè)減少干擾,二減少驅(qū)動線上的寄生電感。

當(dāng)布局初步完成之后,就要切入我們討論的重點(diǎn),如何布線。對于電源來說布線并非簡單的連連起來這么簡單,有諸多的細(xì)節(jié)需要考慮。

首先,在布線之間,你要了解合作的PCB廠家的工藝水平。比如你采用1盎司的銅厚,通常的廠家能做的最小線寬和最小間距大概在5mil左右,如果你設(shè)計(jì)的太小,會導(dǎo)致工藝做不到。

同樣銅厚越厚,最小線寬和間距就會越大。通常2盎司,會要求7mil以上,3盎司會要求8mil以上。當(dāng)然這些都是要看各個(gè)PCB廠家的工藝水平。所以在設(shè)置布線規(guī)則之前,要先了解這些。
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接下來,應(yīng)該知道多大的電流需要多寬的銅皮。也就是所謂的走線的電流密度,這個(gè)沒有唯一的標(biāo)準(zhǔn),完全受銅線的溫升限制。

對于PCB走線,無非是銅皮而已,所以不單單走線具有電阻,會發(fā)熱,會有壓降。在高頻開關(guān)電源里面,走線帶來的另外一個(gè)寄生參數(shù)可能會更值得關(guān)注,那就是寄生電感。每一根走線都會帶來或大或小的寄生電感。這些電感,帶來震蕩,噪音。

我們來看一下,三個(gè)電容的布線,討論一下PCB走線對電容性能的影響。

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左邊這個(gè)呢,有利于高頻噪音的吸收,中間這個(gè)銅皮電阻最小,損耗較小。右邊這個(gè)非常的不合理,因?yàn)榘炎呔€電感串入了電容,電容的高頻吸收能力減弱。

在布線的時(shí)候盡量避免出現(xiàn)銳角,這個(gè)規(guī)則主要是高頻電路的布線規(guī)則。因?yàn)樵阡J角處一是出現(xiàn)阻抗變化,而是銳角的電荷密度比較大,是干擾相對比較大的地方。雖然這個(gè)規(guī)則在電源設(shè)計(jì)中沒有高頻電路這么重要,但是也當(dāng)盡量避免。

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