設(shè)計(jì)電路板的基礎(chǔ)知識

PCB板就是PrintedCircuitBlock,即印制電路板，供電子組件安插，有線路的基版。通過使用印刷方式將鍍銅的基版印上防蝕線路，并加以蝕刻沖洗出線路。電路板的工作原理相信大家都很了解：利用基板絕緣材料，將表面銅箔導(dǎo)電層隔離開，讓電流能沿著提前設(shè)計(jì)好的路線中游走在各種元器件中，從而實(shí)現(xiàn)諸如做功、放大、衰減、調(diào)制、解調(diào)、編碼等功能。深亞在這里分享一些設(shè)計(jì)電路板的相關(guān)資料，供各位pcb設(shè)計(jì)初學(xué)者參考。

1.電容相關(guān)知識：

鋁電解電容的容量大，額定電壓高，但適應(yīng)工作溫度環(huán)境較差，適合低頻濾波的場合；

鉭電容具有較好的溫度特性，具有較小的ESR和ESL，高頻濾波特性較好，但其承受沖擊電流的能力不行，一般在設(shè)計(jì)中要降額50%以上使用；

陶瓷電容具有體積小、價(jià)格低和穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于電源的高頻濾波中，其容值較小，當(dāng)需要大容值的電容時(shí)，需要考慮其他電容的類別。

電容的去耦存在去耦半徑的問題：容值與封裝越小，其去耦半徑越小。在PCB布局時(shí)，為保證小封裝小電容對電源的有效去耦，電容應(yīng)盡量靠近要去耦的電源引腳放置；容值與封裝越大，其去耦半徑越大，可以對較大區(qū)域的電源進(jìn)行有效去耦，在大封裝大容值的去耦電容布局時(shí)，可以同時(shí)管控多個(gè)電源引腳的去耦。

2.電感相關(guān)知識：

電感在電路設(shè)計(jì)中的特性主要表現(xiàn)為：濾除高頻諧波，通直流、阻交流；阻礙電流的變化，保持器件工作電流的穩(wěn)定。

在進(jìn)行電感選型時(shí)需要核對的電感參數(shù)有電感值、直流電阻、額定電流和自諧振頻率（Q值最大的頻率）

一般電感值越大，對應(yīng)的直流電阻越大；電感值越大，對應(yīng)的諧振頻率越?。浑姼兄翟酱?，對應(yīng)的額定電流越小。

3.磁珠相關(guān)知識：

磁珠專用于抑制信號線、電源線上的高頻噪聲和尖峰干擾還具有吸收靜電脈沖的能力.

磁珠在轉(zhuǎn)折點(diǎn)頻率以下，表現(xiàn)為電感性，反射噪聲；在轉(zhuǎn)折點(diǎn)頻率以上，磁珠表現(xiàn)為電阻性，磁珠吸收噪聲并轉(zhuǎn)換為熱能。

電感與磁珠的不同點(diǎn)：

（1）處理噪聲的方式不同。電感和電容可以組成LC低通濾波電路，電容在電感和地之間構(gòu)建一個(gè)低阻抗的路徑，讓高頻噪聲通過低阻抗路徑將噪聲導(dǎo)到地平面上。在LC低通濾波電路中，電感在處理噪聲時(shí)，沒有從根本上清除噪聲；磁珠處理噪聲的方式是在低頻時(shí)，磁珠表現(xiàn)為感性，反射噪聲，在高頻時(shí)電阻特性為主要特性，磁珠中的電阻吸收高頻噪聲并轉(zhuǎn)換為熱能，能夠從根本上消除噪聲。

（2）自身是否產(chǎn)生危害的影響。電感與電容組成LC濾波電路時(shí)，因?yàn)長C都是儲(chǔ)能元件，所以兩者可能會(huì)產(chǎn)生自激，給電路帶來影響；而磁珠是耗能元件，自身不會(huì)自激，不會(huì)給電路帶來噪聲的影響。

（3）濾波的頻率范圍不同。電感在不超過50MHz的低頻段時(shí)，就有較好的濾波特性，頻率再高時(shí)，濾波效果不好；而磁珠利用其呈現(xiàn)出來的電阻特性吸收高頻噪聲，濾波的頻率范圍要遠(yuǎn)大于磁珠。

（4）器件直流壓降的不同。電感與磁珠都有直流電阻，同樣級別的濾波器，磁珠的直流電阻要小于電感，磁珠的壓降也就小于同級別電感的壓降。

4.ESD

在進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮ESD的防護(hù)，在走線時(shí)應(yīng)遵循橫平豎直的走線方向，空間允許時(shí)走線應(yīng)盡量加粗；在PCB的邊緣不要布置對噪聲敏感的信號，如時(shí)鐘信號、復(fù)位信號等；當(dāng)PCB由多層構(gòu)成時(shí)，敏感走線盡可能要有良好的參考地平面；對于濾波器、光耦合器、弱信號走線，應(yīng)盡可能加大走線之間的距離；長距離的走線需要進(jìn)行濾波處理；根據(jù)ESD的防護(hù)，應(yīng)適當(dāng)增加屏蔽罩。

ESD對接口與保護(hù)可以遵循如下設(shè)計(jì)規(guī)則：

（1）一般電源防雷保護(hù)器件的順序是壓敏電阻、熔絲、抑制二極管、EMI濾波器、電感或共模電感，對于原理圖缺失上面任意器件的則順延布局。

（2）一般接口信號保護(hù)器件的順序是ESD(TVS管)、隔離變壓器、共模電感、電容和電阻，對于原理圖缺失上面任意器件的則順延布局。

（3）嚴(yán)格按照原理圖的順序進(jìn)行“一字形”布局

（4）電平變換芯片要靠近連接器放置。

（5）易受ESD干擾的器件，如NMOS和CMOS器件等，應(yīng)判斷是否已盡量遠(yuǎn)離易受ESD干擾的區(qū)域（如單板的邊緣）。

（6）浪涌抑制器件（TVS管、壓敏電阻）對應(yīng)的信號走線在表層應(yīng)短且粗（一般距離在10mil以上）

（7）不同接口之間的走線要清晰，不要互相交叉，接口線到所連接的保護(hù)和濾波器件距離要盡量短，接口線必須經(jīng)過保護(hù)或?yàn)V波器件再到信號接收芯片。

（8）接口器件的固定孔要接到保護(hù)地上，連接到機(jī)殼的定位孔、扳手要直接接到信號地。

（9）變壓器、光耦合器等器件輸入與輸出信號的地要分開。

5.PCB散熱處理

一些發(fā)熱大的器件，一般會(huì)有專用的散熱焊盤，要適當(dāng)在散熱焊盤上添加過孔，為利于散熱，散熱用的過孔都要做阻焊開窗處理。

6.PCB板框

無論是布局、布線還是內(nèi)層平面的敷銅處理，相對板框都要內(nèi)縮一定距離，內(nèi)縮的尺寸可以依據(jù)設(shè)計(jì)的要求進(jìn)行選擇，如無特殊說明，敷銅時(shí)相對板框內(nèi)縮0.5mm即可。

四層板設(shè)計(jì)，若中間兩層為電源層和地層，要設(shè)置內(nèi)縮，從而減少電磁輻射。

在最基本的PCB電路板上，零件基本集中在一側(cè)，導(dǎo)線集中在另一側(cè)。由于導(dǎo)線只出現(xiàn)在一側(cè)，這種PCB被稱為單面板。多層板，多層有導(dǎo)線，必須在兩層之間有適當(dāng)?shù)碾娐愤B接。電路之間的橋梁叫作導(dǎo)孔（via）。電路板的基本設(shè)計(jì)過程可分為以下四個(gè)步驟：

（1）電路原理圖的設(shè)計(jì)---電路原理圖的設(shè)計(jì)主要是利用ProtelDXP的原理圖編輯器來繪制原理圖。

（2）生成網(wǎng)絡(luò)報(bào)表——網(wǎng)絡(luò)報(bào)表：顯示電路原理與電路中各個(gè)元器件之間的連接關(guān)系。它是電路原理圖設(shè)計(jì)和電路板設(shè)計(jì)之間的橋梁和紐帶。通過電路原理圖的網(wǎng)絡(luò)報(bào)表，可以快速找到元件之間的連接，為以后的PCB設(shè)計(jì)提供方便。

（3）印刷電路板的設(shè)計(jì)---印刷電路板的設(shè)計(jì)即我們通常所說的PCB設(shè)計(jì)，它是電路原理圖轉(zhuǎn)化成的最終形式，這部分的相關(guān)設(shè)計(jì)較電路原理圖的設(shè)計(jì)有較大的難度，我們可以借助ProtelDXP的強(qiáng)大設(shè)計(jì)功能完成這一部分的設(shè)計(jì)。

（4）生成印刷電路板報(bào)表——印刷電路板設(shè)計(jì)完成后，還有最后一道工序需要完成，那就是生成報(bào)表：電路板信息報(bào)表、生成引腳報(bào)表、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)報(bào)表等，最后打印印刷電路圖。