嵌入式開發必看: PCB設計的這幾個問題,你能明白了嗎?

PCB設計布局,是把電路器件放在印制電路板布線區內。布局是否合理不僅影響后面的布線工作,而且對整個電路板的性能也有重要影響。在保證電路功能和性能指標后,要滿足工藝性、檢測和維修方面的要求,元件應均勻、整齊、緊湊布放在PCB上,盡量減少和縮短各元器件之間的引線和連接,以得到均勻的組裝密度。但在PCB設計中,我們經常會遇到一些問題,今天小編就梳理幾個常見的問題,你能解決嗎?

 


GNDDGND接地層應當分離嗎?

 

簡單回答是:視情況而定;詳細回答則是:通常不分離。

 

因為在大多數情況下,分離接地層只會增加返回電流的電感,它所帶來的壞處大于好處。從公式V = Ldi/dt)可以看出,隨著電感增加,電壓噪聲會提高。而隨著開關電流增大(因為轉換器采樣速率提高),電壓噪聲同樣會提高。因此,接地層應當連在一起。

 

PCB的輸電系統(PDS)設計可以忽略嗎?

 

這一任務常被忽視,但對于系統級模擬和數字設計人員卻至關重要。

 

PDS的設計目標是將響應電源電流需求而產生的電壓紋波降至最低。所有電路都需要電流,有些電路需求量較大,有些電路則需要以較快的速率提供電流。采用充分去耦的低阻抗電源層或接地層以及良好的PCB層疊,可以將因電路的電流需求而產生的電壓紋波降至最低。例如,如果設計的開關電流為1APDS的阻抗為10mΩ,則最大電壓紋波為10mV

 

對于理想的PCB層疊,電源層起始入口點和DUT周圍均應使用去耦電容,這將確保PDS阻抗在整個頻率范圍內均較低。使用若干0.001μF100μF的電容有助于覆蓋該范圍。沒有必要各處都配置電容;電容正對著DUT對接會破壞所有的制造規則。如果需要這種嚴厲的措施,則說明電路存在其它問題。

 

如何實現裸露焊盤的最佳電氣和散熱連接?

 

這是一個容易忽視的方面,但它對于實現PCB設計的最佳性能和散熱至關重要。

 

裸露焊盤(引腳0)指的是大多數現代高速IC下方的一個焊盤,它是一個重要的連接,芯片的所有內部接地都是通過它連接到器件下方的中心點。裸露焊盤的存在使許多轉換器和放大器可以省去接地引腳。關鍵是將該焊盤焊接到PCB時,要形成穩定可靠的電氣連接和散熱連接,否則系統可能會遭到嚴重破壞。

 

通過以下三個步驟,可以實現裸露焊盤的最佳電氣和散熱連

 

01.在可能的情況下,應在各PCB層上復制裸露焊盤,這將為所有接地提供較厚的散熱連接,從而快速散熱,對于高功耗器件尤其重要。在電氣方面,這將為所有接地層提供良好的等電位連接。在底層上復制裸露焊盤時,它可以用作去耦接地點和安裝散熱器的地方。

 

02.將裸露焊盤分割成多個相同的部分。以棋盤狀最佳,可以通過絲網交叉格柵或焊罩來實現。在回流焊組裝過程中,無法決定焊膏如何流動以建立器件與PCB的連接,因此連接可能存在,但分布不均,更糟糕的情況是連接很小并且位于拐角處。將裸露焊盤分割為若干較小的部分可以使各個區域都有一個連接點,從而確保器件與PCB之間形成可靠、均勻的連接。

 

03.應當確保各部分都有過孔連接到地。各區域通常都很大,足以放置多個過孔。組裝之前,務必用焊膏或環氧樹脂填充每個過孔,這一步非常重要,這樣才能確保裸露焊盤焊膏不會回流到過孔空洞中,否則會降低正確連接的機率。

 

PCB中各層面之間的交叉耦合真的無關緊要嗎?

 

大多數設計人員認為這無關緊要,但,并非如此。

 

PCB設計中,一些高速轉換器的布局布線不可避免地會出現一個電路層與另一個交疊的情況。某些情況下,敏感的模擬層(電源、接地或信號)可能就在高噪聲數字層的正上方。因為這些層面位于不同的層,所以無關緊要?我們來看一個簡單的測試。

 

選擇相鄰層中的一層,并在該層面注入信號。然后,將交叉耦合層連接到一個頻譜 分析儀。可以看到,耦合到相鄰層的信號非常多。即使間距40密爾,某種意義上相鄰 層仍會形成一個電容,因此在某些頻率下,信號仍會從一個層耦合到另一個層。

 

假設某層上的高噪聲數字部分具有高速開關的1V信號,層間隔離為60dB時,非受驅層將看到從受驅層耦合而來的1mV信號。對于2Vp-p滿量程擺幅的12位模數轉換器 (ADC)而言,這意味著2LSB(最低有效位)的耦合。對于特定的系統,這可能不成問題, 但應注意,當分辨率從12位提高到14位時,靈敏度會提高四倍,因而誤差將增大到8LSB

 

忽略交叉面/交叉層耦合可能不會導致系統設計失敗,或者削弱設計,但必須保持警惕,因為兩個層面之間的耦合可能比想象的要多。

 

在目標頻譜內發現噪聲雜散耦合時,應注意這一點。有時候,布局布線會導致非預期 信號或層交叉耦合至不同層。調試敏感系統時請記住這一點:問題可能出在下面一層。

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