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搞定PCB布線!資深工程師PCB布線經驗大分享
雙擊自動滾屏 發布者:admin 發布時間:2013-12-18 10:53:21 閱讀:3270

搞定PCB布線!資深工程師PCB布線經驗大分享

【導讀】對于開關電源,PCB布線毫無疑問是非常重要的一個環節。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布線方面的經驗,包括原理圖的繪制、PCB封裝、布局、走線、機械,散熱和EMI考量等等,歡迎大家參與討論。

    首先,你要開始這個工作,先掌握一款軟件,畫PCB的軟件很多,protelADPADSPowerPCBAllegro等等。當然這些只是工具,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。可能很多工程師覺得怎么畫原理圖不重要,只要畫對就行。其實不然,畫圖和編程一樣,一個是要正確,二是要有可讀性,邏輯分明。要是一張原理圖,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分開來。如果你是簡單電路,可以放在一張原理圖里。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。如果你是復雜電路,可以采用多張原理圖,比如PFC一頁,DCDC一頁,PFC控制電路一頁,DCDC控制電路一頁,還有各種保護也單獨一頁。

2、每個功能模塊,都應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,會導致看不清楚,而且有可能會誤連接。

4、合理利用網絡名,原理圖中每一個節點都有一個獨一無二的netname,所以對一些無法用連線連接的節點,可以用net來連接,但是net的名字應該取得比較形象,容易讀懂。對于跨頁的連接,應該采用全局的網絡名。 

在畫原理圖的時候,還需要養成一些小的良好習慣,比如:

1、一些在布板的時候需要彼此靠近的器件,在原理圖中最好也畫在一起。

2、在第一次研發的時候,應該預留一些調試的器件位置,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net分成二個net,有利于布線。  在你布比較復雜的電路的時候,會發現有時候很多走線是一個net的,但是又不能混在一起。比如功率地,信號地。那么在布線的時候,為了能自動互相避讓,可以將其分成兩個net

原理圖是一個項目的開始,也是最為關鍵的一環。所以在畫原理圖的時候,應該仔細審查,任何一個細微錯誤,都會導致將來花大力氣來彌補。原理圖一旦完成,就該進行編號,同時每一次修改,都應該另存,不要隨意覆蓋舊文件,避免出錯后找不到原來的文件。  如果原理圖準備完畢,就要開始準備每一個所用器件的PCB封裝。在大公司里,通常PCB封裝有嚴格的規范,或許有專人制作,那么電源工程師就省去了這個麻煩。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,比如電解電容,如果腳位對錯,那可糟糕了。 2、要了解生產工藝對封裝的要求,通常生產線會積累一些經驗,比如封裝焊盤多大,生產效率比較高,那么工程師在做封裝的時候要事先了解這些規范,盡量遷就產線標準。這樣生產效率才能提高。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,一定要注意標記,比如標記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,那么焊盤要適當的大于電阻的焊腳,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,繞個彎回來。蛇形:繞好幾個彎 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。

對于大致的功率走向確定之后,要來分別細化各個功率電路的走向,首先看EMI的濾波器的布局。  EMI濾波有個大概的原則,就是輸入和輸出盡量遠離。如果輸入和輸出很靠近,那么輸入輸出之間的耦合電容,會導致高頻濾波效果變差。  濾波器走向如下:

 那么再來看一下一個簡單的反激電路:

如果從結構,散熱的角度來考慮的話,要注意一些細節: 

●板子的重量盡量均衡,不要把重物器件都集中在某一區域;

●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,或者熱源的下風口;

●對于風冷的電源,要注意風道的暢通,發熱器器件盡量處于下風口,對熱敏感器件處于上風口;

●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,還有一個重要的環節,就是要事先了解安規,要知道你設計的產品,將來要過哪個地區的哪些安規。  要事先考慮好,各個爬電距離,電氣間隙的要求。事實上安規的細節要求是非常多的,對于研發工程師來說,一開始就要和安規工程師做好溝通,了解一些細節。最主要的一些細節,大致有這些,

●保險絲前的火線和零線的距離。

●初級,次級,大地之間的距離。

●兩個不同電位點之間的距離。  關于控制電路的布局,通常復雜點的電源,控制電路分為控制部份,和驅動部份。而驅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。 

簡單一點的電路,控制和驅動是集成在一塊的,那么需要注意的是: 1、控制電路的布局,應該盡量遠離功率電路,不宜和功率電路混在一起。特別需要避開dv/dt大的節點,di/dt大的環路。 2、布局應該以IC為中心,優先布局震蕩電容,去耦電容等電容器件。因為容性器件起到濾除高頻噪音的功能,為了減少寄生電感,要和IC的引腳盡量近。 3、驅動電路必須靠近MOS,這樣驅動電路的環路才會比較小,一個減少干擾,二減少驅動線上的寄生電感。  當布局初步完成之后,就要切入我們討論的重點,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,有諸多的細節需要考慮。  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,如果你設計的太小,會導致工藝做不到。  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。當然這些都是要看各個PCB廠家的工藝水平。所以在設置布線規則之前,要先了解這些。

接下來,應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,這個沒有唯一的標準,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,會發熱,會有壓降。在高頻開關電源里面,走線帶來的另外一個寄生參數可能會更值得關注,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,三個電容的布線,討論一下PCB走線對電容性能的影響。  

 左邊這個呢,有利于高頻噪音的吸收,中間這個銅皮電阻最小,損耗較小。右邊這個非常的不合理,因為把走線電感串入了電容,電容的高頻吸收能力減弱。  在布線的時候盡量避免出現銳角,這個規則主要是高頻電路的布線規則。因為在銳角處一是出現阻抗變化,而是銳角的電荷密度比較大,是干擾相對比較大的地方。雖然這個規則在電源設計中沒有高頻電路這么重要,但是也當盡量避免。

 

 
 

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