在任何開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)中,PCB板的物理設(shè)計(jì)都是最后一個(gè)環(huán)節(jié),如果設(shè)計(jì)方法不當(dāng),PCB可能會(huì)輻射過(guò)多的電磁干擾,造成電源工作不穩(wěn)定,以下針對(duì)各個(gè)步驟中所需注意的事項(xiàng)進(jìn)行分析。
1. 從原理圖到PCB的設(shè)計(jì)流程
建立元件參數(shù)——>輸入原理網(wǎng)表->設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)置->手工布局->手工布線(xiàn)->驗(yàn)證設(shè)計(jì)——>復(fù)查->CAM輸出。
2. 參數(shù)設(shè)置
相鄰導(dǎo)線(xiàn)間距必須能滿(mǎn)足電氣安全要求,而且為了便于操作和生產(chǎn),間距也應(yīng)盡量寬些。最小間距至少要能適合承受的電壓,在布線(xiàn)密度較低時(shí),信號(hào)線(xiàn)的間距可適當(dāng)?shù)丶哟螅瑢?duì)高、低電平懸殊的信號(hào)線(xiàn)應(yīng)盡可能地短且加大間距,一般情況下將走線(xiàn)間距設(shè)為8mil。
焊盤(pán)內(nèi)孔邊緣到印制板邊的距離要大于1mm,這樣可以避免加工時(shí)導(dǎo)致焊盤(pán)缺損。當(dāng)與焊盤(pán)連接的走線(xiàn)較細(xì)時(shí),要將焊盤(pán)與走線(xiàn)之間的連接設(shè)計(jì)成水滴狀,這樣的好處是焊盤(pán)不容易起皮,而是走線(xiàn)與焊盤(pán)不易斷開(kāi)。
3. 元器件布局
實(shí)踐證明,即使電路原理圖設(shè)計(jì)正確,印制電路板設(shè)計(jì)不當(dāng),也會(huì)對(duì)電子設(shè)備的可靠性產(chǎn)生不利影響。
例如,如果印制板兩條細(xì)平行線(xiàn)靠得很近,則會(huì)形成信號(hào)波形的延遲,在傳輸線(xiàn)的終端形成反射噪聲;由于電源、地線(xiàn)的考慮不周到而引起的干擾,會(huì)使產(chǎn)品的性能下降,因此,在設(shè)計(jì)印制電路板的時(shí)候,應(yīng)注意采用正確的方法。
每一個(gè)開(kāi)關(guān)電源都有四個(gè)電流回路: ◆ 電源開(kāi)關(guān)交流回路 ◆ 輸出整流交流回路 ◆ 輸入信號(hào)源電流回路 ◆ 輸出負(fù)載電流回路輸入回路
通過(guò)一個(gè)近似直流的電流對(duì)輸入電容充電,濾波電容主要起到一個(gè)寬帶儲(chǔ)能作用;類(lèi)似地,輸出濾波電容也用來(lái)儲(chǔ)存來(lái)自輸出整流器的高頻能量,同時(shí)消除輸出負(fù)載回路的直流能量。
所以,輸入和輸出濾波電容的接線(xiàn)端十分重要,輸入及輸出電流回路應(yīng)分別只從濾波電容的接線(xiàn)端連接到電源;如果在輸入/輸出回路和電源開(kāi)關(guān)/整流回路之間的連接無(wú)法與電容的接線(xiàn)端直接相連,交流能量將由輸入或輸出濾波電容并輻射到環(huán)境中去。
電源開(kāi)關(guān)交流回路和整流器的交流回路包含高幅梯形電流,這些電流中諧波成分很高,其頻率遠(yuǎn)大于開(kāi)關(guān)基頻,峰值幅度可高達(dá)持續(xù)輸入/輸出直流電流幅度的5倍,過(guò)渡時(shí)間通常約為50ns。
這兩個(gè)回路最容易產(chǎn)生電磁干擾,因此必須在電源中其它印制線(xiàn)布線(xiàn)之前先布好這些交流回路,每個(gè)回路的三種主要的元件濾波電容、電源開(kāi)關(guān)或整流器、電感或變壓器應(yīng)彼此相鄰地進(jìn)行放置,調(diào)整元件位置使它們之間的電流路徑盡可能短。
建立開(kāi)關(guān)電源布局的最好方法與其電氣設(shè)計(jì)相似,最佳設(shè)計(jì)流程如下:
1.放置變壓器 2.設(shè)計(jì)電源開(kāi)關(guān)電流回路 3.設(shè)計(jì)輸出整流器電流回路 4.連接到交流電源電路的控制電路
設(shè)計(jì)輸入電流源回路和輸入濾波器 設(shè)計(jì)輸出負(fù)載回路和輸出濾波器根據(jù)電路的功能單元,對(duì)電路的全部元器件進(jìn)行布局時(shí),要符合以下原則:
● 首先要考慮PCB尺寸大小。PCB尺寸過(guò)大時(shí),印制線(xiàn)條長(zhǎng),阻抗增加,抗噪聲能力下降,成本也增加;過(guò)小則散熱不好,且鄰近線(xiàn)條易受干擾。電路板的最佳形狀為矩形,長(zhǎng)寬比為3:2或4:3,位于電路板邊緣的元器件,離電路板邊緣一般不小于2mm
● 放置器件時(shí)要考慮以后的焊接,不要太密集
● 以每個(gè)功能電路的核心元件為中心,圍繞它來(lái)進(jìn)行布局。元器件應(yīng)均勻、 整齊、緊湊地排列在PCB上,盡量減少和縮短各元器件之間的引線(xiàn)和連接, 去耦電容盡量靠近器件的VCC
● 在高頻下工作的電路,要考慮元器件之間的分布參數(shù)。一般電路應(yīng)盡可能使元器件平行排列。這樣,不但美觀,而且裝焊容易,易于批量生產(chǎn)
● 按照電路的流程安排各個(gè)功能電路單元的位置,使布局便于信號(hào)流通,并使信號(hào)盡可能保持一致的方向
● 布局的首要原則是保證布線(xiàn)的布通率,移動(dòng)器件時(shí)注意飛線(xiàn)的連接,把有連線(xiàn)關(guān)系的器件放在一起
●盡可能地減小環(huán)路面積,以抑制開(kāi)關(guān)電源的輻射干擾
4.布線(xiàn)
開(kāi)關(guān)電源中包含有高頻信號(hào),PCB上任何印制線(xiàn)都可以起到天線(xiàn)的作用,印制線(xiàn)的長(zhǎng)度和寬度會(huì)影響其阻抗和感抗,從而影響頻率響應(yīng)。即使是通過(guò)直流信號(hào)的印制線(xiàn)也會(huì)從鄰近的印制線(xiàn)耦合到射頻信號(hào)并造成電路問(wèn)題(甚至再次輻射出干擾信號(hào))。
因此應(yīng)將所有通過(guò)交流電流的印制線(xiàn)設(shè)計(jì)得盡可能短而寬,這意味著必須將所有連接到印制線(xiàn)和連接到其他電源線(xiàn)的元器件放置得很近。
印制線(xiàn)的長(zhǎng)度與其表現(xiàn)出的電感量和阻抗成正比,而寬度則與印制線(xiàn)的電感量和阻抗成反比。長(zhǎng)度反映出印制線(xiàn)響應(yīng)的波長(zhǎng),長(zhǎng)度越長(zhǎng),印制線(xiàn)能發(fā)送和接收電磁波的頻率越低,它就能輻射出更多的射頻能量。
根據(jù)印制線(xiàn)路板電流的大小,盡量加租電源線(xiàn)寬度,減少環(huán)路電阻。 同時(shí)、使電源線(xiàn)、地線(xiàn)的走向和電流的方向一致,這樣有助于增強(qiáng)抗噪聲能力。
接地是開(kāi)關(guān)電源四個(gè)電流回路的底層支路,作為電路的公共參考點(diǎn)起著很重要的作用,它是控制干擾的重要方法。因此,在布局中應(yīng)仔細(xì)考慮接地線(xiàn)的放置,將各種接地混合會(huì)造成電源工作不穩(wěn)定。
5.檢查
布線(xiàn)設(shè)計(jì)完成后,需認(rèn)真檢查布線(xiàn)設(shè)計(jì)是否符合設(shè)計(jì)者所制定的規(guī)則,同時(shí)也需確認(rèn)所制定的規(guī)則是否符合印制板生產(chǎn)工藝的需求,一般檢查線(xiàn)與線(xiàn)、線(xiàn)與元件焊盤(pán)、線(xiàn)與貫通孔、元件焊盤(pán)與貫通孔、貫通孔與貫通孔之間的距離是否合理,是否滿(mǎn)足生產(chǎn)要求。
電源線(xiàn)和地線(xiàn)的寬度是否合適,在PCB中是否還有能讓地線(xiàn)加寬的地方。注意: 有些錯(cuò)誤可以忽略,例如有些接插件的Outline的一部分放在了板框外,檢查間距時(shí)會(huì)出錯(cuò);另外每次修改過(guò)走線(xiàn)和過(guò)孔之后,都要重新覆銅一次。
復(fù)查根據(jù)“PCB檢查表”,內(nèi)容包括設(shè)計(jì)規(guī)則,層定義、線(xiàn)寬、間距、焊盤(pán)、過(guò)孔設(shè)置,還要重點(diǎn)復(fù)查器件布局的合理性,電源、地線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的走線(xiàn),高速時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)的走線(xiàn)與屏蔽,去耦電容的擺放和連接等。
6.設(shè)計(jì)輸出
輸出光繪文件的注意事項(xiàng):
● 需要輸出的層有布線(xiàn)層(底層)、絲印層(包括頂層絲印、底層絲?。?、阻焊層(底層阻焊)、鉆孔層(底層),另外還要生成鉆孔文件(NC Drill)
● 設(shè)置絲印層的Layer時(shí),不要選擇Part Type,選擇頂層(底層)和絲印層的Outline、Text、Line
● 在設(shè)置每層的Layer時(shí),將Board Outline選上,設(shè)置絲印層的Layer時(shí),不要選擇Part Type,選擇頂層(底層)和絲印層的Outline、Text