PCB设计方案分析

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EMI工程师应该都能从理论上分析了EMI的产生情况,并主要从系统设计方面考虑很多实际采用的抑制EMI的手段和方式,这里我们将针对高速PCB设计,来分析如何进行EMI控制。1、传输线RLC参数和EMI 对于PCB板来说

PCB设计方案分析 1 2020 年 5 月 29 日 文档仅供参考 1.5 过孔和焊盘放置 许多设计人员喜欢在多层 PCB 卜放置很多过孔 (VIAS) 。

完全不同的概念啊 PCB 是对集成电路板的称法 控制板是集成电路板在机器运行时的一种作用的称谓 芯片是集成电子元器件是一种称谓 至于方案?大了去了 这个问题 有点让人生病的感觉 嗬-、/

可是 ,必须 避免在高频电流返同路径上放置过多过。

Altium Designer中SCH生产PCB有三种办法 1、画好原理图,2113disign—update PCB。99里面用的比5261较多 2、生成网络表,再导入网络表。4102这个我基本不用 3、正统的更新方法:新建一1653个pcb

否则 ,地层上高频电流走 线会遭到破坏。

shift+空格 改变走线模式,单独按 空格改变该模式下走线类型

如果必须在高频电流路径上放置一些过孔的活 ,过 孔之间能够留出一空间让高频电流顺利经过 ,图 12 显示了过孔放 置方式。

到了这一步,项目开发的大部分工作都已经完成了,这时候需要将样机研发过程中得到的重要数据记录保存下来,比如更新电原理图里的元件参数、PCB元件库里的三维模型,还要记录暴露出来的设计上的失误、分析

图 12 过孔放置方式 电源排版基本要点 5 过孔放置不应破坏高频电流在地层上的流 经。

设计者同时应注意不同焊盘的形状会产生不同的串联电感。

图 13 显示了儿种焊盘形状的串联电感值。

2 2020 年 5 月 29 日 文档仅供参考 图 13 焊盘寄生串联电感 旁路电容 (Decouple)的放置也要考虑到它的串联电感值。

旁路电容 必须是低阻抗和低 ESL 乩的瓷片电容。

但如果一个高品质瓷片电 容在 PCB 上放置的方式不对 ,它的高频滤波功能也就消失了。

图 14 显示了旁路电容正确和错误的放置方式。

图 14 旁路电容正确与错误的放置方式 1. 6 电源直流输出 3 2020 年 5 月 29 日 文档仅供参考 许多开关电源的负载远离电源的输出端口。

为了避免输出走线受 电源自身或周边电子器件所产生的电磁下扰 ,输出电源走线必须像 图 l5(b) 那样靠得很近 ,使输出电流环路的面积尽可能减小。

图 15 电源输出直流电流环路 l.7 地层在系统板上的分隔 新一代电子产品系统板上会同时有模拟电路、数字电路、开关电 源电路。

为了减小开关电源噪音对敏感的模拟和数字电路的影响 , 一般需要分隔不同电路的接地层。

如果选用多层 PCB,不同电路的 接地层可由不同 PCB 板层来分隔。

如果整个产品只有一层接地层 , 则必须像图 16 中那样在单层中分隔。

无论是在多层 PCB 上进行 地层分隔还是在单层 PCB 上进行地层分隔 ,不同电路的地层都应该 经过单点与开关电源的接地层相连接。

4 2020 年 5 月 29 日 文档仅供参考 电源排版基本要点 6 系统板上不同电路需要不同接地层 ,不同电路 的接地层经过单点与电源接地层相连接。

图 16 电路接地层民电源接地层的单点连接 2、开关电源 PCB 排版例子 设汁人员应能在此线路图上区分出功率电路中元器件和控制信号 电路中元器件。

如果设计者将该电源中所有的元器件当作数字电 路中的元器件来处理 ,则问题会相当严重。

一般首先需要知道电源 高频电流的路径 ,并区分小信号控制电路和功率电路元器件及其走 线。

一般来讲 ,电源的功率电路主要包括输入滤波电容、输出滤波 电容、滤波电感、上下端功率场效应管。

控制电路主要包括 PWM 控制芯片、旁路电容、自举电路、反馈分压电阻、反馈补偿电 路。

5 2020 年 5 月 29 日 文档仅供参考 2.l 电源功率电路 PCB 排版 电源功率器件在 PCB 上正确的放置和走线将决定整个电源工作是 否正常。

设计人员首先要对开关电源功率器件上的电压和电流的 波形有一一定的了解。

图 17 一个典型的降压式开关电源 图 18 显示一个降压式开关电源功率电路元器件上的电流和电压波 形。

由于从输入滤波电容 (Cin), 上端场效应管 (S1)和 F 端场效应管 (S2)中所流过的电流是带有高频率和高峰值的交流电流 ,因此由 Cin-S1-S2 所形成的环路面积要尽量减小。

同时由 S2,L 和输出滤 波电容 (Cout) 所组成的环路面积也要尽量减小。

6 2020 年 5 月 29 日 文档仅供参考 图 18 开关电源功率电路上的电流和电压 图 19 不正确的开关电源功率器件放置和走线 如果设汁者未按本文所述的要点来制作功率电路 PCB,很可能制作 出网 19 所示的电源 PCB,图 19 的 PCB 排版存在许多错误 : 第一 ,由于 Cin 有很大的 ESL,Cin 的高频滤波能力基本上消失 ; 第二 ,Cin-S1-S2 和 S1-LCout 环路的面积太大 ,所产生的电磁噪音会 7 2020 年 5 月 29 日 文档仅供参考 对电源本身和周边电路造成很大于扰 ; 第三 ,L 的焊盘靠得太近 ,造成 Cp 太大而降低了它的高频滤波功能 ; 第四 ,Cout 焊盘引线太长 ,造成 FSL 太大而失去了高频滤波线。

Cin-S1-S2 和 S2-L-Cout 环路的面积已控制到最小。

S1 的源极 ,S2 的漏极和 L 之问的连接点是一整块铜片焊盘。

由于该连接点上的 电压是高频 ,S1、 S2 和 L 需要靠得非常近。

虽然 L 和 Cout 之间的 走线上没有高峰值的高频电流 ,但比较宽的走线能够降低直流阻抗 的损耗使电源的效率得到提高。

如果成本上允许 ,电源可用一面完 全是接地层的双面 PCB,但必须注意在地层卜尽量避免走功率和信 号线。

在电源的输入和输出端口还各增加了一个瓷片电容器来改 进电源的高频滤波性能。

2.2 电源控制电路 PCB 排版 电源控制电路 PCB 排版也是非常重要的。

不合理的排版会造成电 源输出电压的漂移和振荡。

控制线路应放置在功率电路的边上 ,绝 对不能放在高频交流环路的中间。

旁路电容要尽量靠近芯片的 Vcc 和接地脚 (GND) 。

反馈分压电阻最好也放置在芯片附近。

芯 片驱动至场效应管的环路也要尽量减短。

电源排版基本要点 7 控制芯片至上端和下端场效应管的驱动电路 环路要尽量短。

8 2020 年 5 月 29 日 文档仅供参考 图 20 正确的开关电源功率器件放置和走线 2.3 开关电源 PCB 排版例 1 图 21 是图 17 PCB 的元器件面走线图。

此电源中采用了一个低价 PWM 控制器 (Semtech 型号 SCIIO4A) 。

PCB 下层是一个完整的接 地层。

此 PCB 功率地层与控制地层之间没有分隔

PCB工程2113师分级依据:工作岗位:入门级5261PCB工程师能力要求:1、能制作简音的封装,4102如DIP10等到;2、掌握至少一种PCB设计1653软件的基本操作,并能制订简单的布线线宽和间距等规则;3、能对具有100个元件和200个网络或以下PCB进行较合理和有序的布局和布线;4、能在他人或自定规则下手动或自动布线并修改,达到100%布通并DRC完全通过;5、具备基本的机械结构和热设计知识;6、掌握双面板走线的一些基本要求。工作内容:1、简单PCB的设计和修改(如结构简音的前面板、单片机小系统板等);2、复杂PCB中规定部分的走线;3、与自己设计PCB相关的调试;4、写相关的开发、调试日志。工作职责:对PCB中自己设计部分负责。工作岗位:初级PCB工程师能力要求:1、能根据手册和实物制作较复杂的封装,如带灯RJ-45座等,并保证外形、焊盘等尺寸完全正确(按实物测量至少保证可插入);2、较熟悉掌握至少一种PCB设计软件并能独立或在指导下制订较详细的布线规则;3、能对具有400个元件和1000个网络或以下单、双面和多层PCB进行较合理和有序的布局和布线,能在布局布线过程中随时考虑到热设计、结构设计、电磁兼容性设计、美观等方面的要求,自己不能确定时及时向更高级PCB工程师请教或共同探讨;4、能在他人或自定规则下熟练手动或自动布线并修改,达到100%布通并DRC完全通过,基本上不存在线宽瓶颈、内层孤岛等问题,布线过程中能看出少量原理设计上低级错误并提出,并能正确进行引脚和门交换,能正确修改网络表和原理图;5、能正确导入、导出机械图纸并基本看懂结构尺寸要求;6、能在他人所制定规则或指导下进行一些高速和模拟PCB设计并基本稳定;7、丝印标志清晰明了,能独立完成出GERBER等设计输出工作并校对;8、具备基本的可制造性方面知识并用于实践,所设计板子50%以上可用于生产。工作内容:1、较复杂PCB的设计和修改(如调度机中除CPU板外的板,十六画面分割器板等);2、复杂PCB中规定部分的走线;3、与自己设计PCB相关的调试;4、对所有更低级PCB工程师的工作指导;5、写相关的开发、调试日志;6、必要时(指自己一定时间内暂时无相应的设计任务,或某一PCB设计工作时间紧迫,必须抽调或加强设计人员时,下同)妆任任意低级PCB工程师的工作。工作职责:对PCB中自己设计部分负责。工作岗位:中级PCB工程师(可根据个人具体能力现细分为A、B、C三档,A最高,B次之)能力要求:1、能完全看懂各种原版器件手册和布线手册,能独立制作极复杂的封装,如放置开关,并保证各种能力完全正确(按实物测量至少保证插入),能自行根据原理和结构要求寻找合适器件或替换品;2、熟练掌握至少一种PCB设计软件的操作和技巧并能制订详细的布线规则;3、能根据系统要求提出各功能板块划分和整合意见,能对任意多个元件和网络的PCB独立或分工进行合理和各功能板块布局和布线,能在布局布线过程中随时考虑热设计、结构设计、SI、PI、EMC、美观、可制造性等方面的要求并提出解决方案,能对入门级和初级PCB工程师提供一些布局和布线中的要求和规则参考等;4、能正确进行板的叠层结构设计,并在满足性能要求下尽量减少层数、降低成本;5、具有较多的阻抗、时延、过冲、串扰、环路、信号回路、平面完整性、内层分割槽隙、信号端接等方面的高速和模拟PCB设计知识,能独立或在SI工程师等指导下完成关键信号和区域的SI仿真和分析并提出改进意见;6、能在规则驱动下熟练手动或自动布线并修改通过,整板具有一定的美感,布线过程中能看出原理设计中80%以上低级错误并提出,能熟练正确进行引脚和门交换;7、能与原理和结构设计工程师极好沟通,能看懂较复杂的机械图纸,并能提出一些原理、器件选择和结构上与PCB设计有关的合理改进意见,帮助系统设计早日成功;8、测试点和丝印标记清晰明了、无差错,极少犯PCB设计中的低级错误,一般不会因PCB设计错误导致改版,对9)%以上的PCB加工厂家工程总是回馈能自行解决;9、具备较多的可制造性方面知识并用天实践,所设计板子70%以上可用于直接量产。工作内容:1、极复杂PCB的设计和修改(如8路DVR底板、PC主板等);2、与自己设计PCB相关的调试和指定部分的SI仿真;3、对所有更低级PCB工程师的工作指导和布线规则提供;4、写相关的开发、调试日志;5、制作和维护单位内部PCB标准封装库和标准布线模块;6、必要时兼任任意更低级PCB工程师的工作。工作职责:1、对PCB中自己设计部分负责;2、对单位内部PCB标准封装库和标准布线模块中自己设计部分负责;3、对自己的SI仿真结果和解决方案负责。工作岗位:高级PCB工程师能力要求:1、掌握各种常见PCB设计软件之间的文档转换,转出文档基本可用于修改;2、熟悉高速和模拟PCB设计中的所有要求,所设计或指导他人设计板子80%以上不存在相关问题;3、具备丰富的可制造性方面知识并用于实践和指导工作,所设计或指导他人设计板子90%以上可用于直接量产;4、熟练高速规则控制下的高密度布局、布线,并且所布模块或板子在稳定可靠的同时能做到80%以上非常具有美感;5、非常富有创新性,能经常提出各种对提高PCB设计工作效率、PCB设计质量、系统中PCB结构分配等有建设性的提议。工作内容:1、参与系统设计中与PCB相关部分的分析、规划和仿真;2、组织和进行PCB设计培训;3、对所有更低级PCB工程师的工作指导和布线规则提供;4、定相关的开发、调试日志;5、SI仿真模型搜索、建立和规档;6、整板和系统SI、PI、EMC仿真,PCB可制造性能评价,有问题PCB原因分析并提出有效的解决方案;7、必要时兼任任意更低级PCB工程师的工作。工作职责:1、对所有自己的工作负责;2、对所有对他人的指导工作负责内容来自www.egvchb.cn请勿采集。

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