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技術(shù)專題
電路設(shè)計(jì)原則是什么？
硬件電路設(shè)計(jì)的基本原則
一、布局原則
布局，是把電路器件放在印制電路板布線區(qū)內(nèi)。布局是否合理不僅影響后面的布線工作，而且對(duì)整個(gè)電路板的性能也有重要影響。在保證電路功能和性能指標(biāo)后，要滿足工藝性、檢測(cè)和維修方面的要求，元件應(yīng)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。
二、電器性能原則
⑴ 信號(hào)通暢
按電路流程安排各個(gè)功能電路單元的位置，使布局便于信號(hào)流通，輸入和輸出信號(hào)、高電平和低電平部分盡可能不交叉，信號(hào)傳輸路線最短。
⑵ 功能區(qū)分
元器件的位置應(yīng)按電源電壓、數(shù)字及模擬電路、速度快慢、電流大小等進(jìn)行分組，以免相互干擾。
電路板上同時(shí)安裝數(shù)字電路和模擬電路時(shí)，兩種電路的地線和供電系統(tǒng)完全分開，有條件時(shí)將數(shù)字電路和模擬電路安排在不同層內(nèi)。電路板上需要布置快速、中速和低速邏輯電路時(shí)，應(yīng)安放在緊靠連接器范圍內(nèi);而低速邏輯和存儲(chǔ)器，應(yīng)安放在遠(yuǎn)離連接器范圍內(nèi)。這樣，有利于減小共阻抗耦合、輻射和交擾的減小。時(shí)鐘電路和高頻電路是主要的騷擾輻射源，一定要單獨(dú)安排，遠(yuǎn)離敏感電路。
⑶ 熱磁兼顧
發(fā)熱元件與熱敏元件盡可能遠(yuǎn)離，要考慮電磁兼容的影響。
三、工藝原則
⑴ 層面
貼裝元件盡可能在一面，簡(jiǎn)化組裝工藝。
⑵ 距離
元器件之間距離的最小限制根據(jù)元件外形和其他相關(guān)性能確定，目前元器件之間的距離一般不小于0.2 mm～0.3mm，元器件距印制板邊緣的距離應(yīng)大于2mm。
⑶ 方向
元件排列的方向和疏密程度應(yīng)有利于空氣的對(duì)流。考慮組裝工藝，元件方向盡可能一致。
四、導(dǎo)線原則
⑴ 寬度
印制導(dǎo)線的最小寬度，主要由導(dǎo)線和絕緣基板間的粘附強(qiáng)度和流過它們的電流值決定。印制導(dǎo)線可盡量寬一些，尤其是電源線和地線，在板面允許的條件下盡量寬一些，即使面積緊張的條件下一般不小于1mm。特別是地線，即使局部不允許加寬，也應(yīng)在允許的地方加寬，以降低整個(gè)地線系統(tǒng)的電阻。對(duì)長(zhǎng)度超過80mm的導(dǎo)線，即使工作電流不大，也應(yīng)加寬以減小導(dǎo)線壓降對(duì)電路的影響。
⑵ 長(zhǎng)度
要極小化布線的長(zhǎng)度，布線越短，干擾和串?dāng)_越少，并且它的寄生電抗也越低，輻射更少。特別是場(chǎng)效應(yīng)管柵極，三極管的基極和高頻回路更應(yīng)注意布線要短。
⑶ 間距
相鄰導(dǎo)線之間的距離應(yīng)滿足電氣安全的要求，串?dāng)_和電壓擊穿是影響布線間距的主要電氣特性。為了便于操作和生產(chǎn)，間距應(yīng)盡量寬些，選擇最小間距至少應(yīng)該適合所施加的電壓。這個(gè)電壓包括工作電壓、附加的波動(dòng)電壓、過電壓和因其它原因產(chǎn)生的峰值電壓。當(dāng)電路中存在有市電電壓時(shí)，出于安全的需要間距應(yīng)該更寬些。
⑷ 路徑
信號(hào)路徑的寬度，從驅(qū)動(dòng)到負(fù)載應(yīng)該是常數(shù)。改變路徑寬度對(duì)路徑阻抗(電阻、電感、和電容)產(chǎn)生改變，會(huì)產(chǎn)生反射和造成線路阻抗不平衡。所以，一般保持路徑的寬度不變。在布線中，一般避免使用直角和銳角，一般拐角應(yīng)該大于90°。直角的路徑內(nèi)部的邊緣能產(chǎn)生集中的電場(chǎng)，該電場(chǎng)產(chǎn)生耦合到相鄰路徑的噪聲，45°路徑優(yōu)于直角和銳角路徑。當(dāng)兩條導(dǎo)線以銳角相遇連接時(shí)，應(yīng)將銳角改成圓形。
五、 孔徑和焊盤尺寸
元件安裝孔的直徑應(yīng)該與元件的引線直徑較好的匹配，使安裝孔的直徑略大于元件引線直徑的(0.15～0.3)mm。通常DIL封裝的管腳和絕大多數(shù)的小型元件使用0.8mm的孔徑，焊盤直徑大約為2mm。對(duì)于大孔徑焊盤為了獲得較好的附著能力，焊盤的直徑與孔徑之比，對(duì)于環(huán)氧玻璃板基大約為2，而對(duì)于苯酚紙板基應(yīng)為(2.5～3)。
過孔，一般被使用在多層PCB中，它的最小可用直徑是與板基的厚度相關(guān)，通常板基的厚度與過孔直徑比是6：1。高速信號(hào)時(shí)，過孔產(chǎn)生(1～4)nH的電感和(0.3～0.8)pF的電容的路徑。因此，當(dāng)鋪設(shè)高速信號(hào)通道時(shí)，過孔應(yīng)該被保持到絕對(duì)的最小。對(duì)于高速的并行線(例如地址和數(shù)據(jù)線)，如果層的改變是不可避免，應(yīng)該確保每根信號(hào)線的過孔數(shù)一樣。并且應(yīng)盡量減少過孔數(shù)量，必要時(shí)需設(shè)置印制導(dǎo)線保護(hù)環(huán)或保護(hù)線，以防止振蕩和改善電路性能。
六、地線設(shè)計(jì)
不合理的地線設(shè)計(jì)會(huì)使印制電路板產(chǎn)生干擾，達(dá)不到設(shè)計(jì)指標(biāo)，甚至無(wú)法工作。地線是電路中電位的參考點(diǎn)，又是電流公共通道。地電位理論上是零電位，但實(shí)際上由于導(dǎo)線阻抗的存在，地線各處電位不都是零。因?yàn)榈鼐€只要有一定長(zhǎng)度就不是一個(gè)處處為零的等電位點(diǎn)，地線不僅是必不可少的電路公共通道，又是產(chǎn)生干擾的一個(gè)渠道。
一點(diǎn)接地是消除地線干擾的基本原則。所有電路、設(shè)備的地線都必須接到統(tǒng)一的接地點(diǎn)上，以該點(diǎn)作為電路、設(shè)備的零電位參考點(diǎn)(面)。一點(diǎn)接地分公用地線串聯(lián)一點(diǎn)接地和獨(dú)立地線并聯(lián)一點(diǎn)接地。
公用地線串聯(lián)一點(diǎn)接地方式比較簡(jiǎn)單，各個(gè)電路接地引線比較短，其電阻相對(duì)小，這種接地方式常用于設(shè)備機(jī)柜中的接地。獨(dú)立地線并聯(lián)一點(diǎn)接地，只有一個(gè)物理點(diǎn)被定義為接地參考點(diǎn)，其他各個(gè)需要接地的點(diǎn)都直接接到這一點(diǎn)上，各電路的地電位只與本電路的地電流基地阻抗有關(guān)，不受其他電路的影響。