Protel 固然具有自动规划的功用,但并不能完整满足高频电路的工作需求,常常要凭仗设计者的经历,依据详细状况,先采用手工规划的办法优化调整局部元器件的位置,再分离自动规划完成PCB的整体设计。规划的合理与否直接影响到产品的寿命、稳定性、EMC (电磁兼容)等,必需从电路板的整体规划、布线的可通性和PCB的可制造性、机械构造、散热、EMI(电磁干扰) 、牢靠性、信号的完好性等方面综合思索。
普通先放置与机械尺寸有关的固定位置的元器件,再放置特殊的和较大的元器件,最后放置小元器件。同时,要统筹布线方面的请求,高频元器件的放置要尽量紧凑,信号线的布线才干尽可能短,从而降低信号线的穿插干扰等。
1.1 与机械尺寸有关的定位插件的放置
电源插座、开关、PCB之间的接口、指示灯等都是与机械尺寸有关的定位插件。通常,电源与PCB之间的接口放到PCB的边缘处,并与PCB 边缘要有3 mm～5 mm的间距;指示发光二极管应依据需求精确地放置;开关和一些微调元器件,如可调电感、可调电阻等应放置在靠近PCB 边缘的位置,以便于调整和衔接;需求经常改换的元器件必需放置在器件比拟少的位置,以易于改换。
1.2 特殊元器件的放置
大功率管、变压器、整流管等发热器件,在高频状态下工作时产生的热量较多,所以在规划时应充沛思索通风和散热,将这类元器件放置在PCB上空气容易流通的中央。大功率整流管和调整管等应装有散热器,并要远离变压器。电解电容器之类怕热的元件也应远离发热器件,否则电解液会被烤干,形成其电阻增大,性能变差,影响电路的稳定性。
易发作毛病的元器件,如调整管、电解电容器、继电器等,在放置时还要思索到维修便当。对经常需求丈量的测试点,在布置元器件时应留意保证测试棒可以便当地接触。
由于电源设备内部会产生50 Hz走漏磁场,当它与低频放大器的某些局部交连时,会对低频放大器产生干扰。因而,必需将它们隔分开或者停止屏蔽处置。放大器各级最好能按原理图排成直线方式,如此排法的优点是各级的接地电流就在本级闭合活动,不影响其他电路的工作。输入级与输出级应当尽可能地远离,减小它们之间的寄生耦合干扰。
思索各个单元功用电路之间的信号传送关系,还应将低频电路和高频电路分开,模仿电路和数字电路分开。集成电路应放置在PCB的中央,这样便当各引脚与其他器件的布线衔接。
电感器、变压器等器件具有磁耦合,彼此之间应采用正交放置,以减小磁耦合。另外,它们都有较强的磁场,在其四周应有恰当大的空间或停止磁屏蔽,以减小对其他电路的影响。
在PCB的关键部位要配置恰当的高频退耦电容,如在PCB电源的输入端应接一个10μF～100 μF的电解电容,在集成电路的电源引脚左近都应接一个0.01 pF左右的瓷片电容。有些电路还要配置恰当的高频或低频扼流圈,以减小上下频电路之间的影响。这一点在原理图设计和绘制时就应给予思索,否则也将会影响电路的工作性能。
元器件排列时的间距要恰当,其间距应思索到它们之间有无可能被击穿或打火。
含推挽电路、桥式电路的放大器,布置时应留意元器件电参数的对称性和构造的对称性,使对称元器件的散布参数尽可能分歧。
在对主要元器件完成手动规划后,应采用元器件锁定的办法,使这些元器件不会在自动规划时挪动。即执行Edit change命令或在元器件的Properties选中Locked就能够将其锁定不再挪动。
1.3 普通元器件的放置
关于普通的元器件,如电阻、电容等,应从元器件的排列划一、占用空间大小、布线的可通性和焊接的便当性等几个方面思索,可采用自动规划的方式。
2 布线的设计
布线是在合理规划的根底上完成高频PCB 设计的总体请求。布线包括自动布线和手动布线两种方式。通常,无论关键信号线的数量有几,首先对这些信号线停止手动布线,布线完成后对这些信号线布线停止认真检查,检查经过后将其固定,再对其他布线停止自动布线。即采用手动和自动布线相分离来完成PCB的布线。
在高频PCB的布线过程中应特别留意以下几个方面问题。
2.1 布线的走向
电路的布线最好依照信号的流向采用全直线,需求转机时可用45°折线或圆弧曲线来完成,这样能够减少高频信号对外的发射和互相间的耦合。高频信号线的布线应尽可能短。要依据电路的工作频率,合理地选择信号线布线的长度,这样能够减少散布参数,降低信号的损耗。制造双面板时,在相邻的两个层面上布线最好互相垂直、斜交或弯曲相交。防止互相平行,这样能够减少互相干扰和寄生耦合。
高频信号线与低频信号线要尽可能分开,必要时采取屏蔽措施,避免互相间干扰。关于接纳比拟弱的信号输入端,容易遭到外界信号的干扰,能够应用地线做屏蔽将其包围起来或做好高频接插件的屏蔽。同一层面上应该防止平行走线,否则会引入散布参数,对电路产生影响。若无法防止时可在两平行线之间引入一条接地的铜箔,构成隔离线。
在数字电路中,关于差分信号线,应成对地走线,尽量使它们平行、靠近一些,并且长短相差不大。
2.2 布线的方式
在PCB的布线过程中,走线的最小宽度由导线与绝缘层基板之间的粘附强度以及流过导线的电流强度所决议。当铜箔的厚度为0.05mm、宽度为1mm ～1.5 mm时,能够经过2A电流。温度不会高于3 ℃,除一些比拟特殊的走线外,同一层面上的其他布线宽度应尽可能分歧。在高频电路中布线的间距将影响散布电容和电感的大小,从而影响信号的损耗、电路的稳定性以及惹起信号的干扰等。在高速开关电路中,导线的间距将影响信号的传输时间及波形的质量。因而,布线的最小间距应大于或等于0.5 mm,只需允许,PCB布线最好采用比拟宽的线。
印制导线与PCB的边缘应留有一定的间隔(不小于板厚) ,这样不只便于装置和停止机械加工,而且还进步了绝缘性能。
布线中遇到只要绕大圈才干衔接的线路时,要应用飞线,即直接用短线衔接来减少长间隔走线带来的干扰。
含有磁敏元件的电路其对四周磁场比拟敏感,而高频电路工作时布线的拐弯处容易辐射电磁波,假如PCB中放置了磁敏元件,则应保证布线拐角与其有一定的间隔。
同一层面上的布线不允许有穿插。关于可能穿插的线条,可用“钻”与“绕”的方法处理,即让某引线从其他的电阻、电容、三极管等器件引脚下的空隙处“钻”过去,或从可能穿插的某条引线的一端“绕”过去。在特殊状况下,假如电路很复杂,为了简化设计,也允许用导线跨接处理穿插问题。
当高频电路工作频率较高时,还需求思索布线的阻抗匹配及天线效应问题。
2.3 电源线与地线的布线请求
依据不同工作电流的大小,尽量加大电源线的宽度。高频PCB应尽量采用大面积地线并规划在PCB的边缘,能够减少外界信号对电路的干扰;同时,能够使PCB的接地线与壳体很好地接触,使PCB的接地电压愈加接近于大地电压。应依据详细状况选择接中央式,与低频电路有所不同,高频电路的接地线应该采用就近接地或多点接地的方式,接地线短而粗,以尽量减少地阻抗,其允许电流请求可以到达3倍于工作电流的规范。扬声器的接地线应接在PCB 功放输出级的接地点,切勿恣意接地。
在布线过程中还应该及时地将一些合理的布线锁定,以免屡次反复布线。即执行EditselectNet命令在预布线的属性当选中Locked就能够将其锁定不再挪动。
3 pcb焊盘及敷铜的设计
3.1 焊盘与孔径
在保证布线最小间距不违背设计的电气间距的状况下,焊盘的设计应较大,以保证足够的环宽。普通焊盘的内孔要比元器件的引线直径略微大一点,设计过大,容易在焊接中构成虚焊。焊盘外径D 普通不小于(d+1.2)mm,其中d为焊盘内孔径,关于一些密度比拟大的PCB ,焊盘的最小值能够取(d+1.0) mm。焊盘的外形通常设置为圆形,但是关于DIP封装的集成电路的焊盘最好采用跑道形,这样能够在有限的空间内增大焊盘的面积,有利于集成电路的焊接。布线与焊盘的衔接应平滑过渡,即当布线进入圆焊盘的宽度较圆焊盘的直径小时,应采用补泪滴设计。
需求留意的是,焊盘内孔径d的大小是不同的,应当依据实践元器件引线直径的大小加以思索,如元件孔、装置孔和槽孔等。而焊盘的孔距也要依据实践元器件的装置方式停止思索,如电阻、二极管、管状电容器等元件有“立式”、“卧式”两种装置方式,这两种方式的孔距是不同的。此外,焊盘孔距的设计还要思索元器件之间的最小间隙请求,特别是特殊元器件之间的间隙需求由焊盘间的孔距来保证。
在高频PCB中,还要尽量减少过孔的数量,这样既可减少散布电容,又能增加PCB的机械强度。总之,在高频PCB的设计中,焊盘及其外形、孔径与孔距的设计既要思索其特殊性,又要满足消费工艺的请求。采用标准化的设计,既可降低产品本钱,又可在保证产质量量的同时进步消费的效率。
3.2 敷铜
敷铜的主要目的是进步电路的抗干扰才能,同时关于PCB散热和PCB的强度有很大益处,敷铜接地又能起到屏蔽的作用。但是不能运用大面积条状铜箔,由于在PCB的运用中时间太长时会产生较大热量,此时条状铜箔容易发作收缩和零落现象,因而,在敷铜时最好采用栅格状铜箔,并将此栅格与电路的接地网络连通,这样栅格将会有较好的屏蔽效果,栅格网的尺寸由所要重点屏蔽的干扰频率而定。
在完成布线、焊盘和过孔的设计后,应执行DRC(设计规则检查) 。在检查结果中细致列出了所设计的图与所定义的规则之间的差别,可查出不契合请求的网络。但是,首先应在布线前对DRC停止参数设定才可运转DRC,即执行ToolsDesign Rule Check命令。
4 完毕语
高频电路pcb设计是一个复杂的过程,触及的要素很多,都可能直接关系到高频电路的工作性能。因而,设计者需求在实践的工作中不时研讨和探究,不时积聚经历,并分离新的EDA (电子设计自动化)技术才干设计出性能优秀的高频电路PCB。
高端PCB设计·制造精工之家
