在PCB硬件设计中,电源和地的处理关系到真个电路板工作质量,本文搜集了一些PCB硬件设计中电源和地的处理细节。

首先说一下电源和地的通用处理技巧。需要注意的是电源和地设计优良之后,能大幅度提高产品的性能,提升产品的陈功率,因此我们要在关注电流和线径的同时最大程度地优化电路中电源和地的走线,线径,降低其产生的噪声干扰。

通用的降低电源和地噪声干扰的方法:

1、加电容,在电源和地直接加入去偶电容。

2、增大线径,尽最大努力去增大线径,但要注意他们的宽度应该是底线大于电源线,而信号线宽度最小。可以参考的尺寸是电源线:1.2-2.5mm,信号线:通常0.2-0.3mm,最细可为0.05-0.07mm。

3、组建地网,对数字电路的PCB可用宽的地导线组成一个回路, 即构成一个地网来使用(模拟电路的地不能这样使用)用大面积铜层作地线用,在印制板上把没被用上的地方都与地相连接作为地线用。可以把PCB做成多层板,电源,地线各占用一层。

 4、数字电路与模拟电路的共地处理(PCB中同时存在模拟电路和数字电路),现在有许多PCB不再是单一功能电路(数字或模拟电路),而是由数字电路和模拟电路混合构成的。因此在布线时就需要考虑它们之间互相干扰问题,特别是地线上的噪音干扰。

5、数字电路的频率高,模拟电路的敏感度强,对信号线来说,高频的信号线尽可能远离敏感的模拟电路器件,对地线来说,整个PCB对外界只有一个节点,所以必须在PCB内部进行数、模共地的处理,而在PCB板内部数字地和模拟地实际上是分开的它们之间互不相连,只是在PCB与外界连接的接口处(如插头等)。数字地与模拟地有一点短接,只有一个连接点。但是也有在PCB上不共地的,这由系统设计来决定。

6、信号线布在电(地)层上(对信号层剩下信号线的处理), 在多层印制板布线时,由于在信号线层没有布完的信号线剩下不多,再多加层数就会造成浪费也会给生产增加一定的工作量,成本也相应增加,为解决这个矛盾,可以考虑在电(地)层上进行布线。首先应考虑用电源层,其次才是地层。因为最好是保留地层的完整性。

7、大面积导体中连接腿的处理,在大面积的接地(电)中,常用元器件的腿与其连接,对连接腿的处理需要进行综合的考虑,就电气性能而言,元件腿的焊盘与铜面满接为好,但对元件的焊接装配就存在一些不良隐患如:①焊接需要大功率加热器。②容易造成虚焊点。所以兼顾电气性能与工艺需要,做成十字花焊盘,称之为热隔离(heat shield)俗称热焊盘(Thermal),这样,可使在焊接时因截面过分散热而产生虚焊点的可能性大大减少。多层板的接电(地)层腿的处理相同。

8、布线中网络系统的作用,在许多CAD系统中,布线是依据网络系统决定的。网格过密,通路虽然有所增加,但步进太小,图场的数据量过大,这必然对设备的存贮空间有更高的要求,同时也对象计算机类电子产品的运算速度有极大的影响。而有些通路是无效的,如被元件腿的焊盘占用的或被安装孔、定们孔所占用的等。网格过疏,通路太少对布通率的影响极大。所以要有一个疏密合理的网格系统来支持布线的进行。

标准元器件两腿之间的距离为0.1英寸(2.54mm),所以网格系统的基础一般就定为0.1英寸(2.54 mm)或小于0.1英寸的整倍数,如:0.05英寸、0.025英寸、0.02英寸等。

9、设计规则检查(DRC),布线设计完成后,需认真检查布线设计是否符合设计者所制定的规则,同时也需确认所制定的规则是否符合印制板生产工艺需求,一般检查有如下几个方面:

    (1)线与线,线与元件焊盘,线与贯通孔,元件焊盘与贯通孔,贯通孔与贯通孔之间的距离是否合理,是否满足生产要求。

    (2)电源线和地线的宽度是否合适,电源与地线之间是否紧耦合(低的波阻抗)?在PCB中是否还有能让地线加宽的地方。

    (3)对于关键信号线是否采取了最佳措施,如长度最短,加保护线,输入线及输出线被明显地分开。

    (4)模拟电路和数字电路部分,是否有各自独立的地线。

    (5)后加在PCB中的图形(如图标、注标)是否会造成信号短路。

此外,还要对一些不理想的线形进行修改。例如,在PCB上是否加有工艺线?阻焊是否符合生产工艺要求,阻焊尺寸是否合适,字符标志是否压在器件焊盘上,以免影响电装质量。多层板中的电源地层的外框边缘是否缩小,如电源地层的铜箔露出板外容易造成短路。

以上为PCB设计中电源和地需要注意的一些细节问题。