关于PCB布板时的某些必要思考

不是归人 · 发表于 2014-9-4 00:02:25

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在学习了牛人的相关pcb布板经验之后本人做了简单的归纳总结并进行了简单的相关的补充。    总结如下：
   一、关于“旁路或者去耦电容”的问题。
“旁路或去耦电容”要在电源入口处或者有源器件的管脚附近添加。数字电路和模拟电路都需要“旁路或去耦电容”，在模拟电路中旁路电容是滤除高频信号的，而在数字电路中，电容是储存电荷以支持芯片开关动作（因为该动作会产生开关瞬态电流，需要足够电荷支持）。
   二、关于“电源线”与“地线”位置关系。
电源线和地线应当布置在一起。这样的好处是可以减少电路所受的电磁干扰，从电磁感应的角度理解，回路面积越小，受影响的程度也越小（知识点不熟悉的读者建议看看电磁感应的相关知识）。
   三、地线干扰问题。
在电路板中，地线的影响是一个较为复杂的问题。因为地线阻抗的存在，当电流流过地线时会在地线上产生电压，这是地线干扰问题的由来。现在从三个方面对地线干扰进行讨论。
   首先是所谓的“地线环路干扰问题”，产生这种干扰的原因有两个，一个是当连接的某两设备（这里设备的概念比较广义，包括元件、模块等相对独立的概念，我的理解）接地点电位不同，设备之间会形成驱动电流，这时就会产生地环路干扰。另一个原因是两个设备之间的电位不同而产生的驱动电流。这种“地线环路干扰问题”有时对电路电磁兼容的影响是相当大的，必须尽可能地减小和消除。在这里有三个具体步骤：一是在低频时采用单点接地（如果不清楚具体的操作形式可以百度一下，有相关的说明），为什么单点接地适用于低频呢，因为电路寄生参数（如寄生电容）的存在会导致高频时仍有隐形的地环路存在，单点接地就失去意义了。二是切断电气连接，比如采用变压器或者光耦合器件进行耦合而不直接进行连接。三是采用共模扼流圈（可参考相关资料了解），这是很常用的一个元件，它存在的目的是增大了地环路的阻抗，使地环路产生的电压部分压降加载在共模扼流圈两端，从而减小了地环路干扰对工作电路的干扰。一般的消除手段可以组合使用。
   其次是地环路耦合干扰问题，这个也可以用电磁感应的知识理解，回路面积越大，产生的电磁干扰也越强，且易被干扰。因此解决办法是在pcb中尽量避免大的回路，很简单吧，你懂的。
   最后是公共阻抗的问题。问题产生的原因是不同的元件或者模块之间有公共地的存在，某个元件或者模块的电流变化不可避免地会在公共地上产生电压变化，而这种变化又不可避免地会反馈到其它与公共地互连的元件或者模块上。在这里介绍一种消除公共阻抗的手段（不是唯一），那就是将串联接地的方式改成采用并联接地的方式，这样就完全消除了公共阻抗的影响。但是在实际的电路中，如果公共地所连的元件或者模块较多，并联接地会造成走线过多，工程上采用的一个折衷的办法是串并连接地混用，具体操作是先将相互之间不易发生干扰的电路放在一个组，相互之间易发生干扰的电路放在不同的组，组内串行接地，不同的组则采用并行接地的方式。
   四、数字信号线与地平面中的回路尽量远离模拟电路。这句话我只知道模拟电路对开关噪声极为敏感，而数字电路易产生开关噪声，所以数字电路部分与模拟电路部分要分开。数字电路的抗干扰能力较强，应放在靠近电源或接扦件处。另外在这里我对“地平面”的概念暂时不熟悉，暂时先搁置待查。
   五、高频和低频信号要尽量分开。高频也应放在靠近电源或接扦件处（关于这点我也暂时不清楚机理，待学习）
   六、“寄生电容”
平行的PCB 走线易产生寄生电容，这个可以由一个初中或高中学过的电容公式理解，c=e*s/d，s就是两条平行的走线正对的面积，d就是两走线的间距。根据电容的知识，一条走线上的电压变化，会引起另一条走线上的电流变化，由此引发干扰。关于怎么减小寄生电容产生的干扰问题，这里提供两种思路，一是增大d，另外一个方法是在两并行走线中加入地线。
   七、“寄生电感”
由电磁感应知识可知，并行走线时，一条走线上的电流发生变化，此时由于互感作用引起另一条走线的电流变化，从而引起干扰。该类型的干扰在数字电路中最常见，因为一般情况下数字电路的电流变化相对会比模拟电路剧烈些。，关于如何减小寄生电感影响，这里能够想到的有避免并行走线，减小感抗，至于其它，很多电感知识目前有些记不清了，待学习完善。

   最后稍微归纳下：设法实现低阻抗的电源和地网络（具体方法你懂的），减小数字电路中导线感抗等
   欢迎批评指正，我也是菜鸟，欢迎交流。另外总结的只是一般的通用原则，具体的电路板会复杂的多，还需要诸君多理论结合实践以进步，多看成熟的板，仔细分析。