印刷電路板設計的基本原則

2021-01-13 OFweek維科網

印製電路板(Printed circuit boards),又稱印刷電路板,是電子元器件電氣連接的提供者。印製電路板多用「PCB」來表示,而不能稱其為「PCB板」。它的發展已有100多年的歷史了;它的設計主要是版圖設計;採用電路板的主要優點是大大減少布線和裝配的差錯,提高了自動化水平和生產勞動率。

按照線路板層數可分為單面板、雙面板、四層板、六層板以及其他多層線路板。

由於印刷電路板並非一般終端產品,因此在名稱的定義上略為混亂,例如:個人電腦用的母板,稱為主板,而不能直接稱為電路板,雖然主機板中有電路板的存在,但是並不相同,因此評估產業時兩者有關卻不能說相同。再譬如:因為有集成電路零件裝載在電路板上,因而新聞媒體稱他為IC板,但實質上他也不等同於印刷電路板。我們通常說的印刷電路板是指裸板-即沒有上元器件的電路板。

本文中我們講重點針對印刷電路板的設計進行講解:

1.印刷電路板的設計

從確定板的尺寸大小開始,印刷電路板的尺寸因受機箱外殼大小限制,以能恰好安放入外殼內為宜,其次,應考慮印刷電路板與外接元器件(主要是電位器、插口或另外印刷電路板)的連接方式。印刷電路板與外接元件一般是通過塑料導線或金屬隔離線進行連接。但有時也設計成插座形式。即:在設備內安裝一個插入式印刷電路板要留出充當插口的接觸位置。對於安裝在印刷電路板上的較大的元件,要加金屬附件固定,以提高耐振、耐衝擊性能。

2.布線圖設計的基本方法

首先需要對所選用元件器及各種插座的規格、尺寸、面積等有完全的了解;對各部件的位置安排作合理的、仔細的考慮,主要是從電磁場兼容性、抗幹擾的角度,走線短,交叉少,電源,地的路徑及去耦等方面考慮。各部件位置定出後,就是各部件的連線,按照電路圖連接有關引腳,完成的方法有多種,印刷線路圖的設計有計算機輔助設計與手工設計方法兩種。

最原始的是手工排列布圖。這比較費事,往往要反覆幾次,才能最後完成,這在沒有其它繪圖設備時也可以,這種手工排列布圖方法對剛學習印刷板圖設計者來說也是很有幫助的。計算機輔助製圖,現在有多種繪圖軟體,功能各異,但總的說來,繪製、修改較方便,並且可以存檔貯存和列印。

接著,確定印刷電路板所需的尺寸,並按原理圖,將各個元器件位置初步確定下來,然後經過不斷調整使布局更加合理,印刷電路板中各元件之間的接線安排方式如下:

(1)印刷電路中不允許有交叉電路,對於可能交叉的線條,可以用「鑽」、「繞」兩種辦法解決。即,讓某引線從別的電阻、電容、三極體腳下的空隙處「鑽」過去,或從可能交叉的某條引線的一端「繞」過去,在特殊情況下如何電路很複雜,為簡化設計也允許用導線跨接,解決交叉電路問題。

(2)電阻、二極體、管狀電容器等元件有「立式」,「臥式」兩種安裝方式。立式指的是元件體垂直於電路板安裝、焊接,其優點是節省空間,臥式指的是元件體平行並緊貼於電路板安裝,焊接,其優點是元件安裝的機械強度較好。這兩種不同的安裝元件,印刷電路板上的元件孔距是不一樣的。

(3)同一級電路的接地點應儘量靠近,並且本級電路的電源濾波電容也應接在該級接地點上。特別是本級電晶體基極、發射極的接地點不能離得太遠,否則因兩個接地點間的銅箔太長會引起幹擾與自激,採用這樣「一點接地法」的電路,工作較穩定,不易自激。

(4)總地線必須嚴格按高頻-中頻-低頻一級級地按弱電到強電的順序排列原則,切不可隨便翻來復去亂接,級與級間寧肯可接線長點,也要遵守這一規定。特別是變頻頭、再生頭、調頻頭的接地線安排要求更為嚴格,如有不當就會產生自激以致無法工作。調頻頭等高頻電路常採用大面積包圍式地線,以保證有良好的屏蔽效果。

(5)強電流引線(公共地線,功放電源引線等)應儘可能寬些,以降低布線電阻及其電壓降,可減小寄生耦合而產生的自激。

(6)阻抗高的走線儘量短,阻抗低的走線可長一些,因為阻抗高的走線容易發笛和吸收信號,引起電路不穩定。電源線、地線、無反饋元件的基極走線、發射極引線等均屬低阻抗走線,射極跟隨器的基極走線、收錄機兩個聲道的地線必須分開,各自成一路,一直到功效末端再合起來,如兩路地線連來連去,極易產生串音,使分離度下降。

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