一些良好的设计PCB的方法

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电子产品稳定性的重要性我们已经有深刻的认识,我们当然不希望买到一款每天需要校正的智能手环,也不希望买到一款容易死机的电子产品,一旦这种情况 发生在我们购买的电子产品中,那么,这款电子产品的命运可能将要到末日,你手中的产品恐怕要在抽屉角落吃灰或者沦为失去使用意义的孩子手中的玩具。

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电子产品会产生异常受很多因素的影响,比如ESD,EMI或者原理设计缺陷等。那么如何设计出一款性能稳定的电子产品,需要注意一下几个方面。

第一、消除原理设计性缺陷

这部分非常重要,特别是在外部接口电路需要低功耗设计的时候,就应该更加注意,比如一个按键,在平时设计的时候,通常设计为上拉至VDD,但是在低功耗设计时,需要将其接GND,当有动作时上拉至VDD。

除了要针对产品特性设计原理图之外,还要助于元件的选择。比如封装,功耗,工作环境等都是需要考虑的。

第二、 合理布局

这部分就是一个技术或者说是一个艺术问题了。合理的布局要求合理安排系统设备内各个单元之间的连接,位置和如何走线。需要注意的地方是高速低俗 分开,模拟数字分开,干扰产生源远离核心元件。注意高频连线尽量短,接地电阻尽量小,相信这对于EE来说,是一卷读不完的书。这让我想起一句话:一个性能 优良的PCB板子是一个好产品,其布局更是一件艺术品。

第三、 做好屏蔽

平时设计的低俗PCB不需要做任何屏蔽系统也能正常运转。但是你拆开看看手机,手持机或者其他通讯器材,发现关键的射频电路经常隐藏在法拉第电笼下面,这就是屏蔽的一种方法。

屏蔽作为抑制辐射干扰的有效办法,经常用在EMI严重的重灾区,但是并不是只要采用屏蔽就能很好的解决EMI问题,伴随的就是接地问题,只有将 屏蔽和接地共同使用才能发挥屏蔽的最大作用。如果没有接地,那么这个电笼或者成为搜集能量的平板天线而发射出能量更加巨大的EMI。

屏蔽有电屏蔽、磁屏蔽和电磁屏蔽。不同的屏蔽技术采用不同的屏蔽设计方法:

电屏蔽通常选择铜铝合金作为屏蔽材料,在高频屏蔽时需要在屏蔽罩表面镀银。对于其形状,一般选择盒子状来获得好的屏蔽性能。屏蔽罩上尽量不开孔,避免电场能量泄露。如果由于某种原因(散热)而不得不开孔时,那么开孔的数量尽量少并且开孔面积尽量少。

学过电磁场课程的都知道,在低频磁场中,涡流的屏蔽作用很小,通常需要高磁导率材料进行屏蔽。屏蔽壳越厚,磁导率越高那么磁屏蔽效果越好。磁屏蔽采用钢板做屏蔽罩,必要时可采用双层屏蔽。

对于电磁屏蔽可以和电屏蔽采用相同的方法,并依据实际情况选择合适的导电衬垫,梳形簧片、屏蔽显示窗等方法实现电磁密封。

对于屏蔽来说,通常有以下步骤:

1. 确定屏蔽能效数值

2. 确定屏蔽类型

3. 确定屏蔽体尺寸

4. 确定屏蔽体材料

5. 测试,完善屏蔽体设计

第四、做好隔离

对于普通的IO接口,如果需要检测外部电压或者开关状态,可直接连接,但是,为了预防因过流或过压需要对IO口进行保护,这时可采用IO口隔离的方法,晶体管和光耦的采用不失为一种好方法,另外还有变压器隔离、元件隔离等方法。

第五、良好接地

关于接地技术,前面的小文中已经有很详尽的描述,详见:电子设计不得不说的接地技术

以上内容是在设计电路和调试电路中的经验总结,随着技术的发展相信有更多的方法用于PCB的设计,这也记录着每一位EE的成长过程。