電路也是路 看得懂的電路板布線
電路板設(shè)計(jì),在不少人眼中是體力活,然而一直以來(lái),一個(gè)方案的前期,工程師們都是親自布局布線,只有到了定型之后的一些修改才交給其他同事負(fù)責(zé),但也會(huì)由布線者一一跟他們講解為什么要這樣布線。這樣設(shè)計(jì)者在電路板布線上都會(huì)有較大的提高。
在論壇中,看到很多網(wǎng)友提出的電路板布線問(wèn)題,深聯(lián)的工程師在這里創(chuàng)了個(gè)新,把這個(gè)電路板布線用常識(shí)來(lái)理解,通俗易懂、避開(kāi)電路回路、電磁場(chǎng)傳輸線等高深復(fù)雜,越講越講不清的東西,從根本上讓大家明白怎么回事,不被一些專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)約束,望大家多多指教。
電路板布線,就是鋪設(shè)通電信號(hào)的道路連接各個(gè)器件,這好比修道路,連接各個(gè)城市通汽車(chē),完全一回事。

道路建設(shè)要求一去一回兩條線,電路板布線同樣道理,需要形成一個(gè)兩條線的回路,對(duì)于低頻電路角度上講,是回路,對(duì)于高速電磁場(chǎng)來(lái)講,是傳輸線,最常見(jiàn)的如差分信號(hào)線。比如USB、網(wǎng)線等。對(duì)于傳輸線的阻抗特性等,本文不做進(jìn)一步講解,請(qǐng)參考“看得懂的電磁場(chǎng)理論”一文。
可以說(shuō),差分信號(hào)線,是連接器件信號(hào)的理想模型。對(duì)信號(hào)要求越高的,越要靠近差分信號(hào)線。
對(duì)于雙面電路板,需要把底部一層作為公共的參考回路。
當(dāng)一塊板子器件非常多,若都按差分線布,一是電路板的面積太大,二是要布2N條線,工作量太大,難度也很大,于是人們針對(duì)實(shí)際需求提出了多層電路板的概念,最典型的就是雙面電路板。把底部一層作為公共的參考回路,這樣布線只需要布N+1根即可,電路板版面也大大縮小。

公共參考回路,也就是大家常說(shuō)的參考地,針對(duì)大部分嵌入式行業(yè)來(lái)說(shuō),信號(hào)因?yàn)閿?shù)字化后對(duì)信號(hào)質(zhì)量要求不是很高,這樣采用整層的參考地,可以縮小板面,又提高效率,大大節(jié)約了時(shí)間,深受大家喜歡。實(shí)際上縮小板面就是縮短信號(hào)線長(zhǎng)度,也可以部分抵消因?yàn)閰⒖嫉匾鸬男盘?hào)質(zhì)量下降問(wèn)題,所以在實(shí)際中,這種引入?yún)⒖嫉氐碾娐钒宀季€效果,基本接近差分線理想模型。到了今天,我們都習(xí)慣于這種方式,似乎電路板布線,就是要有一層參考地,沒(méi)有為什么。
在雙面板設(shè)計(jì)中,因?yàn)榻?jīng)常有交叉線存在,需要跳線到地層做交叉線交換,這個(gè)需要特別指出的是,這個(gè)跳線不能太長(zhǎng),若太長(zhǎng),容易分割參考地,尤其是對(duì)于一些信號(hào)質(zhì)量要求高的線,底部的參考地不能被分割,否則信號(hào)的回路被完全破壞,參考地失去了意義。所以一般的講,參考地層只適合做信號(hào)線的短跳線用,信號(hào)線盡量布頂層,或者引入更多層的電路板。
路與路之間靠的太近容易出現(xiàn)影響,比如坐高鐵的時(shí)候,感覺(jué)的到對(duì)面開(kāi)來(lái)火車(chē)對(duì)自己所坐火車(chē)的影響。信號(hào)線也一樣,不能靠的太近,若信號(hào)線與信號(hào)線之間是平行的,一定要保持一定的距離,這個(gè)以實(shí)驗(yàn)為準(zhǔn),并且底部要有很好的參考地。低頻小信號(hào)下,一般影響不是很大,高頻強(qiáng)信號(hào)是需要注意的。
對(duì)于高頻、大電流方面的電路板布線,比如開(kāi)關(guān)電源等,最忌諱的就是驅(qū)動(dòng)信號(hào)被輸出強(qiáng)電流、強(qiáng)電壓干擾。MOS管的驅(qū)動(dòng)信號(hào),很容易受輸出強(qiáng)電流的影響,兩者要保持一定的距離,不要靠的太近。模擬音響時(shí)代,運(yùn)放放大倍數(shù)過(guò)高,就會(huì)出現(xiàn)自激效應(yīng),原因同MOS管一樣。
電路板布線的載體是電路板,一般參考地跟電路板板邊離1mm附近,信號(hào)線離參考地邊緣1mm附近,這樣把信號(hào)都約束在電路板板內(nèi),可以降低EMC輻射。
當(dāng)對(duì)電路板設(shè)計(jì)還沒(méi)有概念的,就多想想我們?nèi)粘5牡缆?,兩者完全一致?/p>
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