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  • 超实用!18种PCB的特殊走线问题画法和技术

    问题1 AD 布蛇形线方法 Tool 里选 Interactive length tuning 要先布好线再改成蛇形, 这里用的是布线时直接走蛇形: 先 P->T 布线, 再 Shift + A 切换成蛇形走线。 按 Tab 可设置属性, 类型了选用圆弧,Max Amplitude 设置最大的振幅 ,Gap 就是间隔(不知这么翻译对不) ,下面左边是振幅增量, 右边是间隔增量。 然后开始布线。 让边缘变"圆" - 按快捷键 "2", 就会增大弧的半径, 增到最大就是 两个 1/4 的弧直连 就是一个 180度的半圆了 快捷键 "," "." 可以调节振幅。 要是不记得快捷键, 没关系, 随时按 "`" 可以显示当前支持的操作。 可以看到网络的长度, 还不止一个地方哟。 等长可使用调节器完成等长布线。 问题2 大电流走线中去除阻焊层 这里要注意的两点,首先 Paste 层才是真正的喷锡层,但是默认走线上是有阻焊层的,所以单单使 用Paste,是没用的,故需要使用 Solder,此层中划出的部分是没有阻焊的,故可使用 Paste+Solder 的方法达到喷锡线的绘制,若板上本来就有走线,可直接使用对应层的 Solder 进行开窗。 问题3 总线画法 Altium Designer 支持多条网络同时布线,布线可以起始于焊盘也可以起始于线路开端。按住 shift键选择多个网络,或者用鼠标框选多个网络,选择菜单命令 PLACE >> Interactive Multi-Routing 再单击布线工具栏上的总线布线工具,既可以开始总线布线,在布线过程中可以放置过孔,切换直线层,可以按逗号,和句号。分支线间距进行调整。 期间按 2 可加过孔,L 可设换层。 问题4 从原理图到PCB 在原理图中用鼠标框选一块电路或选中若干个器件,按 T—>S,就能马上切换到 PCB 中,同步选中那些器件。 问题5 走线中换层、操作过孔、操作走线 问题6 走线推挤与连线方式快速设置 问题7 简易图元的PCB黏贴 图元文件的粘贴让机械层设计文档的生成更容易完成,通过使用习惯的与 Windows 相同的粘贴命令(Ctrl+V),任何来自剪贴板中的图元文件都可以粘贴到 PCB 编辑中。图元文件可以是直线、弧线、简单的填充和 True Type 文本,任何导入的数据将被放置在当前层。 从 Word 或 Excel 中拷贝数据到 PCB 中支持的图元文件包括位图,线,圆弧,简单填充和 true type 文字,允许您简单的粘贴 logos 和其他图形。 问题8 复杂图元(logo)PCB制作 问题9 栅格设置与捕获 在 Altium Designer 中可视化网格和电气网格可以按捕获网格的倍数来设置(Design>>Board Options)。 问题10 丝印文字反色输出及位置设置 PCB 编辑中增添了新的有效字符串属性框选项,新的选项可以为使用了 True Type 字体的反转文本定义不同矩形边界范围,而不是如原来使用反转文本本身的边界。 反转尺寸(宽度/高度):设置反转文本矩形框的宽度和高度 版面调整:定义文本框中文字的相对位置 反转文字的偏移:定义反转文字相对矩形框的偏移量 问题11 各种~多边形填充 使用以选择对象定义多边形形状功能使得用外部资源(如 DXF、AutoCAD 等)来创建公司 Logos 或多边形非常容易。多边形形状的定义分两步:首先从菜单 Tools>>Polygon Pours>>Define From selected objects定义多边形区域,然后右键点击多边形填充区域并从弹出菜单上选择’属性’选项,就可以在对话框中设置填充模式了。 问题12 PCB中高亮选中网络 问题13 单层操作与定制操作 对于纷乱的器件布局,已经很是麻烦如果要在混乱中走线,实属不易,在 AD 中可以使用 shift+s 解决这一问题(PCB 编辑状态下): 另外从网上学会了定制方法,开始比较麻烦,但是学会了会很实用 方法是: 只操作顶层走线的表达式为: expr=IsTrack and OnTopLayer|mask=True|apply=True 只操作底层走线的表达式为: expr=IsTrack and OnBottomLayer|mask=True|apply=True 只操作电气走线的表达式为: expr=IsTrack and IsElectrical|mask=True|apply=True 只操作过孔的表达式为: expr=IsVia|mask=True|apply=True 只操作顶层元件的表达式为: expr=IsComponent and OnTopLayer|mask=True|apply=True 订制若干种过孔尺寸,以小键盘区的数字键做快捷键,3 表示 0.3 孔径的过孔、4 表示 0.4 孔径的快捷键5…………,这样你想用任一种尺寸的过孔,都可以很方便地调出来。我知道 AltiumDesigner 本身可以通过快捷键“shift+v”在走线过程中调用你填写好的各种尺寸过孔,但我单独放置过孔,要想改尺寸的话,要按 Tab 键后改写过孔尺寸的数据,非常麻烦。改用下面的方法: 本来 Altium 放置过孔默认用快捷键“P”+“V”,我现在用小键盘区的“.”来实现同样的功能: 问题14 多层线的操作 有些人问这样的线是怎么画出来的: 答:一根根画出来的。 如 何 设 置 才 可 以 使 线 重 叠 ?Preferences 、 PCB Editor , Interactive Routing ,Interactive Routing Options,Automatically Remove Loops 选项取消即可 不一根根画的话也可以,Place - Region,放一个多边形区域即可,不过要小心哦,不会自己添加网路的。会变绿。 问题15 走线切片的操作 问题16 对等差分线的设置与走线 很多新手会听到“差分线”,其实说起差分线并不难,只是布线方式而已,比起之前说过的等长线,要容易的多,不过设置起来有一定规则: 放 置 元 件 和 绘 制 差 分 对 信 号 。差 分 对 命 名 规 则 是 名 称 相 同 , 后 缀 分 别 标 以 _P 和 _N 。再 选 择Place\directives\differential pairs, 放置差分对符号。 更新至 PCB 后 这样就好啦。 问题17 3D显示操作 您的主窗口可以同时以 2D 和 3D 的方式显示。在 2D 和 3D 之间切换可以快捷键‘3’来从一个 2D 视图切换到上个 3D 视图;按‘0’拉平。Shift+right+click +drag可以旋转您的 3D 视图。 哈哈~在此展示作者的新设计的板子~带 JLINK 仿真器的 STM32F103C8 小板~ 问题18 快速放大缩小视图 有很多方法放大窗口,真正比较实用的就 3 种,以下做下介绍: 1、全界面视图 2、ctrl+滚轮(鼠标中心为中心放大与缩小) 3、长时间按住滚轮变为放大镜形态,前后拖动鼠标~即可快速放大缩小 -END- | 整理文章为传播相关技术,版权归原作者所有 | | 如有侵权,请联系删除 | 【1】PCB设计中避免出现电磁问题的6个技巧 【2】PCB叠层设计,就这么做! 【3】七大步骤教你确定PCB布局和布线! 【4】看呆!技术宅在家这么玩PCB! 【5】必看!什么是PCB回流?又该如何解决? 免责声明:本文内容由21ic获得授权后发布,版权归原作者所有,本平台仅提供信息存储服务。文章仅代表作者个人观点,不代表本平台立场,如有问题,请联系我们,谢谢!

    时间:2020-10-20 关键词: PCB 电源设计

  • 电源设计中电路板焊接缺陷有哪些

    电源设计中电路板焊接缺陷有哪些

    通常为了能保证 PCB 板的整体质量,在制作过程中,要采用优良的焊料、改进 PCB 板可焊性以及及预防翘曲防止缺陷的产生 1、电路板孔的可焊性影响焊接质量 电路板孔可焊性不好,将会产生虚焊缺陷,影响电路中元件的参数,导致多层板元器件和内层线导通不稳定,引起整个电路功能失效。 所谓可焊性就是金属表面被熔融焊料润湿的性质,即焊料所在金属表面形成一层相对均匀的连续的光滑的附着薄膜。影响印刷电路板可焊性的因素主要有: 焊料的成份和被焊料的性质 焊料是焊接化学处理过程中重要的组成部分,它由含有助焊剂的化学材料组成,常用的低熔点共熔金属为 Sn-Pb 或 Sn-Pb-Ag。其中杂质含量要有一定的分比控制,以防杂质产生的氧化物被助焊剂溶解。焊剂的功能是通过传递热量,去除锈蚀来帮助焊料润湿被焊板电路表面。一般采用白松香和异丙醇溶剂。 焊接温度和金属板表面清洁程度 焊接温度和金属板表面清洁程度也会影响可焊性。温度过高,则焊料扩散速度加快,此时具有很高的活性,会使电路板和焊料溶融表面迅速氧化,产生焊接缺陷,电路板表面受污染也会影响可焊性从而产生缺陷,这些缺陷包括锡珠、锡球、开路、光泽度不好等。 2、翘曲产生的焊接缺陷 电路板和元器件在焊接过程中产生翘曲,由于应力变形而产生虚焊、短路等缺陷。翘曲往往是由于电路板的上下部分温度不平衡造成的。对大的 PCB,由于板自身重量下坠也会产生翘曲。 普通的 PBGA 器件距离印刷电路板约 0.5mm,如果电路板上器件较大,随着线路板降温后恢复正常形状,焊点将长时间处于应力作用之下,如果器件抬高 0.1mm 就足以导致虚焊开路。 3、电路板的设计影响焊接质量 在布局上,电路板尺寸过大时,虽然焊接较容易控制,但印刷线条长,阻抗增大,抗噪声能力下降,成本增加;过小时,则散热下降,焊接不易控制,易出现相邻线条相互干扰,如线路板的电磁干扰等情况。因此,必须优化 PCB 板设计: 缩短高频元件之间的连线、减少 EMI 干扰。 重量大的(如超过 20g) 元件,应以支架固定,然后焊接。 发热元件应考虑散热问题,防止元件表面有较大的ΔT 产生缺陷与返工,热敏元件应远离发热源。 元件的排列尽可能平行,这样不但美观而且易焊接,宜进行大批量生产。电路板设计为 4∶3 的矩形最佳。导线宽度不要突变,以避免布线的不连续性。电路板长时间受热时,铜箔容易发生膨胀和脱落,因此,应避免使用大面积铜箔。

    时间:2020-10-20 关键词: 电路板 电路板孔 PCB

  • 在电源设计中PCB布局布线基本规则以及问题总结

    在电源设计中PCB布局布线基本规则以及问题总结

    关于电源设计中PCB中遇到的问题和解决方法,小编总结了一下几点:PCB 又被称为印刷电路板(PrintedCircuitBoard),它可以实现电子元器件间的线路连接和功能实现,也是电源电路设计中重要的组成部分。今天就将以本文来介绍 PCB 板布局布线的基本规则。 一、元件布局基本规则 1. 按电路模块进行布局,实现同一功能的相关电路称为一个模块,电路模块中的元件应采用就近集中原则,同时数字电路和模拟电路分开; 2. 定位孔、标准孔等非安装孔周围 1.27mm 内不得贴装元、器件,螺钉等安装孔周围 3.5mm(对于 M2.5)、4mm(对于 M3)内不得贴装元器件; 3. 卧装电阻、电感(插件)、电解电容等元件的下方避免布过孔,以免波峰焊后过孔与元件壳体短路; 4. 元器件的外侧距板边的距离为 5mm; 5. 贴装元件焊盘的外侧与相邻插装元件的外侧距离大于 2mm; 6. 金属壳体元器件和金属件(屏蔽盒等)不能与其它元器件相碰,不能紧贴印制线、焊盘,其间距应大于 2mm。定位孔、紧固件安装孔、椭圆孔及板中其它方孔外侧距板边的尺寸大于 3mm; 7. 发热元件不能紧邻导线和热敏元件;高热器件要均衡分布; 8. 电源插座要尽量布置在印制板的四周,电源插座与其相连的汇流条接线端应布置在同侧。特别应注意不要把电源插座及其它焊接连接器布置在连接器之间,以利于这些插座、连接器的焊接及电源线缆设计和扎线。电源插座及焊接连接器的布置间距应考虑方便电源插头的插拔; 9. 其它元器件的布置: 所有 IC 元件单边对齐,有极性元件极性标示明确,同一印制板上极性标示不得多于两个方向,出现两个方向时,两个方向互相垂直; 10、板面布线应疏密得当,当疏密差别太大时应以网状铜箔填充,网格大于 8mil(或 0.2mm); 11、贴片焊盘上不能有通孔,以免焊膏流失造成元件虚焊。重要信号线不准从插座脚间穿过; 12、贴片单边对齐,字符方向一致,封装方向一致; 13、有极性的器件在以同一板上的极性标示方向尽量保持一致。 二、元件布线规则 1、画定布线区域距 PCB 板边≤1mm 的区域内,以及安装孔周围 1mm 内,禁止布线; 2、电源线尽可能的宽,不应低于 18mil;信号线宽不应低于 12mil;cpu 入出线不应低于 10mil(或 8mil);线间距不低于 10mil; 3、正常过孔不低于 30mil; 4、双列直插:焊盘 60mil,孔径 40mil; 1/4W 电阻:51*55mil(0805 表贴);直插时焊盘 62mil,孔径 42mil; 无极电容:51*55mil(0805 表贴);直插时焊盘 50mil,孔径 28mil; 5、注意电源线与地线应尽可能呈放射状,以及信号线不能出现回环走线。 如何提高抗干扰能力和电磁兼容性? 在研制带处理器的电子产品时,如何提高抗干扰能力和电磁兼容性? 1、下面的一些系统要特别注意抗电磁干扰: (1)微控制器时钟频率特别高,总线周期特别快的系统。 (2)系统含有大功率,大电流驱动电路,如产生火花的继电器,大电流开关等。 (3)含微弱模拟信号电路以及高精度 A/D 变换电路的系统。 2、为增加系统的抗电磁干扰能力采取如下措施: (1)选用频率低的微控制器: 选用外时钟频率低的微控制器可以有效降低噪声和提高系统的抗干扰能力。同样频率的方波和正弦波,方波中的高频成份比正弦波多得多。虽然方波的高频成份的波的幅度,比基波小,但频率越高越容易发射出成为噪声源,微控制器产生的最有影响的高频噪声大约是时钟频率的 3 倍。 (2)减小信号传输中的畸变 微控制器主要采用高速 CMOS 技术制造。信号输入端静态输入电流在 1mA 左右,输入电容 10PF 左右,输入阻抗相当高,高速 CMOS 电路的输出端都有相当的带载能力,即相当大的输出值,将一个门的输出端通过一段很长线引到输入阻抗相当高的输入端,反射问题就很严重,它会引起信号畸变,增加系统噪声。当 Tpd》Tr 时,就成了一个传输线问题,必须考虑信号反射,阻抗匹配等问题。 信号在印制板上的延迟时间与引线的特性阻抗有关,即与印制线路板材料的介电常数有关。可以粗略地认为,信号在印制板引线的传输速度,约为光速的 1/3 到 1/2 之间。微控制器构成的系统中常用逻辑电话元件的 Tr(标准延迟时间)为 3 到 18ns 之间。 在印制线路板上,信号通过一个 7W 的电阻和一段 25cm 长的引线,线上延迟时间大致在 4~20ns 之间。也就是说,信号在印刷线路上的引线越短越好,最长不宜超过 25cm。而且过孔数目也应尽量少,最好不多于 2 个。 当信号的上升时间快于信号延迟时间,就要按照快电子学处理。此时要考虑传输线的阻抗匹配,对于一块印刷线路板上的集成块之间的信号传输,要避免出现 Td》Trd 的情况,印刷线路板越大系统的速度就越不能太快。 用以下结论归纳印刷线路板设计的一个规则: 信号在印刷板上传输,其延迟时间不应大于所用器件的标称延迟时间。 (3)减小信号线间的交互干扰: A 点一个上升时间为 Tr 的阶跃信号通过引线 AB 传向 B 端。信号在 AB 线上的延迟时间是 Td。在 D 点,由于 A 点信号的向前传输,到达 B 点后的信号反射和 AB 线的延迟,Td 时间以后会感应出一个宽度为 Tr 的页脉冲信号。在 C 点,由于 AB 上信号的传输与反射,会感应出一个宽度为信号在 AB 线上的延迟时间的两倍,即 2Td 的正脉冲信号。这就是信号间的交互干扰。干扰信号的强度与 C 点信号的 di/at 有关,与线间距离有关。当两信号线不是很长时,AB 上看到的实际是两个脉冲的迭加。 CMOS 工艺制造的微控制由输入阻抗高,噪声高,噪声容限也很高,数字电路是迭加 100~200mv 噪声并不影响其工作。若图中 AB 线是一模拟信号,这种干扰就变为不能容忍。如印刷线路板为四层板,其中有一层是大面积的地,或双面板,信号线的反面是大面积的地时,这种信号间的交*干扰就会变小。原因是,大面积的地减小了信号线的特性阻抗,信号在 D 端的反射大为减小。特性阻抗与信号线到地间的介质的介电常数的平方成反比,与介质厚度的自然对数成正比。若 AB 线为一模拟信号,要避免数字电路信号线 CD 对 AB 的干扰,AB 线下方要有大面积的地,AB 线到 CD 线的距离要大于 AB 线与地距离的 2~3 倍。可用局部屏蔽地,在有引结的一面引线左右两侧布以地线。 (4)减小来自电源的噪声 电源在向系统提供能源的同时,也将其噪声加到所供电的电源上。电路中微控制器的复位线,中断线,以及其它一些控制线最容易受外界噪声的干扰。电网上的强干扰通过电源进入电路,即使电池供电的系统,电池本身也有高频噪声。模拟电路中的模拟信号更经受不住来自电源的干扰。 (5)注意印刷线板与元器件的高频特性 在高频情况下,印刷线路板上的引线,过孔,电阻、电容、接插件的分布电感与电容等不可忽略。电容的分布电感不可忽略,电感的分布电容不可忽略。电阻产生对高频信号的反射,引线的分布电容会起作用,当长度大于噪声频率相应波长的 1/20 时,就产生天线效应,噪声通过引线向外发射。 印刷线路板的过孔大约引起 0.6pf 的电容。 一个集成电路本身的封装材料引入 2~6pf 电容。 一个线路板上的接插件,有 520nH 的分布电感。一个双列直扦的 24 引脚集成电路扦座,引入 4~18nH 的分布电感。 这些小的分布参数对于这行较低频率下的微控制器系统中是可以忽略不计的;而对于高速系统必须予以特别注意。 (6)元件布置要合理分区 元件在印刷线路板上排列的位置要充分考虑抗电磁干扰问题,原则之一是各部件之间的引线要尽量短。在布局上,要把模拟信号部分,高速数字电路部分,噪声源部分(如继电器,大电流开关等)这三部分合理地分开,使相互间的信号耦合为最小。 G 处理好接地线 印刷电路板上,电源线和地线最重要。克服电磁干扰,最主要的手段就是接地。 对于双面板,地线布置特别讲究,通过采用单点接地法,电源和地是从电源的两端接到印刷线路板上来的,电源一个接点,地一个接点。印刷线路板上,要有多个返回地线,这些都会聚到回电源的那个接点上,就是所谓单点接地。所谓模拟地、数字地、大功率器件地开分,是指布线分开,而最后都汇集到这个接地点上来。与印刷线路板以外的信号相连时,通常采用屏蔽电缆。对于高频和数字信号,屏蔽电缆两端都接地。低频模拟信号用的屏蔽电缆,一端接地为好。 对噪声和干扰非常敏感的电路或高频噪声特别严重的电路应该用金属罩屏蔽起来。 (7)用好去耦电容。 好的高频去耦电容可以去除高到 1GHZ 的高频成份。陶瓷片电容或多层陶瓷电容的高频特性较好。设计印刷线路板时,每个集成电路的电源,地之间都要加一个去耦电容。去耦电容有两个作用:一方面是本集成电路的蓄能电容,提供和吸收该集成电路开门关门瞬间的充放电能;另一方面旁路掉该器件的高频噪声。数字电路中典型的去耦电容为 0.1uf 的去耦电容有 5nH 分布电感,它的并行共振频率大约在 7MHz 左右,也就是说对于 10MHz 以下的噪声有较好的去耦作用,对 40MHz 以上的噪声几乎不起作用。 1uf,10uf 电容,并行共振频率在 20MHz 以上,去除高频率噪声的效果要好一些。在电源进入印刷板的地方和一个 1uf 或 10uf 的去高频电容往往是有利的,即使是用电池供电的系统也需要这种电容。 每 10 片左右的集成电路要加一片充放电电容,或称为蓄放电容,电容大小可选 10uf。最好不用电解电容,电解电容是两层溥膜卷起来的,这种卷起来的结构在高频时表现为电感,最好使用胆电容或聚碳酸酝电容。 去耦电容值的选取并不严格,可按 C=1/f 计算;即 10MHz 取 0.1uf,对微控制器构成的系统,取 0.1~0.01uf 之间都可以。 3、降低噪声与电磁干扰的一些经验。 (1)能用低速芯片就不用高速的,高速芯片用在关键地方。 (2)可用串一个电阻的办法,降低控制电路上下沿跳变速率。 (3)尽量为继电器等提供某种形式的阻尼。 (4)使用满足系统要求的最低频率时钟。 (5)时钟产生器尽量*近到用该时钟的器件。石英晶体振荡器外壳要接地。 (6)用地线将时钟区圈起来,时钟线尽量短。 (7)I/O 驱动电路尽量*近印刷板边,让其尽快离开印刷板。对进入印制板的信号要加滤波,从高噪声区来的信号也要加滤波,同时用串终端电阻的办法,减小信号反射。 (8)MCD 无用端要接高,或接地,或定义成输出端,集成电路上该接电源地的端都要接,不要悬空。 (9)闲置不用的门电路输入端不要悬空,闲置不用的运放正输入端接地,负输入端接输出端。 (10)印制板尽量使用 45 折线而不用 90 折线布线以减小高频信号对外的发射与耦合。 (11)印制板按频率和电流开关特性分区,噪声元件与非噪声元件要距离再远一些。 (12)单面板和双面板用单点接电源和单点接地、电源线、地线尽量粗,经济是能承受的话用多层板以减小电源,地的容生电感。 (13)时钟、总线、片选信号要远离 I/O 线和接插件。 (14)模拟电压输入线、参考电压端要尽量远离数字电路信号线,特别是时钟。 (15)对 A/D 类器件,数字部分与模拟部分宁可统一下也不要交*。 (16)时钟线垂直于 I/O 线比平行 I/O 线干扰小,时钟元件引脚远离 I/O 电缆。 (17)元件引脚尽量短,去耦电容引脚尽量短。 (18)关键的线要尽量粗,并在两边加上保护地。高速线要短要直。 (19)对噪声敏感的线不要与大电流,高速开关线平行。 (20)石英晶体下面以及对噪声敏感的器件下面不要走线。 (21)弱信号电路,低频电路周围不要形成电流环路。 (22)任何信号都不要形成环路,如不可避免,让环路区尽量小。 (23)每个集成电路一个去耦电容。每个电解电容边上都要加一个小的高频旁路电容。 (24)用大容量的钽电容或聚酷电容而不用电解电容作电路充放电储能电容。使用管状电容时,外壳要接地。

    时间:2020-10-19 关键词: 电路板 电子元器件 PCB

  • 10个关于PCB的有趣知识

    关注、星标公众号,不错过精彩内容 来源 | TsinghuaJoking 毫无疑问,印刷电路板(PCB)是人类技术中具有里程碑意义的工具。为什么呢?这是因为当今在每一个电子设备中都隐藏着它的身影。就像其他历史中的伟大发明一样,PCB也是随着历史车轮前进而逐步成熟的,至今已经有130年的发展历史,它是工业革命车轮中最为靓丽的一道风景。 PCB成为优化电子设备生成工艺的手段,曾经那些使用手工制作的电子设备不得不PCB来替代了,这都是因为电路板上将会集成更多的功能 对比1968年计算器中的电路板和现代计算机主板 下面就是关于PCB的十个有趣的事实。 颜 色 即使对于一些并不了解PCB是干什么的人来说,也大体知道PCB的样子是什么。它们至少看起来给人一种具有一种传统风格,那就是它的绿色。这个绿色实际是阻焊层玻璃油漆透光的颜色。阻焊层虽然名称是阻焊,但它的主要功能还是保护覆盖的线路免受潮湿、灰尘的侵扰。 至于阻焊层为何选择绿色,主要的原因被认为绿色是军队防护标准,军方设备中PCB最早使用了阻焊层来保护电路在野外的可靠性,绿色是军队里自然保护色。还有人认为最初的阻焊油漆所使用的环氧树脂的颜色本身就呈现绿色,于是一直沿用至今。 现在阻焊层的颜色已经是多种多样的,有黑色、红色、黄色等等。毕竟绿色并不是工业标准。 五颜六色的PCB 谁先发明了PCB 如果问谁发明了印刷术,这个殊荣当属中国北宋年间的毕昇。但最早的印刷电路板则需要追踪到奥地利工程师 Charles Ducas在1920年提出了使用墨水导电(在底板上打印黄铜电线)的概念。他借助于电镀技术制作在绝缘体表面直接生成导线,制作出PCB的原型。 最初电路板上的金属导线是黄铜,一种铜和锌的合金。这种颠覆性的发明消除了电子线路的复杂连线工艺,并保证电路性能的可靠性。这个工艺直到第二次世界大战结束才开始进入实际应用阶段。 印刷电路板的专利和Charles Ducas 标 记 在绿色电路板还存在着大量白色标记。很多年来,人们弄不明白为何这些白色印刷标记被叫做“丝网层”。它们主要是用来标识电路板上元器件的信息,以及其他与电路板相关的内容。 这些信息最早是通过丝网印刷的方式打印在电路板上,所以被称为丝网层,现在则使用特殊的喷墨打印机来完成。这些信息可以帮助电路工程师来检查电路板中是否存在故障。 元器件 电路板的功能主要通过将元器件按照原理图有效连接起来完成的。每一个元器件都有它们独特的功能。即使在电路板上紧密相邻的两个器件都有可能千差万别。器件的种类基本上包括有电阻、二极管、晶体管、电容、继电器、电池、变压器以及其它的林林总总(比如保险丝、电感、电位器等等)。 无处不在 毫不夸张的说,PCB无处不在。从计算机到数字钟表、从微波炉到电视机以及立体音响系统。只要是电子物品和设备,超过99%的可能性其中包含有PCB。所以我们有可能想当然认为,如果没有PCB可能任何电子设备就无法运行。 美国航空航天局(NASA) 在美国国家航空航天管理局(NASA)的很多项目中就使用了一些石破天惊的技术,其中在上个世纪60年代,NASA就在阿波罗11号火箭上使用了PCB,这是因为基于PCB的电子设备重量轻、耗电小。那可是人类最伟大的时刻,第一次将宇航员送到了月球上。这其中就有PCB的功劳。 表面封装焊接技术(SMT) 表面安装焊接技术使得PCB走进了现代化。相比于以前插孔安装方式,这种表面安装焊接技术则先使用特殊胶水将器件粘贴在PCB上,然后在通过特殊的回流焊将器件与电路板进行电气连接。 快速成型PCB 在对电路进行局部实验过程中,可以借助于面包板、洞洞板以及其他的通用电路板进行测试。随着表面封装元器件增多,也有新型的快速PCB成型技术出现,比如热转印PCB、3D打印多层电路板等。 3D打印电路板 柔软PCB PCB并不都是平直坚硬的,还有很多柔软的PCB工作在很多紧密电子设备中,它们往往构成了很多活动关节中的应用电路,或者组成多层立体电路。 透明柔软的PCB 世界上最大的PCB 世界上最大的一块PCB来自于英国Johnson电子公司的这条应用在无人太阳能飞机上的柔性多层电路板。它长约28米。是由柔软聚酰亚胺作为基地制作的电路板有着更好的散热、更高的导电密度。这么长的的电路板是通过特殊的生产工艺分段进行腐蚀制作的。 最长的柔性电路板 推荐阅读: C++中字符编码的转换 手把手教你用STM32Trust生成加密固件 FreeRTOS如何减少RAM占用空间并加快执行速度 关注 微信公众号『strongerHuang』,后台回复“1024”查看更多内容,回复“加群”按规则加入技术交流群。 长按前往图中包含的公众号关注 免责声明:本文内容由21ic获得授权后发布,版权归原作者所有,本平台仅提供信息存储服务。文章仅代表作者个人观点,不代表本平台立场,如有问题,请联系我们,谢谢!

    时间:2020-10-19 关键词: PCB 电源设计

  • 5G产业链之PCB浅析

    2020年的开局太可怕,疫情所到之处,鸡飞狗跳、人仰马翻、损失惨重。 满目疮痍之下,5G产业却逆势发展,欣欣向荣。在此背景下,PCB产业新一轮需求被点燃。 基站用PCB市场规模超500亿元 5G产业链中最先受益的是宏基站,PCB是最核心的材料。根据《每日财报》获得的信息,各大运营商在今年的5G相关投资预算已经飙升1803亿,而2019年5G总投资约为330亿。 随着市场对于基站建设预期的提高,参考4G建设周期第二年,预计今年运营商基站建设有望超过80万,PCB订单目前已经到了6月份,其中部分一季度的订单递延至二季度,并且中国移动第二期的5G无线网络设备采购量也大大超过市场预期,高景气度得以延续。 宏基站:5G最先受益的领域,基站用PCB市场规模超500亿元 5G加速PCB成“一超多强”的产业格局 综合PCB上市企业一季度业绩分析,通信和服务器是PCB和覆铜板增长的主要动力,受疫情影响的产业链订单正在加速回补中,目前头部PCB厂商中,5G基站和网络设备等新产能均进入爬坡期。 其中,深南电路表示,与去年同期相比,今年一季度通信、服务器、医疗订单占比有所提升,特别是5G订单占通信订单比重大幅提升,5G通信PCB产品由小批量阶段逐步进入批量阶段,5G产品占比有所提升。 作为国内四大5G基站设备供应商的华为和中兴,其PCB供应商沪电股份等也同步深度受益。与此同时,在运营商的二期设备招标中,华为和中兴均拿下较大集采份额,其PCB供应商的红利依然可期。 此外,由于市场对各类线路板的需求都在持续增长,其中以高端产品的涨幅尤为明显,连带覆铜板多次出现因供不应求而涨价的现象。作为国内覆铜板行业头部厂商的生益科技,凭借产能和产品性能优势,其一季度业绩也保持正向增长。 “受益于5G建设加快,5G通信和终端的庞大需求,将助力PCB行业企业业绩持续增长。”业内人士表示:当前,在鹏鼎控股、深南电路、沪电股份、生益科技等组成的一超多强的格局下,基于我国在5G基础设施领域的供应链完整度和成熟度,PCB持续向高密度、高集成、高频高速等方向发展,多层板、HDI板等需求也带动部分厂商持续加码扩产。 PCB列强加速募资扩产 3月6日,中京电子拟定增募资12亿元,在珠海富山工业园新建高密度印制电路板(PCB)建设项目(1-A 期),主要生产高多层板、高密度互联板(HDI)、刚柔结合板(R-F)、类载板(SLP)等产品,产品具有高频、高速、高密度、高厚径比、高可靠性等特性,主要应用于 5G 通信、新型高清显示、汽车电子、人工智能、物联网以及大数据、云计算等相关产品。 此外,在5G商用的带动下,景旺电子、奥士康已于去年募资投建相关项目,为5G通信设备、服务器等应用市场进行了提前布局。 2019年8月,奥士康在肇庆建设印制电路板生产基地与华南总部,其中,印制电路板生产基地占地400亩,将建设多条高端印制电路板生产线,主要生产高端汽车电子电路、任意层互联HDI、高端通讯5G网络、高端半导体IC/BGA芯片封装载板、大数据处理存储电子电路等。 2019年12月,景旺电子发行可转债募资17.8亿元,用于景旺电子科技(珠海)有限公司一期工程—年产120万平方米多层印刷电路板项目,项目建成达产后,主要产品为应用于5G通信设备、服务器、汽车等领域的高多层刚性电路板。 值得关注的是,相比以上两家厂商的加码布局,兴森科技、崇达技术等在2018年扩产的项目,也进入了产能释放期,赶上了5G需求增长期。 兴森科技在2019年年度业绩说明会上表示,2020年是公司的投资扩产关键时期,2018年扩产的1万平米/月IC载板产能和可转债项目扩产的12.36万平米/年PCB产能将于今年释放投产。 崇达技术也在互动平台表示,江门二期主要生产高密度互连板(HDI)、软硬结合板、薄板等高端PCB产品,去年产能利用率受制于下游景气度的下滑,产能未能得到完全释放,为提升产能利用率,公司已加快导入消费类HDI产品以及其它高端PCB产品,争取今年能达成预定目标。 5G用PCB生产难度高,提升产业门槛 值得注意的是,5G用PCB通信板因要符合高频、高速等特色,因此对于多层高速PCB板、金属基板等等有更高要求。 高频、高速、大尺英寸和多层等特性使PCB并非只依靠增加原料的投入就可以完成终端需求。要印刷这些高频高速电路的生产线不只需要较高的技术和设备投入,更需要技术人员和生产人员的经验累积,同时客户端的认证手续严格且繁琐。 目前中国平均5G基站PCB产品良率不到95%,但高技术性也因此变相提升产业门槛,可使相关企业生产及运营周期拉长。 当前行业增长主要依赖由5G推动的通信基础设施建设,这一过程将持续到2021年。随着PCB 的行业规模不断扩大,越来越多的企业试图通过市场手段,募集资金扩大生产,形成规模优势,部分落后的中小企业将逐步退出市场,与此同时,产品不断向高密度、高精度、高性能方向发展,市场将进一步集中到具备研发实力的龙头企业。 声明:本文来源于 PCB资讯,版权归原作者所有。 如涉及版权或对版权有所疑问,请第一时间与我们联系 免责声明:本文内容由21ic获得授权后发布,版权归原作者所有,本平台仅提供信息存储服务。文章仅代表作者个人观点,不代表本平台立场,如有问题,请联系我们,谢谢!

    时间:2020-10-19 关键词: 5G PCB

  • 你常用哪种软件画原理图和PCB?

    硬件工程师是离不开原理图设计和PCBLayout的,为了设计出高效的PCB大家一定都有使用比较顺手的设计软件,下面一起来看一下常用的PCB设计软件。 01 Protel/DXP/Altium Desginer 之所以把这几款软件放在一起,是因为他们都属于同一家公司的。这几款软件在国内比较流行,简单易学,操作比较人性化,收获了不少的粉丝。该软件发展至今,形成了完整的全方位电子设计系统,包含电路原理图绘制、模拟电路与数字电路混合信号仿真、多层印制电路板设计(包含印制电路板自动布线)、可编程逻辑器件设计、图表生成、电子表格生成、支持宏操作等功能,并具有Client/Server(客户/服务器)体系结构。 02 Cadence allegro Cadence allegro高速信号设计实际上的工业标准。PCB Layout功能非常强大。仿真方面也非常强大,自带仿真工具,可实现信号完整性仿真,电源完整性仿真。制作高速线路板方面绝对的霸主地位。据统计60%的电脑主板40%的手机主板都是Cadence画的,可见它的市场占有率有多高。 03 PADS PADS软件是MentorGraphics公司的电路原理图和PCB设计工具软件。目前该软件是国内从事电路设计的工程师和技术人员主要使用的电路设计软件之一,是PCB设计高端用户最常用的工具软件。PADS作为业界主流的PCB设计平台,以其强大的交互式布局布线功能和易学易用等特点,在通信、半导体、消费电子、医疗电子等当前最活跃的工业领域得到了广泛的应用。PADS Layout/ Router支持完整的PCB设计流程,涵盖了从原理图网表导入,规则驱动下的交互式布局布线,DRC/DFT/DFM校验与分析,直到最后的生产文件(Gerber)、装配文件及物料清单(BOM)输出等全方位的功能需求,确保PCB工程师高效率地完成设计任务。 04 Mentor WG 这一款软件相信很少听说过,我之前也没有用过,它主要针对的是高端电路设计,同样有自己的仿真工具。只不过在国内其支持商还相对少点。 你常用哪款软件设计PCB呢?留言来交流下吧。 免责声明:本文内容由21ic获得授权后发布,版权归原作者所有,本平台仅提供信息存储服务。文章仅代表作者个人观点,不代表本平台立场,如有问题,请联系我们,谢谢!

    时间:2020-10-19 关键词: 软件设计 PCB

  • PCB设计中避免出现电磁问题的6个技巧

    在PCB设计中,电磁兼容性(EMC)及关联的电磁干扰(EMI)历来是让工程师们头疼的两大问题,特别是在当今电路板设计和元器件封装不断缩小、OEM要求更高速系统的情况下。本文小编就给大家分享如何在PCB设计中避免出现电磁问题。 PCB设计中避免出现电磁问题的6个技巧 1 ---串扰和走线是重点 走线对确保电流的正常流动特别重要。如果电流来自振荡器或其它类似设备,那么让电流与接地层分开,或者不让电流与另一条走线并行,尤其重要。两个并行的高速信号会产生EMC和EMI,特别是串扰。必须使电阻路径最短,返回电流路径也尽可能短。返回路径走线的长度应与发送走线的长度相同。 对于EMI,一条叫做“侵犯走线”,另一条则是“受害走线”。电感和电容耦合会因为电磁场的存在而影响“受害”走线,从而在“受害走线”上产生正向和反向电流。这样的话,在信号的发送长度和接收长度几乎相等的稳定环境中就会产生纹波。 在一个平衡良好、走线稳定的环境中,感应电流应相互抵消,从而消除串扰。但是,我们身处不完美的世界,这样的事不会发生。因此,我们的目标是必须将所有走线的串扰保持在最小水平。如果使并行走线之间的宽度为走线宽度的两倍,则串扰的影响可降至最低。例如,如果走线宽度为5密耳,则两条并行走线之间的最小距离应为10密耳或更大。 随着新材料和新的元器件不断出现,PCB设计人员还必须继续应对电磁兼容性和干扰问题。 2 ---去耦电容 去耦电容可减少串扰的不良影响,它们应位于设备的电源引脚和接地引脚之间,这样可以确保交流阻抗较低,减少噪声和串扰。为了在宽频率范围内实现低阻抗,应使用多个去耦电容。 放置去耦电容的一个重要原则是,电容值最小的电容器要尽可能靠近设备,以减少对走线产生电感影响。这一特定的电容器尽可能靠近设备的电源引脚或电源走线,并将电容器的焊盘直接连到过孔或接地层。如果走线较长,请使用多个过孔,使接地阻抗最小。 3 ---将PCB接地 降低EMI的一个重要途径是设计PCB接地层。第一步是使PCB电路板总面积内的接地面积尽可能大,这样可以减少发射、串扰和噪声。将每个元器件连接到接地点或接地层时必须特别小心,如果不这样做,就不能充分利用可靠的接地层的中和效果。 一个特别复杂的PCB设计有几个稳定的电压。理想情况下,每个参考电压都有自己对应的接地层。但是,如果接地层太多会增加PCB的制造成本,使价格过高。折衷的办法是在三到五个不同的位置分别使用接地层,每一个接地层可包含多个接地部分。这样不仅控制了电路板的制造成本,同时也降低了EMI和EMC。 如果想使EMC最小,低阻抗接地系统十分重要。在多层PCB中,最好有一个可靠的接地层,而不是一个铜平衡块(copper thieving)或散乱的接地层,因为它具有低阻抗,可提供电流通路,是最佳的反向信号源。 信号返回地面的时长也非常重要。信号往返于信号源的时间必须相当,否则会产生类似天线的现象,使辐射的能量成为EMI的一部分。同样,向/从信号源传输电流的走线应尽可能短,如果源路径和返回路径的长度不相等,则会产生接地反弹,这也会产生EMI。 4 ---避免90°角 为降低EMI,应避免走线、过孔及其它元器件形成90°角,因为直角会产生辐射。在该角处电容会增加,特性阻抗也会发生变化,导致反射,继而引起EMI。要避免90°角,走线应至少以两个45°角布线到拐角处。 5 ---使用过孔需谨慎 在几乎所有PCB布局中,都必须使用过孔在不同层之间提供导电连接。PCB布局工程师需特别小心,因为过孔会产生电感和电容。在某些情况下,它们还会产生反射,因为在走线中制作过孔时,特性阻抗会发生变化。 同样要记住的是,过孔会增加走线长度,需要进行匹配。如果是差分走线,应尽可能避免过孔。如果不能避免,则应在两条走线中都使用过孔,以补偿信号和返回路径中的延迟。 6 ---电缆和物理屏蔽 承载数字电路和模拟电流的电缆会产生寄生电容和电感,引起很多EMC相关问题。如果使用双绞线电缆,则会保持较低的耦合水平,消除产生的磁场。对于高频信号,必须使用屏蔽电缆,其正面和背面均接地,消除EMI干扰。 物理屏蔽是用金属封装包住整个或部分系统,防止EMI进入PCB电路。这种屏蔽就像是封闭的接地导电容器,可减小天线环路尺寸并吸收EMI。

    时间:2020-10-19 关键词: 电磁 PCB

  • 实装电源电路 PCB 板布局相关的注意事项的经验分享,值得收藏

    实装电源电路 PCB 板布局相关的注意事项的经验分享,值得收藏

    开关电源电路的PCB布局是怎么样的呐,小编根据自己的经验,为大家分享了实装 PCB 板布局相关的注意事项。 下面以下图中的电路图(低边型)为例,汇总了 PCB 板布局相关的注意事项。虽然不同的电路有其特定的条件,但大多数都是以开关电源电路的布局为基础的。电路图中列出了①~⑦注意事项的要点。 要点①:当 VCC 线受到开关噪声的影响时,可能会误动作。因此,建议在 VCC 引脚和 SR_GND 引脚之间对电容器 CVCC 独立布线,并尽量连接到引脚的附近。 要点②:连接于 SH_IN 引脚的线路是高阻抗线。为了避免串扰,布局时请尽量缩短布线,并且不要与开关线平行布线。 要点③:MAX_TON 引脚在受开关影响时会影响到强制关断时间,因此建议将 RTON、R3、C1 尽可能地靠近 MAX_TON 引脚连接,并通过独立布线连接 SR_GND 引脚。 要点④:在同步整流控制中,需要准确监测二次侧 MOSFET M2 产生的 VDS2,因此请务必通过独立布线将 IC 的 DRAIN 引脚连接到 M2 的漏极,将 SR_GND 引脚连接到 M2 的源极。 要点⑤:建议通过独立布线将分流稳压器 GND(SH_GND)连接到二次侧输出的 GND,将反馈电阻 RFB1 和 RFB2 连接到二次侧输出 VOUT。 要点⑥:由于 DRAIN 引脚是振幅约 0V-100V 的开关线,因此请尽可能地采用短且细的布线。 要点⑦:在 MOSFET M2 的漏极-源极间插入缓冲电路时,变压器输出和 M2 的源极请尽可能地采用短且粗的独立布线。 以下为 PCB 板布局示例。左侧为表面、右侧为背面,其中标记了上述①~⑥的要点。请作为布局示意图参考使用。

    时间:2020-10-17 关键词: MOSFET 电源电路 PCB

  • 设计多轨电源时,你可能会忽略这些问题!

    紧迫的时间表有时会让工程师忽略除了 VIN、 VOUT和负载要求等以外的其他关键细节,将PCB应用的电源设计放在事后再添加。遗憾的是,后续生产PCB时,之前忽略的这些细节会成为难以诊断的问题。例如,在经过漫长的调试过程后,设计人员发现电路会随机出现故障,比如,因为开关噪声,导致随机故障的来源则很难追查。 选择繁多 对于特定的电源设计,可能有多种可行的解决方案。在下面的示例中,我们将介绍多种选择,例如单芯片电源与多电压轨集成电路(IC)。我们将评估成本和性能取舍。探讨低压差(LDO)稳压器与开关稳压器(一般称为降压或升压稳压器)之间的权衡考量。还将介绍混合方法(即LDO稳压器和降压稳压器的混合与匹配),包括电压输入至输出控制(VIOC)稳压器解决方案。 在本文中,我们将分析开关噪声,以及在开关电源设计无法充分滤波时,PCB电路会受哪些影响。从总体设计角度来看,还需考虑成本、性能、实施和效率等因素。 例如,如何根据给定的一个或多个电源实现多电源拓扑优化设计?我们将藉此深入探讨设计、IC接口技术、电压阈值电平,以及哪类稳压器噪声会影响电路。我们将分析一些基本逻辑电平,例如5 V、3.3 V、2.5 V和1.8 V晶体管-晶体管逻辑(TTL)、互补金属氧化物半导体(CMOS),及其各自的阈值要求。 本文还会提及正发射极耦合逻辑(PECL)、低压PECL(LVPECL)和电流模式逻辑(CML)等先进逻辑,但不会详细介绍。这些都是超高速接口,对于它们来说,低噪声电平非常重要。设计人员需要知道如何避免信号摆幅引起的这些问题。 在电源设计中,成本和性能要求并存,所以设计人员必须仔细考虑逻辑电平和对干净电源的要求。在公差和噪声方面,通过设计实现可靠性并提供适当裕量,也可以避免生产问题。 设计人员需要了解与电源设计相关的权衡考量:哪些可实现?哪些可接受?如果设计达不到要求的性能,那么设计人员必须重新审视选项和成本,以满足规格要求。例如,多轨器件(例如 ADP5054)可以在保持成本高效的同时提供所需的性能优势。 典型设计示例 我们先来举个设计示例。图1显示将12 V和3.3 V输入电源作为主电源的电路板框图。主电源必须降压,以便针对PCB应用产生5 V、2.5 V、1.8 V,甚至3.3 V电压。如果外部3.3 V电源能够提供足够的电源和低噪声,那么可以直接使用3.3 V输入电轨,无需额外调节,以免产生额外成本。如果不能,则可以使用12 V输入电轨,通过降压至PCB应用所需的3.3 V来满足电源要求。 图1.需要多轨电源解决方案的应用电路板概览。 逻辑接口概述 PCB一般使用多个电源。IC可能仅使用5 V电源;或者,它可能要求多个电源,输入/输入接口使用5 V和3.3 V,内部逻辑使用2.5 V,低功耗休眠方式使用1.8 V。低功耗模式可能始终开启,用于定时器功能、管理等逻辑,或用于中断时启用唤醒模式,或者用于IRQ引脚,以启用IC功能并为其供电,也就是5 V、3.3 V和2.5 V电源。所有这些或其中部分逻辑接口通常都在IC内部。 图2显示了标准逻辑接口电平,包括各种TTL和CMOS阈值逻辑电平,以及它们可接受的输入和输出电压逻辑定义。在本文中,我们将讨论何时将输入逻辑驱动至低电平(用输入电压低 (VIL)表示),何时驱动至高电平(用输入逻辑电平高 VIH表示)。我们将重点分析VIL,即图2中标记为“Avoid”的阈值不确定区域。 在所有情况下,必须考虑±10%的电源公差。图3显示了高速差分信号。本文将着重探讨图2所示的标准逻辑电平。 图2.标准逻辑接口电平。 开关噪声 未经过充分滤波时,开关稳压器降压或升压电源设计可能产生几十毫伏至几百毫伏的开关噪声,尖峰可能达到400 mV至600 mV。所以,了解开关噪声是否会给使用的逻辑电平和接口造成问题非常重要。 安全裕度 为确保提供合适的安全裕度,实现可靠的PSU,一条设计经验法则是采用最糟糕情况下的–10%公差。例如,对于5 V TTL,0.8 V的VIL变成0.72 V,对于1.8 V CMOS,0.63 V的VIL变成0.57 V,阈值电压(VTH)也相应降低(5 V TTL VTH = 1.35 V,1.8 V CMOS VTH = 0.81 V)。开关噪声(VNS)可能为几十毫伏到几百毫伏。此外,逻辑电路本身也会产生信号噪声(VN),即干扰噪声。总噪声电压(VTN = VN + VNS)可能在100 mV至800 mV之间。将VTN添加至标称信号中,以生成总信号电压(VTSIG):实际的总信号(VTSIG = VTSIG + VTN)会影响阈值电压(VTH),进一步扩大了avoid区域。VTH区域内的信号电平是不确定的,在该区域内,逻辑电路可以任意随机翻转;例如,在最糟糕的情形下,会错误触发逻辑1,而不是逻辑0。 图3.高速差分逻辑接口电平。 多轨PSU注意事项和提示 通过了解接口输入和IC内部逻辑的阈值电平,我们现在知道哪些电平会触发正确的逻辑电平,哪些会(意外)触发错误的逻辑电平。问题在于:要满足这些阈值,电源的噪声性能需要达到什么水平?低压差线性稳压器噪声很低,但在高压降比下却并不一定高效。开关稳压器可以有效降压,但会产生一些噪声。高效低噪的电源系统应包含这两种电源的组合。本文着重介绍各种组合,包括在开关稳压器后接LDO稳压器的混合方法。 (在需要时)最大化效率和最小化噪声的方法 从图1所示的设计示例可以看出,为了充分提高5 V稳压的效率并尽可能降低开关噪声,需要分接12 V电路并使用降压稳压器,例如 ADP2386。从标准逻辑接口电平来看,5 V TTL VIL 和 5 V CMOS VIL 分别是0.8 V和1.5 V,仅使用开关稳压器时,也具备适当的裕度。对于这些电轨,通过使用降压拓扑可实现效率最大化,而开关噪声则低于采用5 V(TTL和CMOS)技术时的 VIL。通过使用降压稳压器(例如图4a所示的ADP2386配置),效率可以高达95%,如ADP2386的典型电路和效率曲线图所示(见图4b)。如果在此设计中使用噪声较低的LDO稳压器,从VIN到VOUT的7 V压降会导致消耗大量内部功率,一般表现为产生热量和损失效率。为了以少量额外成本实现可靠设计,在降压稳压器后接LDO稳压器来产生5 V电压也是一项额外优势。 图4.ADP2386的(a)典型电路和(b)效率曲线图。 图5.典型的ADP125应用。 2.5 V和1.8 V CMOS的 VIL 分别是0.7 V和0.63 V。遗憾的是,此逻辑电平的安全裕度尚不足以避免开关噪声。要解决此问题,有两种方案可选。第一种:如果图1所示的外部3.3 V电源具备足够功率且噪声极低,则分接这个外部3.3 V电源,并使用线性稳压器(LDO稳压器),例如 ADP125 (图5)或 ADP1740 来获得2.5 V和1.8 V电源。注意,从3.3 V到1.8 V有1.5 V压降。如果此压降会导致问题,则可以使用混合方法。第二种:如果外部3.3 V电源的噪声不低,或不能提供足够功率,则分接12 V电源,通过降压稳压器后接LDO稳压器来产生3.3 V、2.5 V和1.8 V电源;混合方法如图6所示。 加入LDO稳压器会稍微增加成本和板面积以及少量散热,但要实现安全裕度,有必要作出这些取舍。使用LDO稳压器会小幅降低效率,但可以通过保持 VIN 至 VOUT的少量压降,使这种效率降幅达到最低:3.3 V至2.5 V,保持0.8 V,或3.3 V至1.8 V,保持1.5 V。可以使用带VIOC功能的稳压器尽可能提高效率和瞬变性能。VIOC可以调节上游开关稳压器的输出,从而在LDO稳压器两端保持合理的压降。带VIOC功能的稳压器包括 LT3045、 LT3042 和 LT3070-1。 LT3070-1是一款5 A、低噪声、可编程输出、85 mV低压差线性稳压器。如果必须使用LDO稳压器,则存在散热问题,其中功耗= VDROP × I。例如,LT3070-1支持3 A,稳压器两端的功率降幅(或功耗)典型值为3 A × 85 mV = 255 mW。相比压差为400 mV,输出电流同样为3 A,功耗为1.2 W的一些典型LDO稳压器,LT3070-1的功耗仅为其五分之一。 或者,我们可以使用混合方法,以牺牲成本为代价来提高效率。图6中效率和性能均得到优化,其中先使用降压稳压器(ADP2386)将电压降至允许的最低电压,尽量提高效率,后接一个LDO稳压器(ADP1740)。 图6.使用ADP2386和ADP1740组合的混合拓扑。 此练习提供一个通用设计示例,用于显示一些拓扑和技术。但是,也不能忘记考虑其他因素,例如IMAX、成本、封装、压降等。 也提供低噪声降压和升压稳压器选项,例如 Silent Switcher® regulators,它具备极低的噪声和低EMI。例如,从性能、封装、尺寸和布局区域来看, LT8650S 和 LTC3310S 具有成本高效特性。 封装、功率、成本、效率和性能取舍 量产PCB设计通常要求使用紧凑的多轨电源,以实现高功率、高效率、出色的性能和低噪声。例如,ADP5054四通道降压稳压器为FPGA等应用提供高功率(17 A)单芯片多轨电源解决方案,如图7所示。整个电源解决方案约41 mm × 20 mm大小。ADP5054本身的大小仅为7 mm × 7 mm,可以提供17 A总电流。要在紧凑空间内实现极高的功率电平,可以考虑使用ADI的 µModule® regulators,例如 LTM4700,可以在15 mm × 22 mm的封装大小内提供高达100 A电流。 图7.适合FPGA应用的ADP5054单芯片多轨电源解决方案。 图8.ADP5054原理图。 ADP5054 宽输入电压范围:4.5 V 至 15.5 V ±整个温度范围下的输出精度为 1.5% 250 kHz 至 2 MHz 可调开关频率,并具有单独的 ½× 频率选项 功率调整 通道 1 和通道 2 具有低端 FET 驱动器的可编程 2 A/4 A/6 A 同步降压稳压器 通道 3 和通道 4:2.5 A 同步降压稳压器 灵活的并行操作 单一 12 A 输出(通道 1 和通道 2 并联) 单一 5 A 输出(通道 3 和通道 4 并联)  低 1/f 噪声密度 在 10 Hz 至 100 kHz 频率下,0.8 VREF 时为 40 μV rms 0.811 V 精确阈值的精密启用 有源输出放电开关 FPWM/PSM 模式选择 频率同步输入或输出 通道 1 输出具有电源正常标记 UVLO、OCP 和 TSD 保护 48 引脚 7 mm × 7 mm LFCSP 工作结温范围为 −40°C 至 +125°C 原文转自亚德诺半导体 关于世健 亚太区领先的元器件授权代理商 世健(Excelpoint)是完整解决方案的供应商,为亚洲电子厂商包括原设备生产商(OEM)、原设计生产商(ODM)和电子制造服务提供商(EMS)提供优质的元器件、工程设计及供应链管理服务。 世健是新加坡主板上市公司,拥有超过30年历史。世健中国区总部设于香港,目前在中国拥有十多家分公司和办事处,遍及中国主要大中型城市。凭借专业的研发团队、顶尖的现场应用支持以及丰富的市场经验,世健在中国业内享有领先地位。 点击“阅读原文”,联系我们 ↓↓↓ 免责声明:本文内容由21ic获得授权后发布,版权归原作者所有,本平台仅提供信息存储服务。文章仅代表作者个人观点,不代表本平台立场,如有问题,请联系我们,谢谢!

    时间:2020-10-16 关键词: PCB 电源设计

  • 10个关于PCB的有趣知识,最后一个你肯定想不到!

    毫无疑问,印刷电路板(PCB)是人类技术中具有里程碑意义的工具。为什么呢?这是因为当今在每一个电子设备中都隐藏着它的身影。就像其他历史中的伟大发明一样,PCB也是随着历史车轮前进而逐步成熟的,至今已经有130年的发展历史,它是工业革命车轮中最为靓丽的一道风景。 PCB成为优化电子设备生成工艺的手段,曾经那些使用手工制作的电子设备不得不PCB来替代了,这都是因为电路板上将会集成更多的功能 对比1968年计算器中的电路板和现代计算机主板 下面就是关于PCB的十个有趣的事实。 颜 色 即使对于一些并不了解PCB是干什么的人来说,也大体知道PCB的样子是什么。它们至少看起来给人一种具有一种传统风格,那就是它的绿色。这个绿色实际是阻焊层玻璃油漆透光的颜色。阻焊层虽然名称是阻焊,但它的主要功能还是保护覆盖的线路免受潮湿、灰尘的侵扰。 至于阻焊层为何选择绿色,主要的原因被认为绿色是军队防护标准,军方设备中PCB最早使用了阻焊层来保护电路在野外的可靠性,绿色是军队里自然保护色。还有人认为最初的阻焊油漆所使用的环氧树脂的颜色本身就呈现绿色,于是一直沿用至今。 现在阻焊层的颜色已经是多种多样的,有黑色、红色、黄色等等。毕竟绿色并不是工业标准。 五颜六色的PCB 谁先发明了PCB 如果问谁发明了印刷术,这个殊荣当属中国北宋年间的毕昇。但最早的印刷电路板则需要追踪到奥地利工程师 Charles Ducas在1920年提出了使用墨水导电(在底板上打印黄铜电线)的概念。他借助于电镀技术制作在绝缘体表面直接生成导线,制作出PCB的原型。 最初电路板上的金属导线是黄铜,一种铜和锌的合金。这种颠覆性的发明消除了电子线路的复杂连线工艺,并保证电路性能的可靠性。这个工艺直到第二次世界大战结束才开始进入实际应用阶段。 印刷电路板的专利和Charles Ducas 标 记 在绿色电路板还存在着大量白色标记。很多年来,人们弄不明白为何这些白色印刷标记被叫做“丝网层”。它们主要是用来标识电路板上元器件的信息,以及其他与电路板相关的内容。 这些信息最早是通过丝网印刷的方式打印在电路板上,所以被称为丝网层,现在则使用特殊的喷墨打印机来完成。这些信息可以帮助电路工程师来检查电路板中是否存在故障。 元器件 电路板的功能主要通过将元器件按照原理图有效连接起来完成的。每一个元器件都有它们独特的功能。即使在电路板上紧密相邻的两个器件都有可能千差万别。器件的种类基本上包括有电阻、二极管、晶体管、电容、继电器、电池、变压器以及其它的林林总总(比如保险丝、电感、电位器等等)。 无处不在 毫不夸张的说,PCB无处不在。从计算机到数字钟表、从微波炉到电视机以及立体音响系统。只要是电子物品和设备,超过99%的可能性其中包含有PCB。所以我们有可能想当然认为,如果没有PCB可能任何电子设备就无法运行。 美国航空航天局(NASA) 在美国国家航空航天管理局(NASA)的很多项目中就使用了一些石破天惊的技术,其中在上个世纪60年代,NASA就在阿波罗11号火箭上使用了PCB,这是因为基于PCB的电子设备重量轻、耗电小。那可是人类最伟大的时刻,第一次将宇航员送到了月球上。这其中就有PCB的功劳。 表面封装焊接技术(SMT) 表面安装焊接技术使得PCB走进了现代化。相比于以前插孔安装方式,这种表面安装焊接技术则先使用特殊胶水将器件粘贴在PCB上,然后在通过特殊的回流焊将器件与电路板进行电气连接。 快速成型PCB 在对电路进行局部实验过程中,可以借助于面包板、洞洞板以及其他的通用电路板进行测试。随着表面封装元器件增多,也有新型的快速PCB成型技术出现,比如热转印PCB、3D打印多层电路板等。 3D打印电路板 柔软PCB PCB并不都是平直坚硬的,还有很多柔软的PCB工作在很多紧密电子设备中,它们往往构成了很多活动关节中的应用电路,或者组成多层立体电路。 透明柔软的PCB 世界上最大的PCB 世界上最大的一块PCB来自于英国Johnson电子公司的这条应用在无人太阳能飞机上的柔性多层电路板。它长约28米。是由柔软聚酰亚胺作为基地制作的电路板有着更好的散热、更高的导电密度。这么长的的电路板是通过特殊的生产工艺分段进行腐蚀制作的。 最长的柔性电路板 -END- 来源 | TsinghuaJoking | 整理文章为传播相关技术,版权归原作者所有 | | 如有侵权,请联系删除 | 【1】必看!什么是PCB回流?又该如何解决? 【2】PCB与FPC之间有什么区别?你都知道吗? 【3】PCB板层设计居然也与电磁兼容性原来有这么大关系?! 【4】动图解读:国外PCB怎么制作的! 【5】超实用!PCB设计规则中英文对照一览 免责声明:本文内容由21ic获得授权后发布,版权归原作者所有,本平台仅提供信息存储服务。文章仅代表作者个人观点,不代表本平台立场,如有问题,请联系我们,谢谢!

    时间:2020-10-16 关键词: 电路板 PCB

  • 设计一块FPGA电路板应该注意的事项

    设计一块FPGA电路板应该注意的事项

    通常很难计算一块电路板要求的最大电流。但 FPGA 电源设计相当有技巧。FPGA 所需电流很大程度上取决于逻辑设计和时钟频率。同样一个器件在一个设计中可能只需 0.5W,而在另一个设计中可能高达 5W。 如果你在采用 FPGA 的电路板设计方面的经验很有限或根本没有,那么在新的项目中使用 FPGA 的前景就十分堪忧——特别是如果 FPGA 是一个有 1000 个引脚的大块头。继续阅读本文将有助于你的 FPGA 选型和设计过程,并且有助于你规避许多难题。 选取一家供应商 你面临的第一个问题当然是供应商和器件的选择。通常供应商决策倾向于你以前接触最多的那家——如果你是一位 FPGA 初学者当然另当别论了。或许这个决策早已由设计内部逻辑的工程师(也许就是你)依据熟悉的供应商或第三方 IP 及其成本完成了。 供应商的软件工具也会影响到上述决策。下载并使用这些软件工具,不需要硬件就能将设计带入仿真阶段。这也是判断需要多大规模的 FPGA 的一种方式,前提是你的内部逻辑设计基本做完了。 要想知道 FPGA 的水有多深,需要多逛逛各家供应商的网站。如果你想从这些网站提供的海量(而且并不总是想象中那么清晰的)信息中有所收获,必须确保你有一整天空闲的时间。Altera 和赛灵思公司是在市场份额和前沿技术方面都遥遥领先的两家公司。它们的器件使用内部配置 RAM,因此要求使用存放配置数据的外部 ROM 来“启动”器件(两家公司也都有些小的非易失性 CPLD 类产品)。值得考虑的其它供应商还有 Microsemi/Actel、莱迪思和赛普拉斯。它们的器件功能包括非常低的静态功耗、用于“即时开机”启动的基于 ROM 的配置和模拟外设。 好了,至此供应商问题解决了。接下来是选取 FPGA 的系列和规模。供应商都会将它们的产品细分成多个系列,通常以低端、中端和高端性能(和规模)这样的模糊概念加以区分。片上 RAM 需要多大?要多少 DSP/ 乘法模块,或千兆位收发器?你可能需要通读一遍数据手册,找出诸如最大时钟频率和 I/O 时延等参数来帮助你选择正确的系列。需要重申的是,拥有 HDL 代码是有很大帮助的,因为设计软件可以让你知道适合哪种器件,它们是否能够满足你的性能要求。 你的应用还可以从不改变 PCB 就能更新器件中受益。一些 FPGA 系列包含众多引脚兼容的器件,可以在需要时让你切换到更大(或更便宜和更小)的器件。只是要确保针对最少数量的引脚输出进行设计。 不要忘了考虑其它一些细节,比如如何为不同的供电电压和 I/O 标准划分 I/O 组、PLL 要求以及 DDR 接口要求。

    时间:2020-10-15 关键词: FPGA 电源 PCB

  • PCB设计中通孔的阻抗控制及其对信号完整性的影响

    PCB设计中通孔的阻抗控制及其对信号完整性的影响

    通孔在连接多层PCB的不同层上的走线方面起着导体的作用(印刷电路板)。在低频情况下,过孔不会影响信号传输。但是,随着频率的升高(高于1 GHz)和信号的上升沿变得陡峭(最多1ns),过孔不能简单地视为电连接的函数,而是必须仔细考虑过孔对信号完整性的影响。通孔表现为传输线上阻抗不连续的断点,导致信号反射。然而,通孔带来的问题更多地集中在寄生电容和寄生电感上。过孔寄生电容对电路的影响主要是延长信号的上升时间并降低电路的运行速度。但是,寄生电感会削弱旁路电路的作用并降低整个电源系统的滤波功能。 通孔对阻抗连续性的影响 根据通孔存在和通孔不存在时的TDR(时域反射仪)曲线,在通孔不存在的情况下确实发生明显的信号延迟。在不存在通孔的情况下,向第二测试孔传输信号的时间跨度为458ps,而在存在通孔的情况下,向第二测试孔传输信号的时间跨度为480ps。因此,通过引线将信号延迟22ps。 信号延迟主要由通孔的寄生电容引起,可通过以下公式得出:   在该式中,d 2是指焊盘直径(mm)在地面上,d 1是指焊盘通孔的直径(mm),T为PCB板厚度(mm),εr 参考层的介电常数C到寄生电容( pF)。 在本讨论中,通孔的长度为0.96mm,通孔直径为0.3mm,焊盘的直径为0.5mm,介电常数为4.2,涉及上述公式,计算出的寄生电容约为0.562pF。对于电阻为50Ω的信号传输线,此过孔将导致信号的上升时间发生变化,其变化量由以下公式计算:   根据上面介绍的公式,由通孔电容引起的上升时间变化为30.9ps,比测试结果(22ps)长9ps,这表明理论结果和实际结果之间确实存在变化。 总之,通孔寄生电容引起的信号延迟不是很明显。然而,就高速电路设计而言,应特别注意在跟踪中应用过孔的多层转换。 与寄生电容相比,过孔具有的寄生电感会导致更多的电路损坏。通孔的寄生电感可以通过以下公式得出:   在该公式中,L表示通孔的寄生电感(nH),h表示通孔的长度(mm),d表示通孔的直径(mm)。通孔寄生电感引起的等效阻抗可以通过以下公式计算得出:   测试信号的上升时间为500ps,等效阻抗为4.28Ω。但是通孔导致的阻抗变化达到12Ω以上,这表明测量值与理论计算值存在极大的差异。 通孔直径对阻抗连续性的影响 根据一系列实验,可以得出结论,通孔直径越大,通孔的不连续性就越大。在高频,高速PCB设计过程中,通常将阻抗变化控制在±10%的范围内,否则可能会产生信号失真。 焊盘尺寸对阻抗连续性的影响 寄生电容对高频信号频带内的谐振点具有极大的影响,带宽会随着寄生电容而发生偏移。影响寄生电容的主要因素是焊盘尺寸,其对信号完整性的影响相同。因此,焊盘直径越大,阻抗不连续性就会越强。 当焊盘直径在0.5mm至1.3mm范围内变化时,由通孔引起的阻抗不连续性将不断减小。当焊盘尺寸从0.5mm增加到0.7mm时,阻抗将具有相对较大的变化幅度。随着焊盘尺寸的不断增加,通孔阻抗的变化将变得平滑。因此,焊盘直径越大,通孔引起的阻抗不连续性越小。 通过信号的返回路径 返回信号流的基本原理是,高速返回信号电流沿最低电感路径流动。由于PCB板包含一个以上的接地层,因此返回信号电流直接沿着信号线下方最靠近信号线的接地层的一条路径流动。当所有信号电流从一个点流到另一点时都沿着同一平面流动时,如果信号通过通孔从一个点流到另一个点,那么当接地时,返回信号电流将不会跳跃。 在高速PCB设计中,可以通过信号电流提供返回路径,以消除阻抗失配。围绕过孔,接地过孔可以设计成为信号电流提供返回路径,并在信号过孔和接地过孔之间产生电感环路。即使由于过孔的影响而导致阻抗不连续,电流也将能够流向电感环路,从而改善信号质量。 通孔的信号完整性 S参数可用于评估通孔对信号完整性的影响,表示通道中所有成分的特性,包括损耗,衰减和反射等。根据本文利用的一系列实验,表明接地通孔能够减小传输损耗,并且在通孔周围形成更多的接地通孔,传输损耗将更低。通过在过孔周围添加接地孔可以在一定程度上减少过孔引起的损耗。 根据上述内容可以得出两个结论: 1、通孔引起的阻抗不连续性受通孔直径和焊盘尺寸的影响。通孔直径和焊盘直径越大,引起的阻抗不连续性将越严重。通孔引起的阻抗不连续性通常会随着焊盘尺寸的增加而减小。 2、添加接地通孔可以明显改善通孔阻抗不连续性,可以将其控制在±10%的范围内。此外,添加接地通孔还可以明显提高信号完整性。 在PCB设计中每个小细节对于PCB的可制造性都能造成不小的影响。华秋DFM软件可分析PCB可制造性设计、诊断潜在隐患、规范设计标准,从细节入手,从源头解决设计隐患。规范设计标准,提升可制造性设计。更有“DFM设计规范、不规范设计问题案例集”与一键打样估价,为你的每一块PCB降本增效。 “华秋”历时4年昼夜奋战,倾力打造了一款贴心、实用的可制造性分析软件:华秋DFM。 一键快速定位、精准诊断设计隐患,更有“DFM设计规范、不规范设计问题案例集”两大内容体系系统化指导学习。 关注公众号:华秋DFM,回复“DFM”即可获得软件下载链接,免费使用哦!

    时间:2020-10-15 关键词: pcb设计 pcb制造 PCB

  • PCB设计阻抗不连续怎么办?

    关于阻抗 先来澄清几个概念,我们经常会看到阻抗、特性阻抗、瞬时阻抗。严格来讲,他们是有区别的,但是万变不离其宗,它们仍然是阻抗的基本定义: a)将传输线始端的输入阻抗简称为阻抗; b)将信号随时遇到的及时阻抗称为瞬时阻抗; c)如果传输线具有恒定不变的瞬时阻抗,就称之为传输线的特性阻抗。 特性阻抗描述了信号沿传输线传播时所受到的瞬态阻抗,这是影响传输线电路中信号完整性的一个主要因素。 如果没有特殊说明,一般用特性阻抗来统称传输线阻抗。影响特性阻抗的因素有:介电常数、介质厚度、线宽、铜箔厚度。 什么是阻抗连续 阻抗连续类似: 水在一条均匀的水沟里稳定的流动,突然水沟来个转折并且加宽了。 那么水在拐弯的地方就会晃动,并且产生水波传播。 这就是阻抗不匹配导致的结果。 阻抗不连续解决方法 01 渐变线 一些RF器件封装较小,SMD焊盘宽度可能小至12mils,而RF信号线宽可能达50mils以上,要用渐变线,禁止线宽突变。渐变线如图所示,过渡部分的线不宜太长。 02 拐角 RF信号线如果走直角,拐角处的有效线宽会增大,阻抗不连续,引起信号反射。为了减小不连续性,要对拐角进行处理,有两种方法:切角和圆角。圆弧角的半径应足够大,一般来说,要保证:R>3W。如图右所示。 03 大焊盘 当50欧细微带线上有大焊盘时,大焊盘相当于分布电容,破坏了微带线的特性阻抗连续性。可以同时采取两种方法改善:首先将微带线介质变厚,其次将焊盘下方的地平面挖空,都能减小焊盘的分布电容。如下图。 04 过孔 过孔是镀在电路板顶层与底层之间的通孔外的金属圆柱体。信号过孔连接不同层上的传输线。过孔残桩是过孔上未使用的部分。过孔焊盘是圆环状垫片,它们将过孔连接至顶部或内部传输线。隔离盘是每个电源或接地层内的环形空隙,以防止到电源和接地层的短路。 过孔的寄生参数 若经过严格的物理理论推导和近似分析,可以把过孔的等效电路模型为一个电感两端各串联一个接地电容,如下图所示。 过孔的等效电路模型 从等效电路模型可知,过孔本身存在对地的寄生电容,假设过孔反焊盘直径为D2,过孔焊盘的直径为D1,PCB板的厚度为T,板基材介电常数为ε,则过孔的寄生电容大小近似于: 过孔的寄生电容可以导致信号上升时间延长,传输速度减慢,从而恶化信号质量。同样,过孔同时也存在寄生电感,在高速数字PCB中,寄生电感带来的危害往往大于寄生电容。 它的寄生串联电感会削弱旁路电容的贡献,从而减弱整个电源系统的滤波效用。假设L为过孔的电感,h为过孔的长度,d为中心钻孔的直径。过孔近似的寄生电感大小近似于: 过孔是引起RF通道上阻抗不连续性的重要因素之一,如果信号频率大于1GHz,就要考虑过孔的影响。 减小过孔阻抗不连续性的常用方法有:采用无盘工艺、选择出线方式、优化反焊盘直径等。优化反焊盘直径是一种    常用的减小阻抗不连续性的方法。由于过孔特性与孔径、焊盘、反焊盘、层叠结构、出线方式等结构尺寸相关,建议每次设计时都要根据具体情况用HFSS和Optimetrics进行优化仿真。 当采用参数化模型时,建模过程很简单。在审查时,需要PCB设计人员提供相应的仿真文档。 过孔的直径、焊盘直径、深度、反焊盘,都会带来变化,造成阻抗不连续性,反射和插入损耗的严重程度。 05 通孔同轴连接器 与过孔结构类似,通孔同轴连接器也存在阻抗不连续性,所以解决方法与过孔相同。减小通孔同轴连接器阻抗不连续性的常用方法同样是:采用无盘工艺、合适的出线方式、优化反焊盘直径。 本文系网络转载,版权归原作者所有。如有问题,请联系我们,谢谢! 免责声明:本文内容由21ic获得授权后发布,版权归原作者所有,本平台仅提供信息存储服务。文章仅代表作者个人观点,不代表本平台立场,如有问题,请联系我们,谢谢!

    时间:2020-10-15 关键词: PCB 电源设计

  • PCB叠层设计,就这么做!

    叠层设计主要要遵从两个规矩: 1. 每个走线层都必须有一个邻近的参考层(电源或地层); 2. 邻近的主电源层和地层要保持最小间距,以提供较大的耦合电容; 下面列出从两层板到八层板的叠层来进行示例讲解: 一、单面PCB板和双面PCB板的叠层 对于两层板来说,由于板层数量少,已经不存在叠层的问题。控制EMI辐射主要从布线和布局来考虑; 单层板和双层板的电磁兼容问题越来越突出。造成这种现象的主要原因就是因是信号回路面积过大,不仅产生了较强的电磁辐射,而且使电路对外界干扰敏感。要改善线路的电磁兼容性,最简单的方法是减小关键信号的回路面积。 关键信号:从电磁兼容的角度考虑,关键信号主要指产生较强辐射的信号和对外界敏感的信号。能够产生较强辐射的信号一般是周期性信号,如时钟或地址的低位信号。对干扰敏感的信号是指那些电平较低的模拟信号。 单、双层板通常使用在低于10KHz的低频模拟设计中: 1)在同一层的电源走线以辐射状走线,并最小化线的长度总和; 2)走电源、地线时,相互靠近;在关键信号线边上布一条地线,这条地线应尽量靠近信号线。这样就形成了较小的回路面积,减小差模辐射对外界干扰的敏感度。当信号线的旁边加一条地线后,就形成了一个面积最小的回路,信号电流肯定会取道这个回路,而不是其它地线路径。 3)如果是双层线路板,可以在线路板的另一面,紧靠近信号线的下面,沿着信号线布一条地线,一线尽量宽些。这样形成的回路面积等于线路板的厚度乘以信号线的长度。 二、四层板的叠层 1. SIG-GND(PWR)-PWR (GND)-SIG; 2. GND-SIG(PWR)-SIG(PWR)-GND; 对于以上两种叠层设计,潜在的问题是对于传统的1.6mm(62mil)板厚。层间距将会变得很大,不仅不利于控制阻抗,层间耦合及屏蔽;特别是电源地层之间间距很大,降低了板电容,不利于滤除噪声。 对于第一种方案,通常应用于板上芯片较多的情况。这种方案可得到较好的SI性能,对于EMI性能来说并不是很好,主要要通过走线及其他细节来控制。主要注意:地层放在信号最密集的信号层的相连层,有利于吸收和抑制辐射;增大板面积,体现20H规则。 对于第二种方案,通常应用于板上芯片密度足够低和芯片周围有足够面积(放置所要求的电源覆铜层)的场合。此种方案PCB的外层均为地层,中间两层均为信号 /电源层。信号层上的电源用宽线走线,这可使电源电流的路径阻抗低,且信号微带路径的阻抗也低,也可通过外层地屏蔽内层信号辐射。从EMI控制的角度看, 这是现有的最佳4层PCB结构。 主要注意:中间两层信号、电源混合层间距要拉开,走线方向垂直,避免出现串扰;适当控制板面积,体现20H规则;如果要控 制走线阻抗,上述方案要非常小心地将走线布置在电源和接地铺铜岛的下边。另外,电源或地层上的铺铜之间应尽可能地互连在一起,以确保DC和低频的连接性。 三、六层板的叠层 对于芯片密度较大、时钟频率较高的设计应考虑6层板的设计,推荐叠层方式: 1.SIG-GND-SIG-PWR-GND-SIG; 对于这种方案,这种叠层方案可得到较好的信号完整性,信号层与接地层相邻,电源层和接地层配对,每个走线层的阻抗都可较好控制,且两个地层都是能良好的吸收磁力线。并且在电源、地层完整的情况下能为每个信号层都提供较好的回流路径。 2.GND-SIG-GND-PWR-SIG -GND; 对于这种方案,该种方案只适用于器件密度不是很高的情况,这种叠层具有上面叠层的所有优点,并且这样顶层和底层的地平面比较完整,能作为一个较好的屏蔽层 来使用。需要注意的是电源层要靠近非主元件面的那一层,因为底层的平面会更完整。因此,EMI性能要比第一种方案好。 小结:对于六层板的方案,电源层与地层之间的间距应尽量减小,以获得好的电源、地耦合。但62mil的板厚,层间距虽然得到减小,还是不容易把主电源与地 层之间的间距控制得很小。对比第一种方案与第二种方案,第二种方案成本要大大增加。因此,我们叠层时通常选择第一种方案。设计时,遵循20H规则和镜像层规则设计。 四、八层板的叠层 1、由于差的电磁吸收能力和大的电源阻抗导致这种不是一种好的叠层方式。它的结构如下: 1.Signal 1 元件面、微带走线层 2.Signal 2 内部微带走线层,较好的走线层(X方向) 3.Ground 4.Signal 3 带状线走线层,较好的走线层(Y方向) 5.Signal 4 带状线走线层 6.Power 7.Signal 5 内部微带走线层 8.Signal 6 微带走线层 2、是第三种叠层方式的变种,由于增加了参考层,具有较好的EMI性能,各信号层的特性阻抗可以很好的控制 1.Signal 1 元件面、微带走线层,好的走线层2.Ground 地层,较好的电磁波吸收能力    3.Signal 2 带状线走线层,好的走线层    4.Power 电源层,与下面的地层构成优秀的电磁吸收 5.Ground 地层    6.Signal 3 带状线走线层,好的走线层    7.Power 地层,具有较大的电源阻抗    8.Signal 4 微带走线层,好的走线层 3、最佳叠层方式,由于多层地参考平面的使用具有非常好的地磁吸收能力。 1.Signal 1 元件面、微带走线层,好的走线层2.Ground 地层,较好的电磁波吸收能力     3.Signal 2 带状线走线层,好的走线层      4.Power 电源层,与下面的地层构成优秀的电磁吸收 5.Ground 地层     6.Signal 3 带状线走线层,好的走线层     7.Ground 地层,较好的电磁波吸收能力     8.Signal 4 微带走线层,好的走线层 对于如何选择设计用几层板和用什么方式的叠层,要根据板上信号网络的数量,器件密度,PIN密度,信号的频率,板的大小等许多因素。对于这些因素我们要综 合考虑。对于信号网络的数量越多,器件密度越大,PIN密度越大,信号的频率越高的设计应尽量采用多层板设计。为得到好的EMI性能最好保证每个信号层都 有自己的参考层。 -END- | 整理文章为传播相关技术,版权归原作者所有 | | 如有侵权,请联系删除 | 【1】必看!什么是PCB回流?又该如何解决? 【2】PCB与FPC之间有什么区别?你都知道吗? 【3】PCB板层设计居然也与电磁兼容性原来有这么大关系?! 【4】动图解读:国外PCB怎么制作的! 【5】超实用!PCB设计规则中英文对照一览 免责声明:本文内容由21ic获得授权后发布,版权归原作者所有,本平台仅提供信息存储服务。文章仅代表作者个人观点,不代表本平台立场,如有问题,请联系我们,谢谢!

    时间:2020-10-14 关键词: 叠层设计 PCB

  • AD电源类电路设计经验,值得收藏

    AD电源类电路设计经验,值得收藏

    本文主要是了解LDO和开关电源在实际电路中的使用,后续具体细节慢慢在添加和修正。 电路电源分类 在电路中,电源是保证电路稳定运行的最为重要的部分之一,只有保证电源输出的好坏,才能保证系统的正常运行,所以这次先讲解电路中电源的部分 LDO电源类 LDO(线性稳压电源)是在电路中较为常用的电源,在工作中,我们会常常碰到各种电压不同的情况,下面我们举一个简答的例子: 以STM32和51单片机为例,51单片机的供电是5V供电,而STM32的供电则是3.3V供电,假设你使用的是普通的手机充电器,即5V输出的充电头,这样可以直接给51单片机供电,那么如果你需要给STM32单片机供电,此时可以则需要将外部的电压给降压至3.3V,否则芯片直接烧坏,芯片无法正常工作。 在这种情况下,我们需要将电路中的电压降至我们所需要的电压,则可以选择LDO芯片,常用的芯片就是经常听说的AMS1117-3.3芯片。原理图如下所示: 线性稳压电路 通过 这个芯片可以将5V的电压转换成输出3.3V的电压,那么这样就可以给STM32进行,这就是我们常说的线性稳压电路。 开关电源类 LDO电源在日常的电路中经常会使用到,那么你经常会发现,在假设你现有输入电压是12V或者24V,而你需要的则是3.3V的电压,那么是否可以使用呢? 答案是可以的,只要你输入的电压在输入的范围内,那么就可以直接使用该芯片得到你所需要的电压,但是我们一般情况下不会这么做,对于线性稳压芯片来说,当你输入的电压和你输出的电压相差过大时,那么电源的效率就会有非常大的影响。 你输出的电流和你输入的电流的是一样的,(假设你输出电流是0.5A,同样的你的输入电流也是0.5A),那么这样的话你会发现实际有用的功率是1.65W(假设输入12V,输出3.3V),则输入的功率需要6W,那么实际电源的效率则只有%25左右,其他的功率则以热能的形式耗散了。电源利用率会特别的低。此时则需要考虑开关电源。 开关电源最为重要的就是电源利用率高,下面将介绍几种常用的开关电源分类: AC-DC电源 AC-DC电源:常见的是手机的充电器,他是将生活用电中的220V交流电转换成5V直流电,也就是我们所说的AC-DC电源,绝大部分的效率在%60–%90之间。 AC-AC电源 AC-AC电源:这是交流转交流电源,对于这类芯片笔者接触较为少见,个人见解有点类似与变压器的性质,它只改变电压,但是不改变交流信号中的频率。 DC-DC电源 DC-DC电源在实际的电路中较为常见,回到LDO中的电源稳压的问题,假设你现在只有12V电源,现在你需要的3.3V的电源信号,那么你可以用线性稳压解决该问题,但是我们上述讨论了,在输入输出压差较大的情况下,效率较低。那么此时你可以考虑使用DC-DC电源,他可以将电压12V转换为3.3V的输出,同时效率可达%70-%90,电源的利用率会特别高。下面我自己使用的一个DC-DC芯片(TPS62140)的电路来分析: DC-DC电路 图中我们可以看到,这是一个将12V电压转换为5V电压的电路,这样得到的输出结果就是,我们得到的输出效率会比较高(这个芯片效率在%92左右),对于便携式设备来说是特别方便的。 另外,LDO方式是无法满足你的升压需求的,线性稳压芯片只能将电路中的高电压转换成低电压(5V–3.3V),是满足不了3.3V–5V的电压变化的。假设你现在手上有一个4.2V的锂电池,你现在需要一个5V的电压供电,那么可以考虑使用DC-DC解决。 因为DC-DC不仅可以降压,也可以升压,下面我们再使用一个DC-DC芯片(TP8350)来分析: DC-DC升压电路 这是一个将锂电池通过一个DC-DC的芯片将电压升压至5V,这样就可以保证外部设备的正常供电。 DC-AC电源 DC-AC这个好像再实际中没有用遇见过,有知道朋友可以留言告诉我(芯片好像都没见过)

    时间:2020-10-13 关键词: ad 开关电源 DC-DC PCB

  • 在PCB设计中数字电源、模拟电源、数字地、模拟地的处理方法

    在PCB设计中数字电源、模拟电源、数字地、模拟地的处理方法

    通常在电子系统设计中,为了少走弯路和节省时间,应充分考虑并满足抗干扰性 的要求,避免在设计完成后再去进行抗干扰的补救措施。 AVCC:模拟部分电源供电;AGND:模拟地 DVCC:数字部分电源供电;DGND:数字地 这样区分是为了将数字部分和模拟部分隔离开,减小数字部分带给模拟电路部分的干扰。但这两部分不可能完全隔离开,数字部分和模拟部分之间是有连接的所以,在供电时至少地应该是在一起的,所以 AGND和DGND之间要用0欧姆的电阻或磁珠或电感连接起来,这样的一点连接就能够减小干扰。同样,如果两部分的供电电源相同也应该采用这样的接法。 形成干扰的基本要素有三个: (1)干扰源,指产生干扰的元件、设备或信号,用数学语言描述如下:du/dt, di/dt大的地方就是干扰源。如:雷电、继电器、可控硅、电机、高频时钟等都可 能成为干扰源。 (2)传播路径,指干扰从干扰源传播到敏感器件的通路或媒介。典型的干扰传 播路径是通过导线的传导和空间的辐射。 (3)敏感器件,指容易被干扰的对象。如:A/D、D/A变换器,单片机,数字IC, 弱信号放大器等。 抗干扰设计的基本原则是:抑制干扰源,切断干扰传播路径,提高敏感器件的 抗干扰性能。 1 抑制干扰源 抑制干扰源就是尽可能的减小干扰源的du/dt,di/dt。这是抗干扰设计中最优 先考虑和最重要的原则,常常会起到事半功倍的效果。 减小干扰源的du/dt主要是通过在干扰源两端并联电容来实现。减小干扰源的 di/dt则是在干扰源回路串联电感或电阻以及增加续流二极管来实现。 抑制干扰源的常用措施如下: (1)继电器线圈增加续流二极管,消除断开线圈时产生的反电动势干扰。仅加 续流二极管会使继电器的断开时间滞后,增加稳压二极管后继电器在单位时间内可动作更多的次数。 (2)在继电器接点两端并接火花抑制电路(一般是RC串联电路,电阻一般选几K 到几十K,电容选0.01uF),减小电火花影响。 (3)给电机加滤波电路,注意电容、电感引线要尽量短。 (4)电路板上每个IC要并接一个0.01μF~0.1μF高频电容,以减小IC对电源的 影响。注意高频电容的布线,连线应靠近电源端并尽量粗短,否则,等于增大了电容的等效串联电阻,会影响滤波效果。 (5)布线时避免90度折线,减少高频噪声发射。 (6)可控硅两端并接RC抑制电路,减小可控硅产生的噪声(这个噪声严重时可能会把可控硅击穿的)。 按干扰的传播路径可分为传导干扰和辐射干扰两类。 所谓传导干扰是指通过导线传播到敏感器件的干扰。高频干扰噪声和 有用信号的频带不同,可以通过在导线上增加滤波器的方法切断高频干扰 噪声的传播,有时也可加隔离光耦来解决。电源噪声的危害最大, 要特别注意处理。 所谓辐射干扰是指通过空间辐射传播到敏感器件的干扰。 一般的解决方法是增加干扰源与敏感器件的距离,用地线把它们隔离和在敏感器件上加蔽罩。 2 切断干扰传播路径的常用措施如下: (1)充分考虑电源对单片机的影响。电源做得好,整个电路的抗干扰就解决了一大半。许多单片机对电源噪声很敏感, 要给单片机电源加滤波电路或稳压器,以减小电源噪声对单片的干扰。比如,可以利用磁珠和电容组成π形滤波电路,当然条件要求不高时也可用100Ω电阻代替 磁珠。 (2)如果单片机的I/O口用来控制电机等噪声器件,在I/O口与噪声源之间应加隔离(增加π形滤波电路)。 控制电机等噪声器件,在I/O口与噪声源之间应加隔离(增加π形滤波 电路)。 (3)注意晶振布线。晶振与单片机引脚尽量靠近,用地线把时钟区隔离起来,晶振外壳接地并固定。此措施可解决许多疑难问题。 (4)电路板合理分区,如强、弱信号,数字、模拟信号。尽可能把干扰源 (如电机,继电器)与敏感元件(如单片机)远离。 (5)用地线把数字区与模拟区隔离,数字地与模拟地要分离,最后在一点接于电源地。A/D、D/A芯片布线也以此为原则,厂家分配A/D、D/A芯片 引脚排列时已考虑此要求。 (6)单片机和大功率器件的地线要单独接地,以减小相互干扰。 大功率器件尽可能放在电路板边缘。 (7)在单片机I/O口,电源线,电路板连接线等关键地方使用抗干扰元件 如磁珠、磁环、电源滤波器,屏蔽罩,可显著提高电路的抗干扰性能。 3 提高敏感器件的抗干扰性能 提高敏感器件的抗干扰性能是指从敏感器件这边考虑尽量减少对干扰噪声 的拾取,以及从不 正常状态尽快恢复的方法。 提高敏感器件抗干扰性能的常用措施如下: (1)布线时尽量减少回路环的面积,以降低感应噪声。 (2)布线时,电源线和地线要尽量粗。除减小压降外,更重要的是降低耦 合噪声。 (3)对于单片机闲置的I/O口,不要悬空,要接地或接电源。其它IC的闲置 端在不改变系统 逻辑的情况下接地或接电源。 (4)对单片机使用电源监控及看门狗电路,如:IMP809,IMP706,IMP813,X25043,X25045 等,可大幅度提高整个电路的抗干扰性能。 (5)在速度能满足要求的前提下,尽量降低单片机的晶振和选用低速数字 电路。 (6)IC器件尽量直接焊在电路板上,少用IC座。 为了达到很好的抗干扰,于是我们常看到PCB板上有地分割的布线方式。但是也不是所有的数字电路和模拟电路混合都一定要进行地平面分割。因为这样分割是为了降低噪声的干扰。 理论:在数字电路中一般的频率会比模拟电路中的频率要高,而且它们本身的信号会跟地平面形成一个回流(因为在信号传输中,铜线与铜线之间存在着各种各样 的电感和分布电容),如果我们把地线混合在一起,那么这个回流就会在数字和模拟电路中相互串扰。而我们分开就是让它们只在自己本身内部形成一个回流。它们 之间只用一个零欧电阻或是磁珠连接起来就是因为原来它们就是同一个物理意义的地,现在布线把它们分开了,最后还应该把它们连接起来。 如何 分析它们是属于数字部分呢还是模拟部分?这个问题常常是我们在具体画PCB时得考滤的。我个人的看法是要判断一个元件是属于模拟的,还是数字的关键是看与 它相关的主要芯片是数字的还是模拟的。比如:电源它可能给模拟电路供电,那它就是模拟部分的,如果它是给单片机或是数据类芯片供电,那它就是数字的。当它 们是同一个电源时就需要用一个桥的方法把一个电源从另一个部分引过来。最典形的就是D/A了,它应该是一个一半是数字,一半是模拟的芯片。我认为如果能把 数字输入处理好后,剩下的就可以画到模拟部分去了。 模拟电路涉及弱小信号,但是数字电路门限电平较高,对电源的要求就比模拟电路低些。既有数字电路又有模拟电路的系统中,数字电路产生的噪声会影响模拟电路,使模拟电路的小信号指标变差,克服的办法是分开模拟地和数字地。 对于低频模拟电路,除了加粗和缩短地线之外,电路各部分采用一点接地是抑制地线干扰的最佳选择,主要可以防止由于地线公共阻抗而导致的部件之间的互相干扰。 而对于高频电路和数字电路,由于这时地线的电感效应影响会更大,一点接地会导致实际地线加长而带来不利影响,这时应采取分开接地和一点接地相结合的方式。 另外对于高频电路还要考虑如何抑制高频辐射噪声,方法是:尽量加粗地线,以降低噪声对地阻抗;满接地,即除传输信号的印制线以外,其他部分全作为地线。不要有无用的大面积铜箔。 地线应构成环路,以防止产生高频辐射噪声,但环路所包围面积不可过大,以免仪器处于强磁场中时,产生感应电流。但如果只是低频电路,则应避免地线环路。数字电源和模拟电源最好隔离,地线分开布置,如果有A/D,则只在此处单点共地。 低频中没有多大影响,但建议模拟和数字一点接地。高频时,可通过磁珠把模拟和数字地一点共地。 如果把模拟地和数字地大面积直接相连,会导致互相干扰。不短接又不妥,理由如上有四种方法解决此问题∶1、用磁珠连接;2、用电容连接;3、用电感连接;4、用0欧姆电阻连接。 磁珠的等效电路相当于带阻限波器,只对某个频点的噪声有显着抑制作用,使用时需要预先估计噪点频率,以便选用适当型号。对于频率不确定或无法预知的情况,磁珠不合。 电容隔直通交,造成浮地。 电感体积大,杂散参数多,不稳定。 0欧电阻相当于很窄的电流通路,能够有效地限制环路电流,使噪声得到抑制。电阻在所有频带上都有衰减作用(0欧电阻也有阻抗),这点比磁珠强。

    时间:2020-10-12 关键词: 数字电源 模拟电源 PCB

  • 开关电源该如何设计呐?

    开关电源该如何设计呐?

    小编最近发现,有网友提到开关电源的反馈环路的参数设置,工作状态分析。由于在上学时高数学的比较差,《自动控制原理》差一点就补考了,对于这一门现在还感觉恐惧,到现在也不能完整写出闭环系统传递函数,对于系统零点、极点的概念感觉很模糊,看波德图也只是大概看出是发散还是收敛,所以对于反馈补偿不敢胡言乱语,但有有 一些建议。如果有一些数学功底,再有一些学习时间可以再把大学的课本《自动控制原理》找出来仔细的消化一下,并结合实际的开关电源电路,按工作状态进行分析。一定会有所收获,论坛有一个帖子《拜师求学反馈环路设计、调式》其中CMG回答得很好,我觉得可以参考。 首先从开关电源的设计及生产工艺开始描述吧,先说说印制板的设计。开关电源工作在高频率,高脉冲状态,属于模拟电路中的一个比较特殊种类。布板时须遵循高频电路布线原则。 1、布局:脉冲电压连线尽可能短,其中输入开关管到变压器连线,输出变压器到整流管连接线。脉冲电流环路尽可能小如输入滤波电容正到变压器到开关管返回电容负。输出部分变压器出端到整流管到输出电感到输出电容返回变压器电路中X电容要尽量接 近开关电源输入端,输入线应避免与其他电路平行,应避开。 Y电容应放置在机壳接地端子或FG连接端。共摸电感应与变压器保持一定距离,以避免磁偶合。如不好处理可在共摸电感与变压器间加一屏蔽,以上几项对开关电 源的EMC性能影响较大。 输出电容一般可采用两只一只靠近整流管另一只应靠近输出端子,可影响电源输出纹波指标,两只小容量电容并联效果应优于用一只大容量电容。发热器件要和电解电容保持一定距离,以延长整机寿命,电解电容是开关电源寿命的瓶劲,如变压器、功率管、大功率电阻要和电解保持距离,电解之间也须留出散热空间,条件允许 可将其放置在进风口。 控制部分要注意:高阻抗弱信号电路连线要尽量短如取样反馈环路,在处理时要尽量避免其受干扰、电流取样信号电路,特别是电流控制型电路,处理不好易出现一些想不到的意外,其中有一些技巧,现以3843电路举例见图(1)图一效果要好于图二,图二在满载时用示波器观测电流波形上明显叠加尖刺,由于干扰限流点比设计值偏低,图一则没有这种现象、还有开关管驱动信号电路,开关管驱动电阻要靠近开关管,可提高开关管工作可靠性,这和功率 MOSFET高直流阻抗电压驱动特性有关。 下面谈一谈印制板布线的一些原则。 线间距:随着印制线路板制造工艺的不断完善和提高,一般加工厂制造出线间距等于甚至小于0.1mm已经不存在什么问题,完全能够满足大多数应用场合。考虑到开关电源所采用的元器件及生产工艺,一般双面板最小线间距设为0.3mm,单面板最小线间距设为0.5mm,焊盘与焊盘、焊盘与过孔或过孔与过孔,最小 间距设为0.5mm,可避免在焊接操作过程中出现“桥接”现象。,这样大多数制板厂都能够很轻松满足生产要求,并可以把成品率控制得非常高,亦可实现合理的布线密度及有一个较经济的成本。 最小线间距只适合信号控制电路和电压低于63V的低压电路,当线间电压大于该值时一般可按照500V/1mm经验值取线间距。 鉴于有一些相关标准对线间距有较明确的规定,则要严格按照标准执行,如交流入口端至熔断器端连线。某些电源对体积要求很高,如模块电源。一般变压器输入侧线间距为1mm实践证明是可行的。对交流输入,(隔离)直流输出的电源产品,比较严格的规定为安全间距要大于等于6mm,当然这由相关的标准及执行方法 确定。一般安全间距可由反馈光耦两侧距离作为参考,原则大于等于这个距离。也可在光耦下面印制板上开槽,使爬电距离加大以满足绝缘要求。一般开关电源交流输入侧走线或板上元件距非绝缘的外壳、散热器间距要大于5mm,输出侧走线或器件距外壳或散热器间距要大于2mm,或严格按照安全规范执行。 常用方法:上文提到的线路板开槽的方法适用于一些间距不够的场合,顺便提一下,该法也常用来作为保护放电间隙,常见于电视机显象管尾板和电源交流输入处。该法在模块电源中得到了广泛的应用,在灌封的条件下可获得很好的效果。 方法二:垫绝缘纸,可采用青壳纸、聚脂膜、聚四氟乙烯定向膜等绝缘材料。一般通用电源用青壳纸或聚脂膜垫在线路板于金属机壳间,这种材料有机械强度高,有有一定抗潮湿的能力。聚四氟乙烯定向膜由于具有耐高温的特性在模块电源中得到广泛的应用。在元件和周围导体间也可垫绝缘薄膜来提高绝缘抗电性能。 注意:某些器件绝缘被覆套不能用来作为绝缘介质而减小安全间距,如电解电容的外皮,在高温条件下,该外皮有可能受热收缩。大电解防爆槽前端要留出空间,以确保电解电容在非常情况时能无阻碍地泻压. 谈一谈印制板铜皮走线的一些事项: 走线电流密度:现在多数电子线路采用绝缘板缚铜构成。常用线路板铜皮厚度为35μm,走线可按照1A/mm经验值取电流密度值,具体计算可参见教科书。为保证走线机械强度原则线宽应大于或等于0.3mm(其他非电源线路板可能最小线宽会小一些)。铜皮厚度为70μm 线路板也常见于开关电源,那么电流密度可更高些。 补充一点,现常用线路板设计工具软件一般都有设计规范项,如线宽、线间距,旱盘过孔尺寸等参数都可以进行设定。在设计线路板时,设计软件可自动按照规范执行,可节省许多时间,减少部分工作量,降低出错率。 一般对可靠性要求比较高的线路或布线线密度大可采用双面板。其特点是成本适中,可靠性高,能满足大多数应用场合。 模块电源行列也有部分产品采用多层板,主要便于集成变压器电感等功率器件,优化接线、功率管散热等。具有工艺美观一致性好,变压器散热好的优点,但其缺点是成本较高,灵活性较差,仅适合于工业化大规模生产。 单面板,市场流通通用开关电源几乎都采用了单面线路板,其具有低成本的优势,在设计,及生产工艺上采取一些措施亦可确保其性能。 谈谈单面印制板设计的一些体会,由于单面板具有成本低廉,易于制造的特点,在开关电源线路中得到广泛应用,由于其只有一面缚铜,器件的电器连接,机械固定都要依靠那层铜皮,在处理时必须小心。 为保证良好的焊接机械结构性能,单面板焊盘应稍微大一些,以确保铜皮和基板的良好缚着力,而不至于受到震动时铜皮剥离、断脱。一般焊环宽度应大于 0.3mm。焊盘孔直径应略大于器件引脚直径,但不宜过大,保证管脚与焊盘间由焊锡连接距离最短,盘孔大小以不妨碍正常查件为度,焊盘孔直径一般大于管脚直径0.1-0.2mm。多引脚器件为保证顺利查件,也可更大一些。 电气连线应尽量宽,原则宽度应大于焊盘直径,特殊情况应在连线于与焊盘交汇必须将线加宽(俗称生成泪滴),避免在某些条件线与焊盘断裂。原则最小线宽应大于0.5mm。 单面板上元器件应紧贴线路板。需要架空散热的器件,要在器件与线路板之间的管脚上加套管,可起到支撑器件和增加绝缘的双重作用,要最大限度减少或避免外力冲击对焊盘与管脚连接处造成的影响,增强焊接的牢固性。线路板上重量较大的部件可增加支撑连接点,可加强与线路板间连接强度,如变压器,功率器件散热器。 单面板焊接面引脚在不影响与外壳间距的前题条件下,可留得长一些,其优点是可增 加焊接部位的强度,加大焊接面积、有虚焊现象可即时发现。引脚长剪腿时,焊接部位受力较小。在台湾、日本常采用把器件引脚在焊接面弯成与线路板成45度 角,然后再焊接的工艺,的其道理同上。今天谈一谈双面板设计中的一些事项,在一 些要求比较高,或走线密度比较大的应用环境中采用双面印制板,其性能及各方面指标要比单面板好很多。 双面板焊盘由于孔已作金属化处理强度较高,焊环可比单面板小一些,焊盘孔孔径可 比管脚直径略微大一些,因为在焊接过程中有利于焊锡溶液通过焊孔渗透到顶层焊盘,以增加焊接可靠性。但是有一个弊端,如果孔过大,波峰焊时在射流锡冲击下部分器件可能上浮,产生一些缺陷。 大电流走线的处理,线宽可按照前帖处理,如宽度不够,一般可采用在走线上镀锡增加厚度进行解决,其方法有好多种 1, 将走线设置成焊盘属性,这样在线路板制造时该走线不会被阻焊剂覆盖,热风整平时会被镀上锡。 2, 在布线处放置焊盘,将该焊盘设置成需要走线的形状,要注意把焊盘孔设置为零。 3, 在阻焊层放置线,此方法最灵活,但不是所有线路板生产商都会明白你的意图,需用文字说明。在阻焊层放置线的部位会不涂阻焊剂。 线路镀锡的几种方法如上,要注意的是,如果很宽的的走线全部镀上锡,在焊接以后,会粘接大量焊锡,并且分布很不均匀,影响美观。一般可采用细长条镀锡宽度在1~1.5mm,长度可根据线路来确定,镀锡部分间隔0.5~1mm双面线路板为布局、走线提供了很大的选择性,可使布线更趋于合理。关于接地,功率地与信号地一定要分开,两个地可在滤波电容处汇合,以避免大脉冲电流通过信号地连线而导致出现不稳定的意外因素,信号控制回路尽量采用一点接地法,有一个技巧,尽量把非接地的走线放置在同一布线层,最后在另外一层铺地线。输出 线一般先经过滤波电容处,再到负载,输入线也必须先通过电容,再到变压器,理论依据是让纹波电流都通过旅滤波电容。 电压反馈取样,为避免大电流通过走线的影响,反馈电压的取样点一定要放在电源输出最末梢,以提高整机负载效应指标。 走线从一个布线层变到另外一个布线层一般用过孔连通,不宜通过器件管脚焊盘实现,因为在插装器件时有可能破坏这种连接关系,还有在每1A电流通过时,至少应有2个过孔,过孔孔径原则要大于0.5mm,一般0.8mm可确保加工可靠性。 器件散热,在一些小功率电源中,线路板走线也可兼散热功能,其特点是走线尽量宽大,以增加散热面积,并不涂阻焊剂,有条件可均匀放置过孔,增强导热性能。 谈谈铝基板在开关电源中的应用和多层印制板在开关电源电路中的应用。 铝基板由其本身构造,具有以下特点:导热性能非常优良、单面缚铜、器件只能放置在缚铜面、不能开电器连线孔所以不能按照单面板那样放置跳线。 铝基板上一般都放置贴片器件,开关管,输出整流管通过基板把热量传导出去,热阻很低,可取得较高可靠性。变压器采用平面贴片结构,也可通过基板散热,其温升比常规要低,同样规格变压器采用铝基板结构可得到较大的输出功率。铝基板跳线可以采用搭桥的方式处理。铝基板电源一般由由两块印制板组成,另外一块板放 置控制电路,两块板之间通过物理连接合成一体。 由于铝基板优良的导热性,在小量手工焊接时比较困难,焊料冷却过快,容易出现问题现有一个简单实用的方法,将一个烫衣服的普通电熨斗(最好有调温功能),翻过来,熨烫面向上,固定好,温度调到150℃左右,把铝基板放在熨斗上面,加温一段时间,然后按照常规方法将元件贴上并焊接,熨斗温度以器件易于焊接为宜,太高有可能时器件损坏,甚至铝基板铜皮剥离,温度太低焊接效果不好,要灵活掌握. 最近几年,随着多层线路板在开关电源电路中应用,使得印制线路变压器成为可能,由于多层板,层间距较小,也可以充分利用变压器窗口截面,可在主线路板上再加一到两片由多层板组成的印制线圈达到利用窗口,降低线路电流密度的目的,由于采用印制线圈,减少了人工干预,变压器一致性好,平面结构,漏感低,偶合 好。开启式磁芯,良好的散热条件。由于其具有诸多的优势,有利于大批量生产,所以得到广泛的应用。但研制开发初期投入较大,不适合小规模生。 开关电源分为,隔离与非隔离两种形式,在这里主要谈一谈隔离式开关电源的拓扑形式,在下文中,非特别说明,均指隔离电源。隔离电源按照结构形式不同,可分为两大类:正激式和反激式。反激式指在变压器原边导通时副边截止,变压器储能。原边截止时,副边导通,能量释放到负载的工作状态,一般常规反激式电源单管 多,双管的不常见。正激式指在变压器原边导通同时副边感应出对应电压输出到负载,能量通过变压器直接传递。按规格又可分为常规正激,包括单管正激,双管正激。半桥、桥式电路都属于正激电路。 正激和反激电路各有其特点,在设计电路的过程中为达到最优性价比,可以灵活运用。一般在小功率场合可选用反激式。稍微大一些可采用单管正激电路,中等功率可采用双管正激电路或半桥电路,低电压时采用推挽电路,与半桥工作状态相同。大功率输出,一般采用桥式电路,低压也可采用推挽电路。 反激式电源因其结构简单,省掉了一个和变压器体积大小差不多的电感,而在中小功率电源中得到广泛的应用。在有些介绍中讲到反激式电源功率只能做到几十瓦,输出功率超过100瓦就没有优势,实现起来有难度。本人认为一般情况下是这样的,但也不能一概而论,PI公司的TOP芯片就可做到300瓦,有文章介绍反激电源可做到上千瓦,但没见过实物。输出功率大小与输出电压高低有关。 反激电源变压器漏感是一个非常关键的参数,由于反激电源需要变压器储存能量,要 使变压器铁芯得到充分利用,一般都要在磁路中开气隙,其目的是改变铁芯磁滞回线的斜率,使变压器能够承受大的脉冲电流冲击,而不至于铁芯进入饱和非线形状态,磁路中气隙处于高磁阻状态,在磁路中产生漏磁远大于完全闭合磁路。 变压器初次极间的偶合,也是确定漏感的关键因素,要尽量使初次极线圈靠近,可采用三明治绕法,但这样会使变压器分布电容增大。选用铁芯尽量用窗口比较长的磁芯,可减小漏感,如用EE、EF、EER、PQ型磁芯效果要比EI型的好。 关于反激电源的占空比,原则上反激电源的最大占空比应该小于0.5,否则环路不容易补偿,有可能不稳定,但有一些例外,如美国PI公司推出的 TOP系列芯片是可以工作在占空比大于0.5的条件下。 占空比由变压器原副边匝数比确定,本人对做反激的看法是,先确定反射电压(输出电压通过变压器耦合反映到原边的电压值),在一定电压范围内反射电压提高则工作占空比增大,开关管损耗降低。反射电压降低则工作占空比减小,开关管损耗增大。当然这也是有前提条件,当占空比增大,则意味着输出二极管导通时间缩 短,为保持输出稳定,更多的时候将由输出电容放电电流来保证,输出电容将承受更大的高频纹波电流冲刷,而使其发热加剧,这在许多条件下是不允许的。占空比增大,改变变压器匝数比,会使变压器漏感加大,使其整体性能变,当漏感能量大到一定程度,可充分抵消掉开关管大占空带来的低损耗,时就没有再增大占 空比的意义了,甚至可能会因为漏感反峰值电压过高而击穿开关管。由于漏感大,可能使输出纹波,及其他一些电磁指标变差。当占空比小时,开关管通过电流有效值高,变压器初级电流有效值大,降低变换器效率,但可改善输出电容的工作条件,降低发热。 如何确定变压器反射电压(即占空比) 接着谈关于反激电源的占空比(本人关注反射电压,与占空比一致),占空比还与选择开关管的耐压有关,有一些早期的反激电源使用比较低耐压开关管,如 600V或650V作为交流220V 输入电源的开关管,也许与当时生产工艺有关,高耐压管子,不易制造,或者低耐压管子有更合理的导通损耗及开关特性,像这种线路反射电压不能太高,否则为使开关管工作在安全范围内,吸收电路损耗的功率也是相当可观的。 实践证明600V管子反射电压不要大于100V,650V管子反射电压不要大于120V,把漏感尖峰电压值钳位在50V时管子还有50V的工作余量。现在 由于MOS管制造工艺水平的提高,一般反激电源都采用700V或750V甚至 800-900V的开关管。像这种电路,抗过压的能力强一些开关变压器反射电压也可以做得比较高一些,最大反射电压在150V比较合适,能够获得较好的综 合性能。 PI公司的TOP芯片推荐为135V采用瞬变电压抑制二极管钳位。但他的评估板一般反射电压都要低于这个数值在110V左右。这两种类型各有优缺点: 第一类:缺点抗过压能力弱,占空比小,变压器初级脉冲电流大。优点:变压器漏感小,电磁辐射低,纹波指标高,开关管损耗小,转换效率不一定比第二类低。 第二类:缺点开关管损耗大一些,变压器漏感大一些,纹波差一些。优点:抗过压能力强一些,占空比大,变压器损耗低一些,效率高一些。 反激电源反射电压还有一个确定因素 反激电源的反射电压还与一个参数有关,那就是输出电压,输出电压越低则变压器匝数比越大,变压器漏感越大,开关管承受电压越高,有可能击穿开关管、吸收电路消耗功率越大,有可能使吸收回路功率器件永久失效(特别是采用瞬变电压抑制二极管的电路)。在设计低压输出小功率反激电源的优化过程中必须小心处理,其 处理方法有几个: 1、 采用大一个功率等级的磁芯降低漏感,这样可提高低压反激电源的转换效率,降低损耗,减小输出纹波,提高多路输出电源的交差调整率,一般常见于家电用开关电源,如光碟机、DVB机顶盒等。 2、如果条件不允许加大磁芯,只能降低反射电压,减小占空比。降低反射电压可减小漏感但有可能使电源转换效率降低,这两者是一个矛盾,必须要有一个替代过程才能找到一个合适的点,在变压器替代实验过程中,可以检测变压器原边的反峰电压,尽量 降低反峰电压脉冲的宽度,和幅度,可增加变换器的工作安全裕度。一般反射电压在110V时比较合适。 3、增强耦合,降低损耗,采用新的技术,和绕线工艺,变压器为满足安全规范会在原边和副边间采取绝缘措施,如垫绝缘胶带、加绝缘端空胶带。这些将影响变压器漏感性能,现实生产中可采用初级绕组包绕次级的绕法。或者次级用三重绝缘线绕制,取消 初次级间的绝缘物,可以增强耦合,甚至可采用宽铜皮绕制。 文中低压输出指小于或等于5V的输出,像这一类小功率电源,本人的经验是,功率输出大于20W输出可采用正激式,可获得最佳性价比,当然这也不是决对的, 与个人的习惯,应用的环境有关系。 反激电源变压器磁芯在工作在单向磁化状态,所以磁路需要开气隙,类似于脉动直流电感器。部分磁路通过空气缝隙耦合。为什么开气隙的原理本人理解为:由于功率铁氧体也具有近似于矩形的工作特性曲线(磁滞回线),在工作特性曲线上Y轴表示磁感应强度(B),现在的生产工艺一般饱和点在400mT以上,一般此值 在设计中取值应该在200-300mT比较合适、X轴表示磁场强度(H)此值与磁化电流强度成比例关系。磁路开气隙相当于把磁体磁滞回线向X 轴向倾斜,在同样的磁感应强度下,可承受更大的磁化电流,则相当于磁心储存更多的能量,此能量在开关管截止时通过变压器次级泻放到负载电路,反激电源磁芯开气隙有两个作用。其一是传递更多能量,其二防止磁芯进入饱和状态。 反激电源的变压器工作在单向磁化状态,不仅要通过磁耦合传递能量,还担负电压变换输入输出隔离的多重作用。所以气隙的处理需要非常小心,气隙太大可使漏感变大,磁滞损耗增加,铁损、铜损增大,影响电源的整机性能。气隙太小有可能使变压器磁芯饱和,导致电源损坏 所谓反激电源的连续与断续模式是指变压器的工作状态,在满载状态变压器工作于能量完全传递,或不完全传递的工作模式。一般要根据工作环境进行设计,常规反激电源应该工作在连续模式,这样开关管、线路的损耗都比较小,而且可以减轻输入输出电容的工作应力,但是这也有一些例外。 需要在这里特别指出:由于反激电源的特点也比较适合设计成高压电源,而高压电源变压器一般工作在断续模式,本人理解为由于高压电源输出需要采用高耐压的整流二极管。由于制造工艺特点,高反压二极管,反向恢复时间长,速度低,在电流连续状态,二极管是在有正向偏压时恢复,反向恢复时的能量损耗非常大,不利于 变换器性能的提高,轻则降低转换效率,整流管严重发热,重则甚至烧毁整流管。由于在断续模式下,二极管是在零偏压情况下反向偏置,损耗可以降到一个比较低的水平。所以高压电源工作在断续模式,并且工作频率不能太高。 还有一类反激式电源工作在临界状态,一般这类电源工作在调频模式,或调频调宽双模式,一些低成本的自激电源(RCC)常采用这种形式,为保证输出稳定,变 压器工作频率随着,输出电流或输入电压而改变,接近满载时变压器始终保持在连续与断续之间,这种电源只适合于小功率输出,否则电磁兼容特性的处理会很让人头痛。 反激开关电源变压器应工作在连续模式,那就要求比较大的绕组电感量,当然连续也是有一定程度的,过分追求绝对连续是不现实的,有可能需要很大的磁芯,非常 多的线圈匝数,同时伴随着大的漏感和分布电容,可能得不偿失。那么如何确定这个参数呢,通过多次实践,及分析同行的设计,本人认为,在标称电压输入时,输 出达到50%~60%变压器从断续,过渡到连续状态比较合适。或者在最高输入电压状态时,满载输出时,变压器能够过渡到连续状态就可以了。

    时间:2020-10-12 关键词: 硬件 开关电源 PCB

  • 电源设计PCB布线的十种特性

    电源设计PCB布线的十种特性

    电源设计PCB布线的特性如下: 1)芯片的电源引脚和地线引脚之间应进行去耦。去耦电容应贴近芯片安装,使去耦电容的回路面积尽可能减小。。 2)尽量加宽电源线、地线宽度,最好是地线比电源线宽。电源线应布1mm以上。 3)两层板表层走多条电源信号,另一层走多条地信号,让电源和地信号像“井”字形排列,基本上不走环线。 4)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。 5)用大面积铜层作地线,在印制板上把没被用上的地方都与地相连接作为地线用,或是做成多层板,电源和地线各占用一层。 6)一般都是就近接地,但要区分模拟和数字地:模拟器件就接模拟地,数字器件就接数字地;大信号地和小信号地也分开来。 7)同时具有模拟和数字功能的电路板,模拟地和数字地通常是分离的,只在电源处连接避免相互干扰。不要把数字电源与模拟电源重叠放置,否则就会产生耦合电容,破坏分离度。 8)应避免梳状地线,这种结构使信号回流环路很大,会增加辐射和敏感度,并且芯片之间的公共阻抗也可能造成电路的误操作。 9)选用贴片式芯片时,尽量选用电源引脚与地引脚靠得较近的芯片,可以进一步减小去耦电容的供电回路面积,有利于实现电磁兼容。板上装有多个芯片时,地线上会出现较大的电位差,应把地线设计成封闭环路,提高电路的噪声容限。 10)相同结构电路部分,尽可能使用“对称式”布局

    时间:2020-10-12 关键词: 去耦电容 PCB 电源设计

  • 设计多轨电源时,你可能会忽略这些问题

    点击蓝字进入亚德诺半导体,然后右上角“设为标星”吧~ 紧迫的时间表有时会让工程师忽略除了 VIN、 VOUT和负载要求等以外的其他关键细节,将PCB应用的电源设计放在事后再添加。遗憾的是,后续生产PCB时,之前忽略的这些细节会成为难以诊断的问题。例如,在经过漫长的调试过程后,设计人员发现电路会随机出现故障,比如,因为开关噪声,导致随机故障的来源则很难追查。 识别二维码进入小程序 在搜索栏输入“多轨电源”  查看更多有关多轨电源设计的技术资料 选择繁多 对于特定的电源设计,可能有多种可行的解决方案。在下面的示例中,我们将介绍多种选择,例如单芯片电源与多电压轨集成电路(IC)。我们将评估成本和性能取舍。探讨低压差(LDO)稳压器与开关稳压器(一般称为降压或升压稳压器)之间的权衡考量。还将介绍混合方法(即LDO稳压器和降压稳压器的混合与匹配),包括电压输入至输出控制(VIOC)稳压器解决方案。 在本文中,我们将分析开关噪声,以及在开关电源设计无法充分滤波时,PCB电路会受哪些影响。从总体设计角度来看,还需考虑成本、性能、实施和效率等因素。 例如,如何根据给定的一个或多个电源实现多电源拓扑优化设计?我们将藉此深入探讨设计、IC接口技术、电压阈值电平,以及哪类稳压器噪声会影响电路。我们将分析一些基本逻辑电平,例如5 V、3.3 V、2.5 V和1.8 V晶体管-晶体管逻辑(TTL)、互补金属氧化物半导体(CMOS),及其各自的阈值要求。 本文还会提及正发射极耦合逻辑(PECL)、低压PECL(LVPECL)和电流模式逻辑(CML)等先进逻辑,但不会详细介绍。这些都是超高速接口,对于它们来说,低噪声电平非常重要。设计人员需要知道如何避免信号摆幅引起的这些问题。 在电源设计中,成本和性能要求并存,所以设计人员必须仔细考虑逻辑电平和对干净电源的要求。在公差和噪声方面,通过设计实现可靠性并提供适当裕量,也可以避免生产问题。 设计人员需要了解与电源设计相关的权衡考量:哪些可实现?哪些可接受?如果设计达不到要求的性能,那么设计人员必须重新审视选项和成本,以满足规格要求。例如,多轨器件(例如 ADP5054)可以在保持成本高效的同时提供所需的性能优势。 典型设计示例 我们先来举个设计示例。图1显示将12 V和3.3 V输入电源作为主电源的电路板框图。主电源必须降压,以便针对PCB应用产生5 V、2.5 V、1.8 V,甚至3.3 V电压。如果外部3.3 V电源能够提供足够的电源和低噪声,那么可以直接使用3.3 V输入电轨,无需额外调节,以免产生额外成本。如果不能,则可以使用12 V输入电轨,通过降压至PCB应用所需的3.3 V来满足电源要求。 图1.需要多轨电源解决方案的应用电路板概览。 逻辑接口概述 PCB一般使用多个电源。IC可能仅使用5 V电源;或者,它可能要求多个电源,输入/输入接口使用5 V和3.3 V,内部逻辑使用2.5 V,低功耗休眠方式使用1.8 V。低功耗模式可能始终开启,用于定时器功能、管理等逻辑,或用于中断时启用唤醒模式,或者用于IRQ引脚,以启用IC功能并为其供电,也就是5 V、3.3 V和2.5 V电源。所有这些或其中部分逻辑接口通常都在IC内部。 图2显示了标准逻辑接口电平,包括各种TTL和CMOS阈值逻辑电平,以及它们可接受的输入和输出电压逻辑定义。在本文中,我们将讨论何时将输入逻辑驱动至低电平(用输入电压低 (VIL)表示),何时驱动至高电平(用输入逻辑电平高 VIH表示)。我们将重点分析VIL,即图2中标记为“Avoid”的阈值不确定区域。 在所有情况下,必须考虑±10%的电源公差。图3显示了高速差分信号。本文将着重探讨图2所示的标准逻辑电平。 图2.标准逻辑接口电平。 开关噪声 未经过充分滤波时,开关稳压器降压或升压电源设计可能产生几十毫伏至几百毫伏的开关噪声,尖峰可能达到400 mV至600 mV。所以,了解开关噪声是否会给使用的逻辑电平和接口造成问题非常重要。 安全裕度 为确保提供合适的安全裕度,实现可靠的PSU,一条设计经验法则是采用最糟糕情况下的–10%公差。例如,对于5 V TTL,0.8 V的VIL变成0.72 V,对于1.8 V CMOS,0.63 V的VIL变成0.57 V,阈值电压(VTH)也相应降低(5 V TTL VTH = 1.35 V,1.8 V CMOS VTH = 0.81 V)。开关噪声(VNS)可能为几十毫伏到几百毫伏。此外,逻辑电路本身也会产生信号噪声(VN),即干扰噪声。总噪声电压(VTN = VN + VNS)可能在100 mV至800 mV之间。将VTN添加至标称信号中,以生成总信号电压(VTSIG):实际的总信号(VTSIG = VTSIG + VTN)会影响阈值电压(VTH),进一步扩大了avoid区域。VTH区域内的信号电平是不确定的,在该区域内,逻辑电路可以任意随机翻转;例如,在最糟糕的情形下,会错误触发逻辑1,而不是逻辑0。 图3.高速差分逻辑接口电平。 多轨PSU注意事项和提示 通过了解接口输入和IC内部逻辑的阈值电平,我们现在知道哪些电平会触发正确的逻辑电平,哪些会(意外)触发错误的逻辑电平。问题在于:要满足这些阈值,电源的噪声性能需要达到什么水平?低压差线性稳压器噪声很低,但在高压降比下却并不一定高效。开关稳压器可以有效降压,但会产生一些噪声。高效低噪的电源系统应包含这两种电源的组合。本文着重介绍各种组合,包括在开关稳压器后接LDO稳压器的混合方法。 (在需要时)最大化效率和最小化噪声的方法 从图1所示的设计示例可以看出,为了充分提高5 V稳压的效率并尽可能降低开关噪声,需要分接12 V电路并使用降压稳压器,例如 ADP2386。从标准逻辑接口电平来看,5 V TTL VIL 和 5 V CMOS VIL 分别是0.8 V和1.5 V,仅使用开关稳压器时,也具备适当的裕度。对于这些电轨,通过使用降压拓扑可实现效率最大化,而开关噪声则低于采用5 V(TTL和CMOS)技术时的 VIL。通过使用降压稳压器(例如图4a所示的ADP2386配置),效率可以高达95%,如ADP2386的典型电路和效率曲线图所示(见图4b)。如果在此设计中使用噪声较低的LDO稳压器,从VIN到VOUT的7 V压降会导致消耗大量内部功率,一般表现为产生热量和损失效率。为了以少量额外成本实现可靠设计,在降压稳压器后接LDO稳压器来产生5 V电压也是一项额外优势。 图4.ADP2386的(a)典型电路和(b)效率曲线图。 图5.典型的ADP125应用。 2.5 V和1.8 V CMOS的 VIL 分别是0.7 V和0.63 V。遗憾的是,此逻辑电平的安全裕度尚不足以避免开关噪声。要解决此问题,有两种方案可选。第一种:如果图1所示的外部3.3 V电源具备足够功率且噪声极低,则分接这个外部3.3 V电源,并使用线性稳压器(LDO稳压器),例如 ADP125 (图5)或 ADP1740 来获得2.5 V和1.8 V电源。注意,从3.3 V到1.8 V有1.5 V压降。如果此压降会导致问题,则可以使用混合方法。第二种:如果外部3.3 V电源的噪声不低,或不能提供足够功率,则分接12 V电源,通过降压稳压器后接LDO稳压器来产生3.3 V、2.5 V和1.8 V电源;混合方法如图6所示。 加入LDO稳压器会稍微增加成本和板面积以及少量散热,但要实现安全裕度,有必要作出这些取舍。使用LDO稳压器会小幅降低效率,但可以通过保持 VIN 至 VOUT的少量压降,使这种效率降幅达到最低:3.3 V至2.5 V,保持0.8 V,或3.3 V至1.8 V,保持1.5 V。可以使用带VIOC功能的稳压器尽可能提高效率和瞬变性能。VIOC可以调节上游开关稳压器的输出,从而在LDO稳压器两端保持合理的压降。带VIOC功能的稳压器包括 LT3045、 LT3042 和 LT3070-1。 LT3070-1是一款5 A、低噪声、可编程输出、85 mV低压差线性稳压器。如果必须使用LDO稳压器,则存在散热问题,其中功耗= VDROP × I。例如,LT3070-1支持3 A,稳压器两端的功率降幅(或功耗)典型值为3 A × 85 mV = 255 mW。相比压差为400 mV,输出电流同样为3 A,功耗为1.2 W的一些典型LDO稳压器,LT3070-1的功耗仅为其五分之一。 或者,我们可以使用混合方法,以牺牲成本为代价来提高效率。图6中效率和性能均得到优化,其中先使用降压稳压器(ADP2386)将电压降至允许的最低电压,尽量提高效率,后接一个LDO稳压器(ADP1740)。 图6.使用ADP2386和ADP1740组合的混合拓扑。 此练习提供一个通用设计示例,用于显示一些拓扑和技术。但是,也不能忘记考虑其他因素,例如IMAX、成本、封装、压降等。 也提供低噪声降压和升压稳压器选项,例如 Silent Switcher® regulators,它具备极低的噪声和低EMI。例如,从性能、封装、尺寸和布局区域来看, LT8650S 和 LTC3310S 具有成本高效特性。 封装、功率、成本、效率和性能取舍 量产PCB设计通常要求使用紧凑的多轨电源,以实现高功率、高效率、出色的性能和低噪声。例如,ADP5054四通道降压稳压器为FPGA等应用提供高功率(17 A)单芯片多轨电源解决方案,如图7所示。整个电源解决方案约41 mm × 20 mm大小。ADP5054本身的大小仅为7 mm × 7 mm,可以提供17 A总电流。要在紧凑空间内实现极高的功率电平,可以考虑使用ADI的 µModule® regulators,例如 LTM4700,可以在15 mm × 22 mm的封装大小内提供高达100 A电流。 图7.适合FPGA应用的ADP5054单芯片多轨电源解决方案。 图8.ADP5054原理图。 ADP5054 宽输入电压范围:4.5 V 至 15.5 V ±整个温度范围下的输出精度为 1.5% 250 kHz 至 2 MHz 可调开关频率,并具有单独的 ½× 频率选项 功率调整 通道 1 和通道 2 具有低端 FET 驱动器的可编程 2 A/4 A/6 A 同步降压稳压器 通道 3 和通道 4:2.5 A 同步降压稳压器 灵活的并行操作 单一 12 A 输出(通道 1 和通道 2 并联) 单一 5 A 输出(通道 3 和通道 4 并联)  低 1/f 噪声密度 在 10 Hz 至 100 kHz 频率下,0.8 VREF 时为 40 μV rms 0.811 V 精确阈值的精密启用 有源输出放电开关 FPWM/PSM 模式选择 频率同步输入或输出 通道 1 输出具有电源正常标记 UVLO、OCP 和 TSD 保护 48 引脚 7 mm × 7 mm LFCSP 工作结温范围为 −40°C 至 +125°C 点分享 点点赞 点在看 免责声明:本文内容由21ic获得授权后发布,版权归原作者所有,本平台仅提供信息存储服务。文章仅代表作者个人观点,不代表本平台立场,如有问题,请联系我们,谢谢!

    时间:2020-10-12 关键词: PCB 电源设计

  • 七大步骤教你确定PCB布局和布线!

    PCB(Printed Circuit Board),中文名称为印制电路板,又称印刷电路板、印刷线路板,是重要的电子部件,是电子元器件的支撑体,是电子元器件电气连接的提供者。由于它是采用电子印刷术制作的,故被称为"印刷"电路板。 随着PCB尺寸要求越来越小,器件密度要求越来越高,PCB设计的难度也越来越大。如何实现PCB高的布通率以及缩短设计时间呢?那么接下来我们就来谈谈对PCB规划、布局和布线的设计技巧。 在开始布线之前应该对设计进行认真的分析并对工具软件进行认真的设置,这会使设计更加符合要求。 1、确定PCB的层数  电路板尺寸和布线层数需要在设计初期确定。布线层的数量以及层叠(Stack-up)方式会直接影响到印制线的布线和阻抗。 板的大小有助于确定层叠方式和印制线宽度,实现期望的设计效果。目前多层板之间的成本差别很小,在开始设计时最好采用较多的电路层并使敷铜均匀分布。 2、设计规则和限制 要顺利完成布线任务,布线工具需要在正确的规则和限制条件下工作。要对所有特殊要求的信号线进行分类,每个信号类都应该有优先级,优先级越高,规则也越严格。 规则涉及印制线宽度、过孔的最大数量、平行度、信号线之间的相互影响以及层的限制,这些规则对布线工具的性能有很大影响。认真考虑设计要求是成功布线的重要一步。 3、组件的布局 在最优化装配过程中,可制造性设计(DFM)规则会对组件布局产生限制。如果装配部门允许组件移动,可以对电路适当优化,更便于自动布线。 所定义的规则和约束条件会影响布局设计。自动布线工具一次只会考虑一个信号,通过设置布线的约束条件以及设定可布信号线的层,可以使布线工具能像设计师所设想的那样完成布线。比如,对于电源线的布局: 在PCB布局中应将电源退耦电路设计在各相关电路附近,而不要放置在电源部分,否则既影响旁路效果,又会在电源线和地线上流过脉动电流,造成窜扰; 对于电路内部的电源走向,应采取从末级向前级供电,并将该部分的电源滤波电容安排在末级附近; 对于一些主要的电流通道,如在调试和检测过程中要断开或测量电流,在布局时应在印制导线上安排电流缺口。 另外,要注意稳压电源在布局时,尽可能安排在单独的印制板上。当电源与电路合用印制板时,在布局中,应该避免稳压电源与电路元件混合布设或是使电源和电路合用地线。因为这种布线不仅容易产生干扰,同时在维修时无法将负载断开,到时只能切割部分印制导线,从而损伤印制板。 4、扇出设计 在扇出设计阶段,表面贴装器件的每一个引脚至少应有一个过孔,以便在需要更多的连接时,电路板能够进行内层连接、在线测试和电路再处理。 为了使自动布线工具效率最高,一定要尽可能使用最大的过孔尺寸和印制线,间隔设置为50mil较为理想。要采用使布线路径数最大的过孔类型,经过慎重考虑和预测,电路在线测试的设计可在设计初期进行,在生产过程后期实现。根据布线路径和电路在线测试来确定过孔扇出类型,电源和接地也会影响到布线和扇出设计。 5、手动布线以及关键信号的处理 手动布线在现在和将来都是印刷电路板设计的一个重要过程,采用手动布线有助于自动布线工具完成布线工作。通过对挑选出的网络(net)进行手动布线并加以固定,可以形成自动布线时可依据的路径。 首先对关键信号进行布线,手动布线或结合自动布线工具均可。布线完成后,再由有关的工程技术人员对这些信号布线进行检查,检查通过后,将这些线固定,然后开始对其余信号进行自动布线。由于地线中阻抗的存在,会给电路带来共阻抗干扰。 因此,在布线时不可将凡有接地符号的点随意连接,这可能会产生有害的耦合,影响电路的工作。频率较高时,导线的感抗将比导线本身的电阻大几个数量级。这时导线上即使只流过很小的高频电流,也会产生一定的高频电压降。 因此,对高频电路来说,PCB布局尽可能排列紧凑,使印制导线尽可能短。印制导线之间还有互感和电容,当工作频率较大时,会对其它部分产生干扰,称为寄生耦合干扰。可以采取的抑制方式有: 尽量缩短各级间的信号走线; 按信号的顺序排列各级电路,避免各级信号线相互跨越; 相邻的两面板的导线要垂直或交叉,不能平行; 当板内要平行布设信号导线时,应使这些导线尽可能间隔一定的距离,或用地线、电源线隔开,达到屏蔽的目的。 6、自动布线 对关键信号的布线需要考虑在布线时控制一些电参数,比如减小分布电感等,在了解自动布线工具有哪些输入参数以及输入参数对布线的影响后,自动布线的质量在一定程度上可以得到保证。在对信号进行自动布线时应该采用通用规则。 通过设置限制条件和禁止布线区来限定给定信号所使用的层以及所用到的过孔数量,布线工具就能按照工程师的设计思路来自动布线。在设置好约束条件和应用所创建的规则后,自动布线将会达到与预期相近的结果,在一部分设计完成以后,将其固定下来,以防止受到后边布线过程的影响。 布线次数取决于电路的复杂性和所定义的通用规则的多少。现在的自动布线工具功能非常强大,通常可完成100%的布线。但是,当自动布线工具未完成全部信号布线时,就需对余下的信号进行手动布线。 7、布线的整理 一些约束条件很少的信号,布线的长度很长,这时可以先判断出哪些布线合理,哪些布线不合理,再通过手动编辑来缩短信号布线长度和减少过孔数量。 -END- | 整理文章为传播相关技术,版权归原作者所有 | | 如有侵权,请联系删除 | 【1】必看!什么是PCB回流?又该如何解决? 【2】PCB与FPC之间有什么区别?你都知道吗? 【3】PCB板层设计居然也与电磁兼容性原来有这么大关系?! 【4】动图解读:国外PCB怎么制作的! 【5】超实用!PCB设计规则中英文对照一览 免责声明:本文内容由21ic获得授权后发布,版权归原作者所有,本平台仅提供信息存储服务。文章仅代表作者个人观点,不代表本平台立场,如有问题,请联系我们,谢谢!

    时间:2020-10-12 关键词: PCB 电源设计

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