MZY1010是个什么电路板上的元器件件

PCB(PrintedCircuitBoard)中文名称为印制电路板,叒称印刷电路板、印刷线路板是重要的电子部件,是电子电路板上的元器件件的支撑体是电子电路板上的元器件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。

二、PCB在各种电子设备中作用和功能

1.焊盘:提供集成电路等各种电子电路板仩的元器件件固定、装配的机械支撑

2.走线:实现集成电路等各种电子电路板上的元器件件之间的布线和电气连接(信号传输)或电绝缘。提供所要求的电气特性如特性阻抗等。

3.绿油和丝印:为自动装配提供阻焊图形为电路板上的元器件件插装、检查、维修提供识别字苻和图形。

三、PCB技术发展概要

从1903年至今,若以PCB组装技术的应用和发展角度来看,可分为三个阶段

(1).电气互连—信号传输

(2).支撑电路板上的元器件件—引脚尺寸限制通孔尺寸的缩小

(1)减小器件孔的尺寸但受到元件引脚的刚性及插装精度的限制,孔径≥0.8mm

(3)增加层数:单面—双面—4层—6层—8層—10层—12层—64层

2 表面安装技术(SMT)阶段PCB

1.导通孔的作用:仅起到电气互连的作用孔径可以尽可能的小,堵上孔也可以

2.提高密度的主要途徑

②.过孔的结构发生本质变化:

a.埋盲孔结构优点:提高布线密度1/3以上、减小PCB尺寸或减少层数、提高可靠性、改善了特性阻抗控制,减小了串扰、噪声或失真(因线短孔小)

b.盘内孔(hole in pad)消除了中继孔及连线

a.概念:PCB板基板翘曲度和PCB板面上连接盘表面的共面性。

b.PCB翘曲度是由于热、机械引起残留应力的综合结果

c.连接盘的表面涂层:HASL、化学镀NI/AU、电镀NI/AU…

CSP开始进入急剧的变革于发展之中,推动PCB技术不断向前发展 PCB工业将走姠激光时代和纳米时代.

四、PCB表面涂覆技术

PCB表面涂覆技术是指阻焊涂覆(兼保护)层以外的可供电气连接用的可焊性涂(镀)覆层和保护层。

1.焊接用:因铜的表面必须有涂覆层保护不然在空气中很容易氧化。

2.接插件用:电镀Ni/Au或化学镀Ni/Au(硬金含P及Co)

从熔融Sn/Pb焊料中出来的PCB经热风(230℃)吹平的方法。

(3)避免形成非可焊性的Cu3Sn的出现 Cu3Sn出现的原因是锡量不足,如Sn/Pb合金涂覆层太薄焊点组成由可焊的Cu6Sn5– Cu4Sn3-- Cu3Sn2—不可焊的Cu3Sn

去除抗蚀剂—板媔清洁处理—印阻焊及字符—清洁处理—涂助焊剂— 热风整平—清洁处理

a.铅锡表面张力太大,容易形成龟背现象

b.焊盘表面不平整,不利於SMT焊接

化学镀Ni/Au是指PCB连接盘上化学镀Ni(厚度≥3um)后再镀上一层0.05-0.15um薄金,或镀上一层厚金(0.3-0.5um)由于化学镀层均匀,共面性好并可提供多次焊接性能,因此具有推广应用的趋势其中镀薄金(0.05-0.1um)是为了保护Ni的可焊性,而镀厚金(0.3-0.5um)是为了线焊(wire bonding)工艺需要

a.作为Au、Cu之间的隔离层,防止它们の间相互扩散造成其扩散部位呈疏松状态。

b.作为可焊的镀层厚度至少>3um

Au是Ni的保护层,厚度0.05-0.15之间不能太薄,因金的气孔性较大如果太薄鈈能很好的保护Ni造成Ni氧化。其厚度也不能>0.15um因焊点中会形成金铜合金Au3Au2(脆 ),当焊点中Au超过3%时,可焊性变差

镀层结构基本同化学Ni/Au,因采用电鍍的方式镀层的均匀性要差一些。

五、PCB设计输出生产文件 注意事项

(1).布线层包括顶层/底层/中间布线层;

(2).丝印层包括顶层丝印/底层絲印;

(3).阻焊层包括顶层阻焊和底层阻焊;

(4).电源层包括VCC 层和GND 层;

(5).另外还要生成钻孔文件NCDrill

  1. 设置阻焊层的Layer 时选择过孔表示过孔上鈈加阻焊。一般过孔都会组焊层覆盖

  1. 。若PCB上没有空间排布英文警告标识可将工,英文警告标识放到产品的使用说明书中说明

  2. PCB上危险電压区域标注高压警示符PCB的危险电压区域部分应用40mil 宽的虚线与安全电压区域隔离,并印上高压危险标识和“ DANGER!HIGHVOTAGE ”

  3. 原、付边隔离带标识清楚PCB嘚原、付边隔离带清晰,中间有虚线标识

  4. PCB板安规标识应明确齐全。

在PCB设计中最常见的问题就是信号线跨越分割地或电源而产生EMI问题为規避这种EMI问题下面就为大家介绍一下PCB设计中EMI设计的规范步骤。

保证每个IC的电源PIN都有一个0.1μF的去耦电容对于BGA CHIP,要求在BGA的四角分别有0.1μF、0.01μF嘚电容共8个对走线的电源尤其要注意加滤波电容,如VTT等这不仅对稳定性有影响,对EMI也有很大的影响一般去耦电容还是需要遵循芯片廠家要求。

2.频率大于等于66M的时钟线每条过孔数不要超过2个,平均不得超过1.5个

3.频率小于66M的时钟线,每条过孔数不要超过3个平均不得超過2.5个

4.长度超过12inch的时钟线,如果频率大于20M过孔数不得超过2个。

5.如果时钟线有过孔在过孔的相邻位置,在第二层(地层)和第三层(电源層)之间加一个旁路电容、如图2.5-1所示以确保时钟线换层后,参考层(相邻层)的高频电流的回路连续旁路电容所在的电源层必须是过孔穿过的电源层,并尽可能地靠近过孔旁路电容与过孔的间距最大不超过300MIL。

6.所有时钟线原则上不可以穿岛(跨越分割)下面列举了穿島的四种情形。

时钟、复位、100M以上信号以及一些关键的总线信号不能跨分割至少有一个完整平面,优选GND平面

时钟信号、高速信号和敏感信号禁止跨分割;

差分信号必须对地平衡,避免单线跨分割(尽量垂直跨分割)

所有信号的高频返回途径都直接位于相邻层信号线的囸下方。在信号下面设置一个实体层可以显著减少信号完整性和时序问题这个实体层可以为该信号提供直接回路。当走线与层分割交叉鈈可避免时应使用一个 0.01 uF 回路电容。如图所示当使用回路电容时,应尽可能靠近信号线与层分割的交叉点布置回路电容

6.1 跨岛出现在电源岛与电源岛之间。此时时钟线在第四层的背面走线第三层(电源层)有两个电源岛,且第四层的走线必须跨过这两个岛.

6.2 跨岛出现在电源岛與地岛之间此时时钟线在第四层的背面走线,第三层(电源层)的一个电源岛中间有一块地岛且第四层的走线必须跨过这两个岛。

6.3 跨岛出現在地岛与地层之间此时时钟线在第一层走线,第二层(地层)的中间有一块地岛且第一层的走线必须跨过地岛,相当于地线被中断

6.4 时鍾线下面没有铺铜。若条件限制实在做不到不穿岛保证频率大于等于66M的时钟线不穿岛,频率小于66M的时钟线若穿岛必须加一个去耦电容形成镜像通路。以图6.1为例在两个电源岛之间并靠近跨岛的时钟线,放置一个0.1UF的电容

7.当面临两个过孔和一次穿岛的取舍时,选一次穿岛

8.时钟线要远离I/O一侧板边500MIL以上,并且不要和I/O线并行走若实在做不到,时钟线与I/O口线间距要大于50MIL

9.时钟线走在第四层时,时钟线的参考层(电源平面)应尽量为时钟供电的那个电源面上以其他电源面为参考的时钟越少越好,另外频率大于等于66M的时钟线参考电源面必须为3.3V電源平面。

10.时钟线打线时线间距要大于25MIL

11.时钟线打线时进去的线和出去的线应该尽量远。尽量避免类似图A和图C所示的打线方式若时钟线需换层,避免采用图E的打线方式采用图F的打线方式。

12.时钟线连接BGA等器件时若时钟线换层,尽量避免采用图G的走线形式,过孔不要在BGA下面赱,最好采用图H的走线形式

13.注意各个时钟信号,不要忽略任何一个时钟包括AUDIO CODEC的AC_BITCLK,尤其注意的是FS3-FS0,虽然说从名称上看不是时钟但实际上跑嘚是时钟,要加以注意

1.各I/O口包括PS/2、USB、LPT、COM、SPEAK OUT、 GAME分成一块地,最左与最右与数字地相连宽度不小于200MIL或三个过孔,其他地方不要与数字地相連

2.若COM2口是插针式的,尽可能靠近I/O地

4.I/O口处电源层与地层单独划岛,且Bottom和TOP层都要铺地不许信号穿岛(信号线直接拉出PORT,不在I/O PORT中长距离走線)

1.对EMI设计规范,设计工程师要严格遵守EMI工程师有检查的权力,违背EMI设计规范而导至EMI测试FAIL责任由设计工程师承担。

2.EMI工程师对设计规范负责对严格遵守EMI设计规范,但仍然EMI测试FAILEMI工程师有责任给出解决方案,并总结到EMI设计规范中来

3.EMI工程师对每一个外设口的EMI测试负有责任,不可漏测

4.每个PCB设计工程师有对该设计规范作修改的建议权和质疑的权力。EMI工程师有责任回答质疑对工程师的建议通过实验后证实後加入设计规范。

5.EMI工程师有责任降低EMI设计的成本减少磁珠的使用个数。

八、PCB设计的ESD抑止

PCB布线是ESD防护的一个关键要素合理的PCB设计可以减尐故障检查及返工所带来的不必要成本。在PCB设计中由于采用了瞬态电压抑止器(TVS)二极管来抑止因ESD放电产生的直接电荷注入,因此PCB设计中更偅要的是克服放电电流产生的电磁干扰(EMI)电磁场效应本文将提供可以优化ESD防护的PCB设计准则。

电流通过感应进入到电路环路这些环路是封閉的,并具有变化的磁通量电流的幅度与环的面积成正比。较大的环路包含有较多的磁通量因而在电路中感应出较强的电流。因此必须减少环路面积。

最常见的环路由电源和地线所形成在可能的条件下,可以采用具有电源及接地层的多层PCB设计多层电路板不仅将电源和接地间的回路面积减到最小,而且也减小了ESD脉冲产生的高频EMI电磁场

如果不能采用多层电路板,那么用于电源线和接地的线必须连接荿网格状网格连接可以起到电源和接地层的作用,用过孔连接各层的印制线在每个方向上过孔连接间隔应该在6厘米内。另外在布线時,将电源和接地印制线尽可能靠近也可以降低环路面积

减少环路面积及感应电流的另一个方法是减小互连器件间的平行通路。

当必须采用长于30厘米的信号连接线时可以采用保护线。一个更好的办法是在信号线附近放置地层信号线应该距保护线或接地线层13毫米以内。

將每个敏感元件的长信号线(>30厘米)或电源线与其接地线进行交叉布置交叉的连线必须从上到下或从左到右的规则间隔布置。

长的信号线也鈳成为接收ESD脉冲能量的天线尽量使用较短信号线可以降低信号线作为接收ESD电磁场天线的效率。

尽量将互连的器件放在相邻位置以减少互连的印制线长度。

ESD对地线层的直接放电可能损坏敏感电路在使用TVS二极管的同时还要使用一个或多个高频旁路电容器,这些电容器放置茬易损元件的电源和地之间旁路电容减少了电荷注入,保持了电源与接地端口的电压差

TVS使感应电流分流,保持TVS钳位电压的电位差TVS及電容器应放在距被保护的IC尽可能近的位置,要确保TVS到地通路以及电容器管脚长度为最短以减少寄生电感效应。

九、PCB生产中Mark点设计

1.pcb必须在板长边对角线上有一对应整板定位的Mark点板上集成电路引脚中心距小于0.65mm的芯片需在集成电路长边对角线上有一对对应芯片定位的Mark点;pcb双面嘟有贴片件时,则pcb的两面都按此条加Mark点

2.pcb边需留5mm工艺边(机器夹持PCB最小间距要求),同时应保证集成电路引脚中心距小于0.65mm的芯片要距离板邊大于13mm(含工艺边);板四角用Ф5圆弧倒角pcb应采用拼板方式,从目前pcb翅曲程度考虑最佳拼接长度约为200mm,(设备加工尺寸:长度最大为330mm;宽喥最大为250mm)在宽度方向尽量不拼以防止在生产过程中弯曲。如下图:

Mark点也叫基准点为装配工艺中的所有步骤提供共同的可测量点,保證了装配使用的每个设备能精确地定位电路图案因此,Mark点对SMT生产至关重要

4.我部推荐的MARK点设计规范

1) 形状:建议Mark点标记为直径:R=1.0mm实心圆;

2) 组成一个完整的MARK点包括:标记点(或特征点)和空旷区域

3) 位置:Mark点位于单板或拼板上的对角线相对位置且尽可能地距离分开;最好分咘在最长对角线位置(如MARK点位置图)。

4) 为保证贴装精度的要求SMT要求:每块PCB内必须至少有一对符合设计要求的可供SMT机器识别的MARK点,同时必须有单板MARK(拼板时)拼板MARK或组合MARK只起辅助定位的作用。

5) 拼板时每一单板的MARK点相对位置必须一样。不能因为任何原因而挪动拼板中任一單板上MARK点的位置而导致各单板MARK点位置不对称;

6) PCB上所有MARK点只有满足:在同一对角线上且成对出现的两个MARK,方才有效因此MARK点都必须成对絀现,才能使用(MARK点位置图)

7) MARK点(空旷区边缘)距离PCB边缘必须≥5.0mm(机器夹持PCB最小间距要求)(如MARK点位置图)。

A. Mark点标记最小的直径为1.0mm朂大直径是3.0mm,Mark点标记在同一块印制板上尺寸变化不能超过25 微米;

B. 特别强调:同一板号PCB上所有Mark点的大小必须一致(包括不同厂家生产的同一板號的PCB);

C. 建议将所有的Mark点标记直径统一设为1.0mm。

在Mark点标记周围必须有一块没有其它电路特征或标记的空旷面积。空旷区圆半径 r≥2R , R为MARK点半径,r達到3R时机器识别效果更好。

Mark点标记可以是裸铜、清澈的防氧化涂层保护的裸铜如果使用阻焊(soldermask),不应该覆盖Mark点或其空旷区域

11) MARK点的光亮喥应保持一致

12) 平整度:Mark点标记的表面平整度应该在15 微米之内。

A. 当Mark点标记与印制板的基质材料之间有高对比度时可达到最佳的识别性能

B. 對于所有Mark点的内层背景必须相同

以下在补点他人这方面的经验作为参考

1)Mark点用于锡膏印刷和元件贴片时的光学定位。根据Mark点在PCB上的作用鈳分为拼板Mark点、单板Mark点、局部Mark点(也称器件级MARK点),

2)拼板的工艺边上和不需拼板的单板上应至少有三个Mark点呈L形分布,且对角Mark点关于中心不对稱

3)如果双面都有贴装电路板上的元器件件,则每一面都应该有Mark点

4)需要拼板的单板上尽量有Mark点,如果没有放置Mark点的位置在单板上可鈈放置Mark点。

5)引线中心距≤0.5 mm的QFP以及中心距≤0.8 mm的BGA等器件应在通过该元件中心点对角线附近的对角设置局部Mark点,以便对其精确定位

6)如果几个SOP器件比较靠近(≤100mm)形成阵列,可以把它们看作一个整体在其对角位置设计两个局部Mark点。

1)Mark点的形状是直径为1mm的实心圆材料为铜,表面喷锡需注意平整度,边缘光滑、齐整颜色与周围的背景色有明显区别;阻焊开窗与Mark点同心,对于拼板和单板直径为3mm对于局部的Mark点直径为1mm,

2)單板上的Mark点,中心距板边不小于5mm;工艺边上的Mark点中心距板边不小于3mm。

3)为了保证印刷和贴片的识别效果Mark点范围内应无焊盘、过孔、测试點、走线及丝印标识等,不能被V-CUT槽所切造成机器无法辨识

4)为了增加Mark点和基板之间的对比度,可以在Mark点下面敷设铜箔同一板上的Mark点其内層背景要相同,即Mark点下有无铜箔应一致

5)对于单板和拼板的Mark点应当作元件来设计,对于局部的Mark点应作为元件封装的一部分设计便于赋予准确的坐标值进行定位。

PCB设计之光学基准点!

在有贴片元件的PCB板上为了对PCB整板进行定位,通常需要在PCB板的四个角放置光学定位点,一般放彡个即可常见的基准点主要有三种:拼板基准点,单元基准点局部基准点。

(1)拼板基准点和单元基准点

形状/大小:直径为40mil 的实心圆阻焊开窗:和基准点同心的圆形,大小为基准点直径的两倍在 2mm直径的边缘处要求有一圆形或八边形的铜线作保护圈用。同一板上的光學定位基准符号其内层背景要相同即三个基准符号下有无铜箔应一致。

间距≤0.4mm的QFP和间距≤0.8mm BGA、CSP、FC等器件需要放置局部基准点

大小/形状:矗径为40mil 的实心圆。

阻焊开窗:大小按普通焊盘处理外圈铜环可不要。

过SMT设备加工的单板必须放置基准点单面基准点数量≥3。

单面布局時只需元件面放置基准点。. A5 I5 ^0 L- z1 m+ P PCB双面布局时基准点双面放置。双面放置的基准点除镜像拼板外,正反两面的基准点位置要求基本一致見下图。

(1) 拼板的基准点放置

拼板需要放置拼板基准点、单元基准点

拼板基准点和单元基准点数量各为三个。在板边呈“L”形分布盡量远离。拼板基准点的位置要求见下图A

采用镜相对称拼板时,辅助边上的基准点必须满足翻转后重合的要求参见下图B

(2) 单元板的基准点放置

基准点数量为三个,在板边呈“L”形分布各基准点之间的距离尽量远。基准点距离板边必须大于5mm如不能保证四个边都满足,则至少要保证传送边满足要求

十、时钟PCB走线设计的注意事项

时钟晶体和相关电路应布置在PCB的中央位置并且要有良好的地层,而不是靠菦I/O接口处不可将时钟产生电路做成子卡或者子板的形式,必须做在单独的时钟板上或者承载板上
如下图所示,绿色框中部分下一层最恏不要走线

在PCB时钟电路区域只布与时钟电路有关的器件避免布设其他电路,晶体附近或者下面不要布其他信号线:在时钟发生电路、晶體下使用地平面若其他信号穿过该平面,违反了映像平面功能如果让信号穿越这个地平面的话,就会存在很小的地环路并影响地平面嘚连续性这些地环路在高频时将会产生问题。
对于时钟晶体、时钟电路可以采用屏蔽措施进行屏蔽处理;
若时钟外壳为金属,则PCB设计時一定要在晶体下方铺铜并保证此部分与完整的地平面有良好的电气连接(通过多孔接地)。
时钟晶体下面铺地的好处:晶体振荡器内蔀的电路会产生射频电流如果晶体是金属外壳封装的,直流电源脚是直流电压参考和晶体内部射频电流回路参考的依靠通过地平面释放外壳被射频辐射产生的瞬态电流。总之金属外壳是一个单端天线,最近的映像层、地平面层有时两层或者更多层做为射频电流对地的輻射耦合作用是足够的晶体下铺地对散热也是有好处的。

时钟电路和晶体下铺地将提供一个映像平面可以降低对相关晶体和时钟电路產生共模电流,从而降低射频辐射地平面对差模射频电流同样有吸收作用,这个平面必须通过多点连接到完整的地平面上并要求通过哆个过孔,这样可以提供低的阻抗为增强这个地平面的效果,时钟发生电路应该与这个地平面靠近

SMT封装的晶体将比金属外壳的晶体有哽多的射频能量辐射:因为表贴晶体大多是塑料封装,晶体内部的射频电流会向空间辐射并耦合到其他器件
对快速上升沿信号及时钟信號采用辐射状拓扑连接好于采用单个公共驱动源的网络串接,每个走线应该根据其特性阻抗采取端接措施来布线
时钟传输线要求及PCB分层
時钟走线原则:在紧邻时钟走线层安排完整的映像平面层,减小走线的长度并进行阻抗控制

错误的跨层走线和阻抗不匹配会导致:

走线使用过孔和跳转导致映像回路的不完整性;
映像平面上由于器件信号管脚上电压随着信号的变化而变化产生的浪涌电压;
如果走线没有考慮3W原则的话,不同时钟信号会引起串扰;
时钟线一定要走在多层PCB板的内层并且一定要走带状线;如果要走在外层,只能走微带线
走在內层能保证完整的映像平面,它可以提供一个低阻抗射频传输路径并产生磁通量,以抵消它们的源传输线的磁通量源和返回路径的距離越近,则消磁就越好由于增强了消磁能力,高密PCB板的每个完整平面映像层可提供6-8dB的抑制
时钟布多层板的好处:有一层或者多层可鉯专门用于完整的电源和地平面,可以设计成好的去藕系统减小地环路的面积,降低了差模辐射减小了EMI,减小了信号和电源返回路径嘚阻抗水平可以保持全程走线阻抗的一致性,减小了邻近走线间的串扰等

在设计多层PCB电路板之前,设计者需要首先根据电路的规模、電路板的尺寸和电磁兼容(EMC)的要求来确定所采用的电路板结构也就是决定采用4层,6层还是更多层数的电路板。确定层数之后再确萣内电层的放置位置以及如何在这些层上分布不同的信号。这就是多层PCB层叠结构的选择问题层叠结构是影响PCB板EMC性能的一个重要因素,也昰抑制电磁干扰的一个重要手段本节将介绍多层PCB板层叠结构的相关内容。对于电源、地的层数以及信号层数确定后它们之间的相对排咘位置是每一个PCB工程师都不能回避的话题;

1、确定多层PCB板的层叠结构需要考虑较多的因素。从布线方面来说层数越多越利于布线,但是淛板成本和难度也会随之增加对于生产厂家来说,层叠结构对称与否是PCB板制造时需要关注的焦点所以层数的选择需要考虑各方面的需求,以达到最佳的平衡对于有经验的设计人员来说,在完成电路板上的元器件件的预布局后会对PCB的布线瓶颈处进行重点分析。结合其怹EDA工具分析电路板的布线密度;再综合有特殊布线要求的信号线如差分线、敏感信号线等的数量和种类来确定信号层的层数;然后根据电源的种类、隔离和抗干扰的要求来确定内电层的数目这样,整个电路板的板层数目就基本确定了

2、元件面下面(第二层)为地平面,提供器件屏蔽层以及为顶层布线提供参考平面;敏感信号层应该与一个内电层相邻(内部电源/地层)利用内电层的大铜膜来为信号层提供屏蔽。电路中的高速信号传输层应该是信号中间层并且夹在两个内电层之间。这样两个内电层的铜膜可以为高速信号传输提供电磁屏蔽同时也能有效地将高速信号的辐射限制在两个内电层之间,不对外造成干扰

3、所有信号层尽可能与地平面相邻;

4、尽量避免两信号層直接相邻;相邻的信号层之间容易引入串扰,从而导致电路功能失效在两信号层之间加入地平面可以有效地避免串扰。5、主电源尽可能与其对应地相邻;

6、兼顾层压结构对称

7、对于母板的层排布,现有母板很难控制平行长距离布线对于板级工作频率在50MHZ以上的(50MHZ以下嘚情况可参照,适当放宽)建议排布原则:

元件面、焊接面为完整的地平面(屏蔽);

所有信号层尽可能与地平面相邻;

关键信号与地層相邻,不跨分割区

注:具体PCB的层的设置时,要对以上原则进行灵活掌握在领会以上原则的基础上,根据实际单板的需求如:是否需要一关键布线层、电源、地平面的分割情况等,确定层的排布切忌生搬硬套,或抠住一点不放

8、多个接地的内电层可以有效地降低接地阻抗。例如A信号层和B信号层采用各自单独的地平面,可以有效地降低共模干扰

下面通过 4 层板的例子来说明如何优选各种层叠结构嘚排列组合方式。

**(3)POWER(Top)Siganl_1(Inner_1),GND(Inner_2)Siganl_2(Bottom)。**显然方案 3 电源层和地层缺乏有效的耦合,不应该被采用那么方案 1 和方案 2 应该如何进荇选择呢?一般情况下设计人员都会选择方案 1 作为 4层板的结构。选择的原因并非方案 2 不可被采用而是一般的 PCB 板都只在顶层放置电路板仩的元器件件,所以采用方案 1 较为妥当但是当在顶层和底层都需要放置电路板上的元器件件,而且内部电源层和地层之间的介质厚度较夶耦合不佳时,就需要考虑哪一层布置的信号线较少对于方案 1而言,底层的信号线较少可以采用大面积的铜膜来与 POWER 层耦合;反之,洳果电路板上的元器件件主要布置在底层则应该选用方案 2 来制板。如果采用如图 11-1 所示的层叠结构那么电源层和地线层本身就已经耦合,考虑对称性的要求一般采用方案 1。

层内部电源/接地层具有较多的信号层,有利于电路板上的元器件件之间的布线工作但是该方案嘚缺陷也较为明显,表现为以下两方面① 电源层和地线层分隔较远,没有充分耦合② 信号层 Siganl_2(Inner_2)和 减少了一个信号层,多了一个内电層虽然可供布线的层面减少了,但是该方案解决了方案 1 和方案 2 共有的缺陷① 电源层和地线层紧密耦合。② 每个信号层都与内电层直接楿邻与其他信号层均有有效的隔离,不易发生串扰③ Siganl_2(Inner_2)和两个内电层 GND(Inner_1)和 POWER(Inner_3)相邻,可以用来传输高速信号两个内电层可以有效地屏蔽外界对

综合各个方面,方案 3 显然是最优化的一种同时,方案 3 也是 6 层板常用的层叠结构通过对以上两个例子的分析,相信读者巳经对层叠结构有了一定的认识但是在有些时候,某一个方案并不能满足所有的要求这就需要考虑各项设计原则的优先级问题。遗憾嘚是由于电路板的板层设计和实际电路的特点密切相关不同电路的抗干扰性能和设计侧重点各有所不同,所以事实上这些原则并没有确萣的优先级可供参考但可以确定的是,设计原则 2(内部电源层和地层之间应该紧密耦合)在设计时需要首先得到满足另外如果电路中需要传输高速信号,那么设计原则 3(电路中的高速信号传输层应该是信号中间层并且夹在两个内电层之间)就必须得到满足。

PCB典型10层板設计

一般通用的布线顺序是TOP–GND—信号层—电源层—GND—信号层—电源层—信号层—GND—BOTTOM

本身这个布线顺序并不一定是固定的但是有一些标准囷原则来约束:如top层和bottom的相邻层用GND,确保单板的EMC特性;如每个信号层优选使用GND层做参考平面;整个单板都用到的电源优先铺整块铜皮;易受干扰的、高速的、沿跳变的优选走内层等等

下表给出了多层板层叠结构的参考方案,供参考

PCB设计之叠层结构改善案例(From金百泽科技)

产品有8组网口与光口,测试时发现第八组光口与芯片间的信号调试不通导致光口8调试不通,无法工作其他7组光口通信正常。

根据客戶端提供的信息确认为L6层光口8与芯片8之间的两条差分阻抗线调试不通;

2、客户提供的叠构与设计要求

影响阻抗信号因素分析:

线路图分析:客户L56层阻抗设计较为特殊,L6层阻抗参考L5/L7层L5层阻抗参考L4/L6层,其中L5/L6层互为参考层中间未做地层屏蔽,光口8与芯片8之间线路较长L6层与L5層间存在较长的平行信号线(约30%长度)容易造成相互干扰,从而影响了阻抗的精准度阻抗线的设计屏蔽层不完整,也造成阻抗的不连续性其他7组部分也有相似问题,但相对较轻微

L56层存在特殊设计(均为信号层,存在差分阻抗平行设计、相邻阻抗层间未设计参考地层)客户端未充分考虑相邻层走线存在的干扰,导致调试不通问题


与客户沟通对叠层进行优化,将L45、L56、L67层结构进行了调整介质层厚度分別由20.87mil、6mil、13mil 调整为5.12mil、22.44mil、5.12mil,将而L4、L7间的参考地层间的距离拉近L56层互为参考且屏蔽不足的线路层距离拉远,减少干扰

通过调整叠层结构,拉夶L56层相邻信号层之间的距离串扰造成的系统故障问题得到解决。

Interference)简称EMI,有传导干扰和辐射干扰兩种传导干扰主要是电子设备产生的干扰信号通过导电介质或公共电源线互相产生干扰;辐射干扰是指电子设备产生的干扰信号通过空間耦合把干扰信号传给另一个电网络或电子设备。为了防止一些电子产品产生的电磁干扰影响或破坏其它电子设备的正常工作各国政府戓一些国际组织都相继提出或制定了一些对电子产品产生电磁干扰有关规章或标准,符合这些规章或标准的产品就可称为具有电磁兼容性EMC(Electromagnetic Compatibility)电磁兼容性EMC 标准不是恒定不变的,而是天天都在改变这也是各国政府或经济组织,保护自己利益经常采取的手段

EMC标准及测试 国际标准

1、国际电工委员为IEC

2、国际标准华组织ISO

3、电气电子工程师学会IEEE

4、欧盟电信标准委员会ETSI

5、国际无线电通信咨询委员CCIR

6、国际通讯联盟ITU

6、国际电笁委员会IEC有以下分会进行EMC标准研究

-CISPR:国际无线电干扰特别委员会

-TC77:电气设备(包括电网)内电磁兼容技术委员会

-TC65:工业过程测量和控制

2、VDE德国电气工程师协会

3、VCCI日本民间干扰

5、ABSI美国国家标准

6、GOSTR俄罗斯政府标准

7、GB、GB/T中国国家标准

1、辐射骚扰电磁场(RE)

5、电压波动及闪烁(Flicker)

6、瞬态骚扰电源(TDV)

1、辐射敏感度试验(RS)

2、工频次次辐射敏感度试验(PMS)

3、静电放电抗扰度(ESD)

4、射频场感应的传导骚扰抗扰度测试(CS)

5、电压暂降,短时中断和电压变化抗扰度测试(DIP)

6、浪涌(冲击)抗扰度测试(SURGE)

7、电快速瞬变脉冲群抗扰度测试(EFT/B)

A级:实验中技术性能指标正常

B级:试验中性能暂时降低功能不丧失,实验后能自行恢复

C级:功能允许丧失但能自恢复,或操作者干预后能恢复

R级:除保護元件外不允许出现因设备(元件)或软件损坏数据丢失而造成不能恢复的功能丧失或性能降低。

5、电压暂降短时中断和电压变化抗擾度测试(DIP)

6、浪涌(冲击)抗扰度测试(SURGE)

7、电快速瞬变脉冲群抗扰度测试(EFT/B)

-电磁干扰的时域与频域描述 :时域特性

-电磁干扰的时域与频域描述 :频域特性


-电磁干扰的时域与频域描述 :周期梯形波的

-电磁干扰的时域与频域描述:宽带噪声

-电磁干扰的时域与频域描述:时鍾与数据噪声

分贝是电磁兼容中常用的基本单位。

-由两个回路经公共阻抗耦合而产生干扰量是电流i,或变化的电流di/dt

-在干扰源与干扰对稱之间存在着耦合的分布电容而产生,干扰量是变化的电场即变化的电压du/dt。

-在干扰源与干扰对称之间存在着互感而产生干扰量是变化嘚磁场,即变化的电流di/dt

电场:导体之间的电压产生电场

-电场强度单位:V/m

磁场:导体上的电流产生磁场

-磁场强度单位:A/m

1、差模辐射:电流茬信号环路中流动产生

2、共模辐射:由于导体的电位高于参考电位产生

3、PCB主要产生差模辐射

4、线缆主要产生共模辐射

5、差模辐射电场的计算

r :测试点到电流环路的距离(m)

6、共模辐射电场的计算

r :测试点到电流环路的距离(m)

7、屏蔽的基本理论和设计要点

7.1屏蔽效能计算公式:

7.2屏蔽设计的基本原则:

a、屏蔽体结构简洁,尽可能减少不必要的孔洞尽可能不要增加额外的缝隙;

b、避免开细长孔,通风孔尽量采用圆孔并阵列排放屏蔽和散热有矛盾时尽可能开小孔,多开孔避免开大孔;

c、足够重视电缆的处理措施,电缆的处理往往比屏蔽本身还重要;

d、屏蔽體的电连续性是影响结构件屏蔽效能最主要的因素相对而言,一般材料本身屏蔽性能以及材料厚度的影响是微不足道的(低频磁场例外);

2、结构搭接缝屏蔽设计

3、电缆从屏蔽体内穿出

如果导体从屏蔽体中穿出去将对屏蔽体的屏蔽效能产生显著的劣化作用。这种穿透比較典型的是电缆从屏蔽体中穿出


4、穿出屏蔽体电缆的设计原则:

a、采用屏蔽电缆时,屏蔽电缆在出屏蔽体时采用夹线结构,保证电缆屏蔽层与屏蔽体之间可靠接地提供足够低的接触阻抗。

b、采用屏蔽电缆时用屏蔽连接器转接将信号接出屏蔽体,通过连接器保证电缆屏蔽层的可靠接地

c、采用非屏蔽电缆时,采用滤波连接器转接由于滤波器通高频的特性,保证电缆与屏蔽体之间有足够低的高频阻抗

d、采用非屏蔽电缆时,电缆在屏蔽体的内侧(或者外侧)要足够短使干扰信号不能有效地耦合出去,从而减小了电缆穿透的影响

e、電源线通过电源滤波器出屏蔽体,由于滤波器通高频的特性保证电源线与屏蔽体之间有足够低的高频阻抗。

f、采用光纤出线由于光纤夲身没有金属体,也就不存在电缆穿透的问题

6、屏蔽材料及应用(导电布、簧片、导电橡胶)

a、一是为了安全,称为保护接地电子设備的金属外壳必须接大地,这样可以避免因事故导致金属外壳上出现过高对地电压而危及操作人员和设备的安全

b、二是为电流返回其源提供低阻抗通道,即工作接地

c、防雷接地,为雷击提供电流泄放

适用于工作频率1MHz以下系统


4、多点接地及混合接地

a、滤波电路是由电感、电容、电阻、铁氧体磁珠和共模线圈构成的频率选择性网络,阻止某段频率范围内的信号沿线传递

b、 滤波电路种类:反射、吸收。

a、電容(通用电容、三端电容)

b、电感(通用电感、共模电感、磁珠)

4、差模滤波与共模滤波设计:

5、电容和三端电容特性

a、布局:同类电蕗布在一块、控制最小路径原则、高速电路间不要靠近小面板、电源模块靠近进单盘的位置

b、分层:高速布线层必须靠近一层地、电源与哋相邻、元件面下布一层地、近可能将两个表层布地层、内层比表层缩进20H

c、布线:3W原则、差分对线等长靠近走、高速或敏感线不能 跨分割区

d、接地:同类电路单独分布地,在单板上单点相连

e、滤波:电源模块、功能电路设计板级虑波电路

f、接口电路设计:接口电路设计滤波电路、实现内外有效隔离

a、参照原理功能框图基于信号流向,按照功能模块划分

b、数字电路与模拟电路、高速电路与低速电路、干扰源与敏感电路分开布局

c、单板焊接面避免放置敏感器件或强辐射器件

d、敏感信号、强辐射信号回路面积最小

e、晶体、晶振、继电器、开关電源等强辐射器件或敏感器件远离单板拉手条、对外接口连接器、敏感器件放置推荐距离≥1000mil

f、敏感器件:远离强辐射器件,推荐距离≥1000mil

g、隔离器件、A/D器件:输入、输出互相分开无耦合通路(如相邻的参考平面),最好跨接于对应的分割区

a、电源部分(置于电源入口处)

b、时钟部分(远离开口靠近负载,布线内层)

c、电感线圈(远离EMI源)

d、总线驱动部分(布线内层远离开口,靠近宿)

e、滤波器件(输叺、输出分开靠近源,引线短)

4、滤波电容的布局:BULK电容:

a、所有分支电源接口电路

b、功耗大的电路板上的元器件件附近

c、存在较大电鋶变化的区域如电源模块的输入和输出端、风 扇、继电器等

d、PCB电源接口电路

5、、去藕电容的布局:

6、接口电路的布局的基本原则:

接口信号的滤波、防护和隔离等器件靠近接口连接器放置,先防护后滤波

接口变压器、光耦等隔离器件做到初次级完全隔离

变压器与连接器の间的信号网络无交叉

变压器对应的BOTTOM层区域尽可能没有其它器件放置

接口芯片(网口、E1/T1口、串口等)尽量靠近变压器或连接器放置

走线短,不同类走线间距宽(信号及其回流线、差分线、屏蔽地线除外)过孔少,无环路回路面积小,无线头

有延时要求的走线其长度符匼要求

无直角,对关键信号线优先采用圆弧倒角

相邻层信号走线互相垂直或相邻层的关键信号平行布线≤1000MIL

走线线宽无跳变或满足阻抗一致

各国产品安全和EMC认证组织

-提交认证材料(认证标准、产品使用手册等)

1、EMC的基本测试项目以及测试过程掌握;

2、产品对应EMC的标准掌握;

3、產品的EMC整改定位思路掌握;

4、产品的各种认证流程掌握;

5、产品的硬件硬件知识对电路(主控、接口)了解;

6、EMC设计整改电路板上的元器件件(电容、磁珠、滤波器、电感、瞬态抑制器件等)使用掌握;

7、产品结构屏蔽设计技能掌握;

8、对EMC设计如何介入产品各个研发阶段鋶程掌握。

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