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硬件开发

电子产品PCB设计


PCB设计与电子产品质量控制

PCB的中文名称为印制电路板在日常的生活中。几乎我们看见的所有电子产品。它们都没办法离开PCB。例如计算器、电子手表、军用武器、计算机、航空航天以及各种通讯设备等等总而言之。只有PCB根据一定的电气关系把装配了三极管、二极管等的电子元器件相互连接起来。它们才可以具备某一类的电气特性在对电子产品进行设计时。设计任何原理的电路的最终目标都是要利用PCB来达成的。所以,在任何产品开发的过程中。PCB设计都是一个必不可少的重要环节。而且PCB设计的质量对电子产品的质量有着直接的影响现如今。PCB设计已经在整个硬件的设计费用巾占到50%。而且专家预测比例还会不断增大。不久关于开发和研制PCB设计的费用将会在产品总费用中达到80%甚至会更高。

一、PCB设计实现电子产品的电气功能

电子产品的根本要求是要具有特定的电气功能。同时也是设计印制板最重要、最基本的要求若要让产品具有与设计符合的电气功能。就要准确地实现电路原理图之间的连接关系我们首先要做到的就是让线路接通而且要连线正确。同时还要避免犯短路、断路这两个又简单又致命的错误在用简便的CAD软件设计PCB以及手工设计时。这一根本要求是很不容易实现的。一般对于比较复杂的产品来说。它们的试制修改都不止需要经过两轮。而CAD软件由于其功能比较强大所以具备检验的功能所以。这样就能够确保连接电气时的正确性。

由于复杂的系统设计以及大规模提高的集成度。PCB如果仅仅依赖于连线正确以及没有短路、断路。已经没办法满足电子产品的电气功能需求了这都是因为电子产品对工作频率的要求越来越高。但是。目前总线的工作频率已经达到或已经超过5O兆赫兹。甚至有的已经超过了100兆赫兹。现在有大约50%的电子产品。它们的时钟频率都超过了50兆赫兹。大约20%的设计主频也超过了120兆赫兹在5O兆赫兹系统进行工作的时候。信号和传输线效应的完整性方面将会出现问题:系统的时钟在达到120兆赫兹时,在传统方法下设计的PCB是没办法开展工作的。除非利用有关高速电路设计的知识。

二、稳定电子产品的电气功能

电子产品中重要的一项指标就是是否具有比较稳定的电气性能在开发和生产的过程中。就算电路原理图是设计正确的,PCB的连线也是准确无误的。如果设计印制电路板时考虑的不周全。也会影响电气功能的稳定性。会造成产品电气性能的下降,有时甚至会让产品不合格结合各类情况,造成PCB不稳定的因素以及处理的方法如下:

2.1把地线接好

在电子产品中保持稳定、控制干扰最有效的途径就是处理好接地例如。正确的对接地和屏蔽进行结合,这样就可以对大多数的干扰问题进行解决“地”在电子设备中有机壳地、系统地、模拟地以及数字地具体的做法如下:

(1)把模拟电路和数字电路分开。如果在电路板上不但有线性电路。而且也有逻辑电路。我们应当分开两者,不能让它们的地线相互混在一起。与电源端的地线应当分别的进行相连;(2)对接地线进行加粗尽量对地线、电源的宽度进行加宽,应当让电源线窄于地线。信号线窄于电源线;(3)让地线可以自成环路。印制电路如果是由纯数字电路构成的。就应当在连接接地线时要环路的进行连接,这样可以对电子设备的抗噪声能力进行提高。

2.2克服电磁的干扰

(1)我们不能对导线的宽度进行突变,或者可以使导线的拐角要大于90度。这样可以对高频信号所导致的电磁辐射有所减少。同时也可以对导线的不延续性进行减少。

(2)由于时钟信号引线最易对电磁辐射产生干扰,所以。应当在走线时靠近地线回路。在对数据总线进行布线时。应当把信号地线夹在每两根信号线的之间在直流电源的回路中,变化的负载会导致电源出现噪声例如,在数字电路中,电路从一个状态改变为另一种状态时就会在电源线上形成很大的一个尖峰电流。从而产生瞬息万变的噪声电压,但是配置去耦电容就可以减少由于负载变化所产生的噪声这是一种可靠性的设计印制电路板的常规做法配置的原则如下:当电源输入端连接电解电容器时若位置允许。可以采取容量较大的电解电容器。例如在100uF以上。这样抗干扰的效果会更好,同时给每一个集成电路芯片都配置一个0.01uF的陶瓷电容器。

(3)地线使用的是大面积的铜层,而且要把印制板上没有被用到的地方和地都进行连接。然后把它们当作地线使用或者是做成多层板,地线、电源各自占用中间一层。

三、简化电子产品制造工艺过程

针对电子产品来说,工艺越简单就意味着出错概率越小。成本相对也越低若要做到这一点。用PCB设计规划印制板的形状时就要力求简单,尽量减少异形孔、槽的使用,减少机械加工和生产模具的成本。对加工程序进行简化在布局时要考虑怎样更方便产品进行加工首先对结构相互紧密配合的固定元器件进行放置,例如连接件、开关、指示灯、电源插座等,将这些器件放置完成后把他们锁定。避免它们以后不会被不小心移动:接着把线路上较特殊的和较大的元器件放置好,例如变压器、发热元件、IC等;最后在对小器件进行放置。此外。还要对印制板边缘和元器件之间的距离进行适当的调整。一般都在3毫米以内。亦或是至少要比板厚大这主要是因为在大批量的对波峰焊以及流水线插件进行生产时。不但导轨槽需要使用。而且也是为了防止因为外形加工而导致损坏边缘的部分。

四、PCB设计增强美观效果

若想要让产品更加美观。PCB的布线及布局就要满足以下的条件:元器件排列要整齐,要疏密得当:在对板上的对外连接进行确定后,再对相关的电路部分就近的进行放置。防止绕远路。特别避免发生交叉穿插:按照电路的信号流向对原件进行放置。防止高低电平、输出输入的部分出现交叉放置原件的顺序应当要做到三先三后,即先大后小、先集成后分立以及先主后次。布线时应当要做到:要准确无误的进行连接:要简捷的进行走线。尽量让走线平滑、直、短,尤其是高阻抗、低电平的部分,粗细要适中。在版面允许的前提下,电源线和地线尽可能的要宽一些。如果可以满足以上条件。就可以设计并制造出既满足电气要求。又漂亮美观的印制电路板。

总结

PCB设计是和电子产品的质量息息相关的。一个成功的电子产品。不仅需要对电路原理的设计、制造与调试。还需要PCB设计的帮助所以。加快PCB设计的研究与开发的步伐。让它达到甚至超过世界的先进水平。这样才可以有利于我国创造出更多成功的电子产品,在这个领域可以立于不败之地。

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