印刷電路板的基本設(shè)計方法和原則要求
一、印刷線路組件布局結(jié)構(gòu)設(shè)計討論
一臺性能優(yōu)良的儀器,除選擇高質(zhì)量的元器件,合理的電路外,印刷線路板的組件布局和電氣聯(lián)機方向的正確結(jié)構(gòu)設(shè)計是決定儀器能否可靠工作的一個關(guān)鍵問題,對同一種組件和參數(shù)的電路,由于組件布局設(shè)計和電氣聯(lián)機方向的不同會產(chǎn)生不同的結(jié)果,其結(jié)果可能存在很大的差異。因而,必須把如何正確設(shè)計印刷線路板組件布局的結(jié)構(gòu)和正確選擇布線方向及整體儀器的工藝結(jié)構(gòu)三方面聯(lián)合起來考慮,合理的工藝結(jié)構(gòu),既可消除因布線不當(dāng)而產(chǎn)生的噪聲干擾,同時便于生產(chǎn)中的安裝、調(diào)試與檢修等。
下面我們針對上述問題進行討論,由于優(yōu)良“結(jié)構(gòu)”沒有一個嚴(yán)格的“定義”和“模式”,因而下面討論,只起拋磚引玉的作用,僅供參考。每一種儀器的結(jié)構(gòu)必須根據(jù)具體要求(電氣性能、整機結(jié)構(gòu)安裝及面板布局等要求),采取相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案,并對幾種可行設(shè)計方案進行比較和反復(fù)修改。
印刷板電源、地總線的布線結(jié)構(gòu)選擇----系統(tǒng)結(jié)構(gòu):模擬電路和數(shù)字電路在組件布局圖的設(shè)計和布線方法上有許多相同和不同之處。模擬電路中,由于放大器的存在,由布線產(chǎn)生的極小噪聲電壓,都會引起輸出信號的嚴(yán)重失真,在數(shù)字電路中,TTL噪聲容限為0.4V~0.6V,CMOS噪聲容限為Vcc的0.3~0.45倍,故數(shù)字電路具有較強的抗干擾的能力。
良好的電源和地總線方式的合理選擇是儀器可靠工作的重要保證,相當(dāng)多的干擾源是通過電源和地總線產(chǎn)生的,其中地線引起的噪聲干擾最大。
二、印刷電路板圖設(shè)計的基本原則要求
1.印刷電路板的設(shè)計,從確定板的尺寸大小開始,印刷電路板的尺寸因受機箱外殼大小限制,以能恰好安放入外殼內(nèi)為宜,其次,應(yīng)考慮印刷電路板與外接元器件(主要是電位器、插口或另外印刷電路板)的連接方式。印刷電路板與外接組件一般是通過塑料導(dǎo)線或金屬隔離線進行連接。但有時也設(shè)計成插座形式。即:在設(shè)備內(nèi)安裝一個插入式印刷電路板要留出充當(dāng)插口的接觸位置。
對于安裝在印刷電路板上的較大的組件,要加金屬附件固定,以提高耐振、耐沖擊性能。
2.布線圖設(shè)計的基本方法
首先需要對所選用組件器及各種插座的規(guī)格、尺寸、面積等有完全的了解;對各部件的位置安排作合理的、仔細的考慮,主要是從電磁場兼容性、抗干擾的角度,走線短,交叉少,電源,地的路徑及去耦等方面考慮。各部件位置定出后,就是各部件的聯(lián)機,按照電路圖連接有關(guān)引腳,完成的方法有多種,印刷線路圖的設(shè)計有計算機輔助設(shè)計與手工設(shè)計方法兩種。
最原始的是手工排列布圖。這比較費事,往往要反復(fù)幾次,才能最后完成,這在沒有其它繪圖設(shè)備時也可以,這種手工排列布圖方法對剛學(xué)習(xí)印刷板圖設(shè)計者來說也是很有幫助的。計算機輔助制圖,現(xiàn)在有多種繪圖軟件,功能各異,但總的說來,繪制、修改較方便,并且可以存盤貯存和打印。
接著,確定印刷電路板所需的尺寸,并按原理圖,將各個元器件位置初步確定下來,然后經(jīng)過不斷調(diào)整使布局更加合理,印刷電路板中各組件之間的接線安排方式如下:
?。ǎ保┯∷㈦娐分胁辉试S有交叉電路,對于可能交叉的線條,可以用“鉆”、“繞”兩種辦法解決。即,讓某引線從別的電阻、電容、三極管腳下的空隙處“鉆”過去,或從可能交叉的某條引線的一端“繞”過去,在特殊情況下如何電路很復(fù)雜,為簡化設(shè)計也允許用導(dǎo)線跨接,解決交叉電路問題。
(2)電阻、二極管、管狀電容器等組件有“立式”,“臥式”兩種安裝方式。立式指的是組件體垂直于電路板安裝、焊接,其優(yōu)點是節(jié)省空間,臥式指的是組件體平行并緊貼于電路板安裝,焊接,其優(yōu)點是組件安裝的機械強度較好。這兩種不同的安裝組件,印刷電路板上的組件孔距是不一樣的。
?。ǎ常┩患夒娐返慕拥攸c應(yīng)盡量靠近,并且本級電路的電源濾波電容也應(yīng)接在該級接地點上。特別是本級晶體管基極、發(fā)射極的接地點不能離得太遠,否則因兩個接地點間的銅箔太長會引起干擾與自激,采用這樣“一點接地法”的電路,工作較穩(wěn)定,不易自激。
?。ǎ矗┛偟鼐€必須嚴(yán)格按高頻-中頻-低頻一級級地按弱電到強電的順序排列原則,切不可隨便翻來復(fù)去亂接,級與級間寧肯可接線長點,也要遵守這一規(guī)定。特別是變頻頭、再生頭、調(diào)頻頭的接地線安排要求更為嚴(yán)格,如有不當(dāng)就會產(chǎn)生自激以致無法工作。
調(diào)頻頭等高頻電路常采用大面積包圍式地線,以保證有良好的屏蔽效果。
(5)強電流引線(公共地線,功放電源引線等)應(yīng)盡可能寬些,以降低布線電阻及其電壓降,可減小寄生耦合而產(chǎn)生的自激。
?。ǎ叮┳杩垢叩淖呔€盡量短,阻抗低的走線可長一些,因為阻抗高的走線容易發(fā)笛和吸收信號,引起電路不穩(wěn)定。電源線、地線、無反饋組件的基極走線、發(fā)射極引線等均屬低阻抗走線,射極跟隨器的基極走線、收錄機兩個聲道的地線必須分開,各自成一路,一直到功效末端再合起來,如兩路地線連來連去,極易產(chǎn)生串音,使分離度下降。
三、印刷板圖設(shè)計中應(yīng)注意下列幾點
?。保季€方向:從焊接面看,組件的排列方位盡可能保持與原理圖相一致,布線方向最好與電路圖走線方向相一致,因生產(chǎn)過程中通常需要在焊接面進行各種參數(shù)的檢測,故這樣做便于生產(chǎn)中的檢查,調(diào)試及檢修(注:指在滿足電路性能及整機安裝與面板布局要求的前提下)。
2.各組件排列,分布要合理和均勻,力求整齊,美觀,結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓に囈蟆?br />
?。常娮?,二極管的放置方式:分為平放與豎放兩種:
?。ǎ保┢椒牛寒?dāng)電路組件數(shù)量不多,而且電路板尺寸較大的情況下,一般是采用平放較好;對于1/4W以下的電阻平放時,兩個焊盤間的距離一般取4/10英寸,1/2W的電阻平放時,兩焊盤的間距一般取5/10英寸;二極管平放時,1N400X系列整流管,一般取3/10英寸;1N540X系列整流管,一般取4~5/10英寸。
(2)豎放:當(dāng)電路組件數(shù)較多,而且電路板尺寸不大的情況下,一般是采用豎放,豎放時兩個焊盤的間距一般取1~2/10英寸。
?。矗娢黄鳎篒C座的放置原則
(1)電位器:在穩(wěn)壓器中用來調(diào)節(jié)輸出電壓,故設(shè)計電位器應(yīng)滿中順時針調(diào)節(jié)時輸出電壓升高,反時針調(diào)節(jié)器節(jié)時輸出電壓降低;在可調(diào)恒流充電器中電位器用來調(diào)節(jié)充電電流折大小,設(shè)計電位器時應(yīng)滿中順時針調(diào)節(jié)時,電流增大。
電位器安放位軒應(yīng)當(dāng)滿中整機結(jié)構(gòu)安裝及面板布局的要求,因此應(yīng)盡可能放軒在板的邊緣,旋轉(zhuǎn)柄朝外。
?。ǎ玻㊣C座:設(shè)計印刷板圖時,在使用IC座的場合下,一定要特別注意IC座上定位槽放置的方位是否正確,并注意各個IC腳位是否正確,例如第1腳只能位于IC座的右下角線或者左上角,而且緊靠定位槽(從焊接面看)。
?。担M出接線端布置
?。ǎ保┫嚓P(guān)聯(lián)的兩引線端不要距離太大,一般為2~3/10英寸左右較合適。
(2)進出線端盡可能集中在1至2個側(cè)面,不要太過離散。
6.設(shè)計布線圖時要注意管腳排列順序,組件腳間距要合理。
?。罚诒WC電路性能要求的前提下,設(shè)計時應(yīng)力求走線合理,少用外接跨線,并按一定順充要求走線,力求直觀,便于安裝,高度和檢修。
?。福O(shè)計布線圖時走線盡量少拐彎,力求線條簡單明了。
?。梗季€條寬窄和線條間距要適中,電容器兩焊盤間距應(yīng)盡可能與電容引線腳的間距相符;
?。保埃O(shè)計應(yīng)按一定順序方向進行,例如可以由左往右和由上而下的順序進行。
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