在任何开关电源设计中,PCB如果设计方法不当,板材的物理设计是最后一个环节,PCB电磁干扰可能辐射过多,导致电源工作不稳定。分析各步骤中需要注意的事项:
一、 从原理图到PCB的设计流程 构件参数-构件参数-构件参数-构件参数-构件参数-构件参数-构件参数-构件参数-构件参数-构件参数-构件参数-构件参数-构件参数-构件参数-构件参数-构件参数-构件参数-构件参数-构件参数-构件参数-构件参数-构件参数-构件参数-构件参数-构件参数-构件参数-构件参数-构件参数-构件参数-构件参数-构件参数-构件参数-构件参数-构件参数-构件参数-构件参数-构件参数-构件参数-构件参数-构件参数-构件参数-构件参数-构件参数-构件参数-构件参数-构件参数-构件参数-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构件参-构>网表输入原理->设置设计参数->手工布局->手工布线->验证设计->复查->CAM输出。
二、 相邻导线间距的参数设置必须能够满足电气安全要求,并且间距应尽可能宽,以便于操作和生产。最小间距应至少能够承受适当的电压。当布线密度较低时,可适当增加信号线间距。对于高低电平的信号线,应尽可能短,增加间距。一般来说,布线间距应设置为8mil。焊盘内孔边缘与印刷板边缘的距离应大于1mm,这样可以避免加工时焊盘缺损。当与焊盘连接的接线较细时,应将焊盘与接线之间的连接设计成水滴。优点是焊盘不易剥落,但接线与焊盘不易断开。
三、 部件布局实践证明,即使电路原理图设计正确,印刷电路板设计不当,也会对电子设备的可靠性产生不利影响。例如,如果印刷板的两条细平行线非常接近,则会形成信号波形延迟,并在传输线的终端形成反射噪声;由于电源和地线考虑不周到而造成的干扰会降低产品的性能。因此,在设计印刷电路板时,应注意正确的方法。每个开关电源都有四个电流电路:
(1). 电源开关交流电路
(2). 输出整流交流回路
(3). 输入信号源电流回路
(4). 输出负载电流回路
输入电路通过近似直流电流充电输入电容器,滤波电容器主要发挥宽带储能作用;类似地,输出滤波器电容器也用于储存输出整流器的高频能量,消除输出负载电路的直流能量。因此,输入和输出滤波器电容器的接线端非常重要,输入和输出电流电路应仅从滤波器电容器的接线端连接到电源;如果输入/输出电路与电源开关/整流电路之间的连接不能直接连接到电容器的接线端,则输入或输出滤波器电容器并辐射到环境中。电源开关交流电路和整流器的交流电路包括高梯形电流。这些电流具有较高的谐波成分,其频率远大于开关基频。峰值范围可高达连续输入/输出直流电流范围的5倍。过渡时间通常约为50ns。这两个电路最容易产生电磁干扰,因此这些交流电路必须在电源中其他印刷线路布线前布置。每个电路的三个主要元件应相邻放置滤波电容器、电源开关或整流器、电感器或变压器,调整元件位置,使其之间的电流路径尽可能短。建立开关电源布局的最佳方电源布局的最佳方法如下:
? 放置变压器
? 设计电源开关电流回路
? 设计输出整流器电流回路
? 连接到交流电源电路的控制电路
? 设计输入电流源电路和输入滤波器 输出负载电路和输出滤波器的设计应符合以下原则:
(1) 首先要考虑PCB尺寸大小。PCB当尺寸过大时,印刷线长,阻抗增加,抗噪能力降低,成本增加;散热不好,相邻线容易干扰。电路板的最佳形状为矩形,长宽比为3:2或4:3。位于电路板边缘的部件通常不小于2mm。
(2) 放置器件时要考虑以后的焊接,不要太密集.
(3) 以每个功能电路的核心元件为中心,围绕它进行布局。元件应均匀, 排列整齐紧凑PCB尽量减少和缩短各部件之间的引线和连接, 去耦电容应尽可能靠近设备VCC
(4) 在高频下工作的电路应考虑组件之间的分布参数。一般电路应尽可能平行排列组件。这样,不仅美观,而且易于焊接,易于批量生产。
(5) (5) 根据电路流程安排各功能电路单元的位置,便于信号流通,尽可能保持信号方向一致。
(6) (6) 布局的主要原则是保证布线的布通率,移动器件时注意飞线的连接,将有连线关系的器件放在一起。
(7) 尽量减少环路面积,抑制开关电源的辐射干扰
四、 布线开关电源包含高频信号,PCB任何印刷线都能起到天线的作用,印刷线的长度和宽度会影响其阻抗和感抗,从而影响频率响应。即使是通过直流信号的印刷线也会从相邻的印刷线耦合到射频信号,造成电路问题(甚至再次辐射干扰信号)。因此应将所有通过交流电流的印制线设计得尽可能短而宽,这意味着必须将所有连接到印制线和连接到其他电源线的元器件放置得很近。印刷线的长度与电感和阻抗成正比,宽度与印刷线的电感和阻抗成反比。长度反映了印刷线响应的波长。长度越长,发送和接收电磁波的频率越低,辐射的射频能量就越多。根据印刷电路板的电流,尽量增加电源线的宽度,降低环路电阻。 同时,使电源线和地线的方向与电流方向一致,有助于提高抗噪能力。接地是开关电源四个电流电路的底支路,作为电路的公共参考点起着非常重要的作用,是控制干扰的重要途径。因此,在布局中应仔细考虑接地线的放置,各种接地混合会导致电源工作不稳定。在地线设计中应注意以下几点
1. 正确选择单点接地通常,滤波电容器公共端应是其他接地点耦合到大电流交流点的唯一连接点,同一电路接地点应尽可能接近,电源滤波电容器也应连接到接地点,主要考虑电路回流电流的变化,因为实际电路阻抗会导致电路电位的变化和干扰。在本开关电源中,它的布线和器件间的电感影响较小,而接地电路形成的环流对干扰影响较大,因而采用一点接地,即将电源开关电流回路 (几个设备的接地线连接到接地脚,输出整流器电流电路的接地线也连接到相应的滤波电容器,使电源工作稳定,不易自我激励。单点做不到的时候,在共地连接两个二极管或者一个小电阻,其实可以连接到一个比较集中的铜箔。
2. 尽量加粗接地线 如果接地线很薄,接地电位会随着电流的变化而变化,导致电子设备的定时信号电平不稳定,抗噪性能差。因此,为了确保每个大电流的接地端都使用尽可能短和宽的印刷线,并尽可能宽的电源和接地线宽度。最好是接地线比电源线宽。它们的关系是:接地线>电源线>信号线。如有可能,接地线宽度应大于3mm,大面积铜层也可用作地线,印刷板上未使用的地方与地面连接作为地线。全局布线时,必须遵循以下原则
1).布线方向:从焊接表面来看,元件的布置方向应尽可能与原理图一致,布线方向应与电路图的布线方向一致。由于焊接表面通常需要检测各种参数,便于检查、调试和维护(注:在满足电路性能和整机安装和面板布局要求的前提下)。
(2).布线图设计时,布线应尽量少转弯,印刷弧上的线宽不应突变,导线角应≥90度,力求线条简洁明了。
(3).印刷电路中不允许有交叉电路,可以通过钻和绕两种方式解决可能的交叉线。也就是说,让导线从其他电阻、电容器和三极管脚下的间隙钻,或者从可能交叉的导线的一端绕。在特殊情况下,如何使电路非常复杂。为了简化设计,还允许使用导线跨接,以解决交叉电路问题。由于采用单面板,直插元件位于top表面,表贴装置位于bottom因此,在布局时,直插装置可与表贴装置重叠,但应避免焊盘重叠。
3.低压输入地和输出地本开关电源DC-DC,为了将输出电压反馈到变压器的初级水平,两侧的电路应该有一个共同的参考位置,所以在两侧的地线分别铺设铜后,也应该连接在一起,形成一个共同的位置
五、检查 布线设计完成后,应仔细检查布线设计是否符合设计人员制定的规则,并确认规则是否符合印刷板生产工艺的要求。一般检查线与线、线与元件焊盘、线与贯通孔、元件焊盘与贯通孔、贯通孔与贯通孔的距离是否合理,是否符合生产要求。 在PCB有没有地方可以加宽地线?注意: 有些错误可以忽略,比如一些连接器Outline的一部分放在了板框外,检查间距时会出错;另外每次修改过走线和过孔之后,都要重新覆铜一次。
五、 复查根据“PCB检查表包括设计规则、层定义、线宽、间距、焊盘、过孔设置、设备布局合理性、电源、地线网络布线、高速时钟网络布线和屏蔽、去耦电容的放置和连接等。
六、 设计输出 输出光绘文件的注意事项:
a. 需要输出的层有布线层(底层) 、丝印层(包括顶层丝印、底层丝印)、阻焊层(底层阻焊)、钻孔层(底层)(NC Drill)
b. 设置丝印层Layer不要选择时间Part Type,选择顶层(底层)和丝印层Outline、Text、Linec. 设置每层Layer时,将Board Outline选上,设置丝印层Layer不要选择时间Part Type,选择顶层(底层)和丝印层Outline、Text、Line。d. 使用生成钻孔文件时PowerPCB不要设置,不要做任何改变