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【曝光台】高频开关电源layout从SCH到PCB是怎么实现的?

高频开关电源SCH地图的规划
1 Protel简介
CAD是Computer Aided Design(核算机辅助规划)的简称,早在20世纪70年代军工部分就运用核算机来完结飞机、火箭等航空器的规划作业。电子线路CAD底子意义是运用核算机来完结电子线路的规划过程,包括电原理图的修正、电路功用仿真、作业环境模仿、印制板规划(主动布局、主动布线)与检测等。电子线路CAD软件还能敏捷构成各式各样的报表文件,如元件清单报表,为元器材的收购及工程预决算等供给了便利。
美国ACCEL Technologies公司于1998年推出了在其时十分受欢迎的电子线路CAD软件包——TANGO,它具有操作便利、易学、有用、高效的特点,但跟着集成电路技能的不断进步─集成度越来越高,引脚数目越来越多,封装局势也趋于多样化,使电子线路越来越杂乱,TANGO软件的局限性也越来越明显。为此,澳大利亚Protel Technology公司推出Protel CAD软件,以作为TANGO的晋级版别。Protel上市后敏捷取代了TANGO成为其时影响最大、用户最多的电子线路CAD软件包。但前期的Protel均归于DOS应用程序,只能经过键盘指令完结相应的操作,操作起来并不便利,1998年推出32位软件的Protel98,1999年又先后推出了Protel99,Protel service pack,Protel99SE等版别,Protel 99SE功用很强,将电原理图修正、电路功用仿真测验、PLD规划及印刷电路板规划等功用交融在一同,然后完结了电子规划主动化(EDA)。Protel 99SE具有Windows应用程序的悉数特性,在Protel 99SE中引入了操作“目标”特点感念,使一切“目标”(如连线、元件、I\O端口、网络标号、焊盘、过空等)具有相同或类似的操作办法,完结了电子线路CAD软件所期望的“简略、便利、易学、有用、高效”的操作要求。(学习高频开关电源常识请重视微信大众号:高频开关电源研制精英圈)
2 单片高频开关电源SCH图的规划
因为本文中所挑选的单片高频开关电源较为简略,而且选取的电路图结构也较为的明晰,所以在制作SCH的过程中并没有多大的问题,制作后的如图1-1所示。
高频开关电源layout从SCH到PCB是怎么实现的?

2.1 节点的处理
在Protel 99SE中,节点的作用就是,将两个相交的导线连在一同;如果没有节点,这两根线就是彼此独立的。也能够这儿了解,有节点的两根导线为同一个网络。
Protel 99SE关于节点的默许设置是只需制作两条相交的直线,就会主动发生一个节点。这个节点的发生有一些状况下是不需求的、也不应该存在的,这时分就需求对其进行删去的处理,至于哪些节点是需求的、哪些是不需求的,这就要依据电路图来详细问题详细剖析了。
像本文所选则的单片高频开关电源图来说,很明显在电压输出端,VDZ2衔接到“+”级,可是在经过“-”级那根线的时分,因为是两条相交的直线,Protel 99SE就对其进行默许的增加节点,就呈现了如图1-2所示的状况。可是,依据电路图的剖析可知,此处VDZ2不应该与电压输出端“-”极相连。(学习高频开关电源常识请重视微信大众号:高频开关电源研制精英圈)
高频开关电源layout从SCH到PCB是怎么实现的?

关于像图1-2的这种状况,就需求删去节点,单击需求删去的节点,在其选中状态下,按下“Delete”,就能对其进行删去操作。当然,还有很少部分的状况下,需求对制作的SCH图进行节点的增加,这时分只需求经过【Place/Junction】,就能够放置节点了。
在绘图的时分需求对这一点尤为的留意,因为节点的存在与否可能直接导致了整个电路的通断、以及其后PCB地图的制作胜败。
对图1-1进行修正后,如图1-3所示。

高频开关电源PCB地图的规划
1 印制线路板的一般规划过程
(1) 制作原理图;
(2) 元件库的创立;
(3) 树立原理图与印制板上元件的网络衔接联系;
(4) 布线和布局;
(5) 创立印制板出产运用数据和贴装出产运用数据。
2 印制线路板的分类
印制线路板依据其层数的多少,能够分为:单面板、双面板和多层板。
2.1 单层板
关于一块电路板来说,现已有两个面的存在,而单面板则是指一切的原件、走线和文字等目标,都在一个面上进行放置,而另一个面上则什么都没有。一般Protel 99SE默许的单层板的放置层为Toplayer。
2.2 双层板
双层板是在电路板的两个面上都进行布线作业,其一是作为顶层的Top Layer,其二就是作为底层的Bottom Layer。至于上基层间的电气衔接首要是经过过孔来完结。当然一般式在顶层上放置元件,在底层上进行元件引脚的焊接。当然,也能够在两个作业层上都放置元器材。(学习高频开关电源常识请重视微信大众号:高频开关电源研制精英圈)
2.3 多层板
多层板包括两个以上的作业层面,除了电路板自身的两面之外,在电路板的中间,还设置有多个中间层进行布线。
3 印制线路板作业层的分类
在Protel 99SE中,首要运用的有以下一些作业层:
(1) 信号层:Protel 99SE中供给了总共16个信号层,包括Top Layer(顶层)、Bottom Layer(底层)、Mid Layer1(中间层1)~Mid Layer14(中间层14)。该层首要是用来放置元件(顶层和底层)和走线;
(2) Multi Layer(多层):该层代表一切的信号层,在他上面放置的原件会主动的放到一切的信号层上,所以能够经过Multi Layer,将焊盘或过孔快速的放置到一切的信号层上;
(3) 丝印层:丝印层包括Top Over Layer和Bottom Over Layer两层,该两层首要是用于制作元件的外形概括、放置元件的编号或其他相关的文本信息;
(4) Keep Out Layer(制止布线层):该层一般是用于界说元件放置的区域的,一般在该层上放置线段(Track)或弧线(Arc)来构成一个闭合的区域,只要在这个闭合区域内才干进行元件的主动布局和主动布线。
4 单片高频开关电源元器材封装的挑选
4.1 电容封装的选取
本论文选取的单片高频开关电源电路图中有4种不同品种的容值,依据容值的不同,则电容的外形直径也会不同,则选取的PCB封装也就不尽相同了。
(1)直插式:依据其元件尺度的不同,常选用的封装为RB.2/.4、RB.3/.6、RB.4/.8、RB.5/1.0,其间RB后边的两个数值前者指的是电容两脚间的间隔,后者指的是该电容的外形直径。就如RB.2/.4,其间.2表明该元件封装两个引脚间的间隔为200mil,.4表明的是该电容的外形直径为400mil。
一同,这儿牵涉到了公英制的变换问题,一般10mil=0.245mm,而在Protel 99SE中常用的单位是mil,也就是英制。可是,当我们需求依据尺度制作元件的时分,需求的衡量单位就是公制,这是就能够经过Protel 99SE中【View/Toggle Units】来进行公英制的变换。
这儿依据容值的不同,查阅材料后断定C1=C2=CF=0.1uF,挑选的分装时RB.2/.4;CT=47uF,挑选的封装为RB.3/.6;CIN=130uF,挑选的封装为RB.3/.6;COUT=1000uF,挑选的封装为RB.5/1.0。
(2)贴片式:依据其元件尺度的不同,常选用的封装为RAD0.1~RAD0.4,其间RAD0.1中的0.1和RAD0.4中的0.4所表明的意义均是两个焊盘之间的间隔,前者为100mil,后者为400mil。(学习高频开关电源常识请重视微信大众号:高频开关电源研制精英圈)
这儿依据容值的不同,查阅材料后断定C1=C2=CF=0.1uF,挑选的分装时RAD0.1;CT=47uF,挑选的封装为RAD0.2;CIN=130uF,挑选的封装为RAD0.2;COUT=1000uF,挑选的封装为RAD0.4。
4.2 二极管
(1)直插式:依据二极管类型以及功率巨细的不同,其封装办法有DIODE-0.4(小功率)和DIODE-0.7(大功率)。相同,这儿的0.4和0.7表明的是只二极管的长短,别离为400mil和700mil。
依据电路功率等的要求,这儿挑选VD1的封装为DIODE-0.7。随后经过查阅元器材手册及收索相关材料,断定VDZ1、VDZ2、VD2和VD3的封装也均为DIODE-0.7。
(2)贴片式:在Protel 99SE中贴片二极管的封装能够套用贴片电容的封装办法。因为在挑选直插式的过程中,5个二极管的封装均为DIODE-0.7,所以在贴片的挑选中,也将5个二极管的封装均挑选为RAD0.4
4.3 电阻
(1)直插式:电阻在电路图制作的过程中呈现的频率十分的高,可是本论文的单片高频开关电源电路中只要一个电阻。可是关于电阻的选型仍是不能漫不经心。常见的直插式电阻的封装有AXIAL0.3-AXIAL1.0。关于电路板而言,电阻的选取与其电阻值底子不相关,完全是按该电阻的功率数来决议的,1/4W和1/2W的电阻,都能够用AXIAL0.3元件封装,而功率数大一点的话,可用AXIAL0.4或AXIAL0.5等等。
因为是高速电路,所以关于R1挑选封装为AXIAL-0.5。
(2)贴片式:在Protel 99SE中常用的贴片电阻的封装有0402、0603、0805、1206等七种,关于不同功率下的贴片电阻,其挑选就各不相同。这儿因为前面我们关于R1的直插式封装挑选的是AXIAL-0.5,所以相应的,他的贴片式封装挑选的也应该契合相应的功率要求,这儿挑选的是0805。
这儿所谓的0603、0805等这些数值表明的都是元器材的外形尺度,详细对应联系如表1所示。

4.4 其他元器材
因为如图1-3的电路图中有些元件的封装在Protel 99SE的PCB封装库里面找不到,这时分就需求经过查阅相关的数据、材料,断定元器材的外形尺度,然后在PCB元件库中新建一些元器材。
5 克己单片高频开关电源的元器材封装
如4.4小节所言,在制作本论文的高频开关电源的PCB地图的时分,有少许的PCB元器材的封装需求克己,这儿就制作图1-3中的整流桥。
双击新建的PCB文件后,点击左面【Browse PCB/Components】下的“Edit”按钮,进入PCB元件库制作区域。经过【Tools/New Components】新建一个元器材,并对其进行命名。接着就在右边的制作区制作整流桥的封装。
依据查阅的信息能够整流桥的4个引脚间的尺度均为10mm,这样关于制作就显得反常的便利。
(1)点击“Place Pad”按钮,如右图所示。将Pad放置于(0,0),随后顺次在(0,10)、(-10,0)和(-10,-10)。
(2)依据查阅到的整流桥的外形和符号标明,对其进行外形的制作,这儿需求留意的是,因为制作外形,所以不应在导线安顿层,即不应在“Top Layer”、“Bottom Layer”上制作外形线,而应该在“Top Overlay”上制作元器材封装的外形。制作后如图1所示。

(3)依据整流桥的功用,对其四个引脚进行标明处理,经过【Place/String】,然后点击“Tab”键,弹出如图2所示的【String】对话框。

(4)在“Text”旁的框中输入引脚的标明——“+”,然后将“Layer”旁的下拉列表挑选为“Top Overlay”,点击OK,随后将鼠标指针带领的“+”放置在1号引脚旁。如图3所示。

(5)用相同的办法,对2、3、4号引脚别离进行标明,其制作后的作用如图4所示。
(6)引脚焊盘的处理:因为桥式整流的输出电流较大,所以焊盘的直径要加大至7.5mm左右,相当于300mil,终究作用如图5所示。


(7)然后点击左面【Browse PCBLIB】下的“UpdatePCB”按钮,并保存,这样制作的整流桥的封装就会呈现在PCB的元件库内。
用相同的办法对变压器进行制作,终究经过整理能够得到图1-3单片高频开关电源的元器材封装列表。如表2所示。

6 单片高频开关电源PCB地图的布局规划
Protel 99SE在PCB布线中供给了两种布线的办法:手动布局和主动布局。
6.1 主动布局
主动布局是经过SCH图的电气衔接凭借网络表这一媒介,将电路图转化为PCB地图的一个办法。(学习高频开关电源常识请重视微信大众号:高频开关电源研制精英圈)
(1)网络表的树立
树立网络表前有个准备作业要做,就是对每个元器材要进行其封装的设置,双击图1-2中的整流桥,会呈现【Part】对话框,在【Attributes】选项卡中的“Footprint”旁输入该整流桥的封装,在本论文的单片高频开关电源中,因为整流桥是自己制作的,依据自己对元器材封装的命名,此处应为“BRIDGE”(如图6所示),输入后点击OK即可。

用相同的办法,依据表2中各个元器材直插式的封装号,对SCH图中各个元件进行参数的修正。
随后经过【Design/Creat Netlist…】创立图1-2单片高频开关电源SCH图的网络表。
(2)将SCH转化为PCB
在经过网络表将SCH转化为PCB之前,先要在PCB中划定需求制作的PCB板的规模,即断定一个外框。其框的巨细应该依据规划的SCH图进行设置和设定。一同这个外框的应该是在“KeepOut Layer”上制作。
断定了PCB板的外形规模之后,经过【Design/Netlist…】会呈现【Netlist】对话框,在点击“Browse”后挑选刚刚由高频开关电源SCH图生成的网络表,在【Netlist】对话框下方的“No.”、“Action”和“Error”会呈现在由SCH图创立的网络表(如图7所示)中的相关内容,包括元器材、电气衔接、节点等。在这儿需求留意的是,要将“Error”修正为零。依据不同的状况,“Error”下的表明会不同,但不论如何,终究都应该将“Error”修正为0。随后点击下方的“Execute”按钮,这时就会发现在正本已断定好的PCB地图规模的有房呈现了相应的元器材。它们之间还有依据SCH导线衔接的电气衔接线,如图8所示。


(3)主动布局
经过网络表生成的PCB元件也竟悉数摆放规整了,下面只需求经过【Tools/AutoPlace…】对弹出的【Auto Place】对话框进行设置就能够了,在弹出的【Auto Place】对话框中有两个选项,这需求依据不同电路板的要求来进行挑选,而依照本论文的单片高频开关电源电路图的特点以及元器材的杂乱程度、密集程度等,挑选“Cluster Placer”这个选项,然后点击OK。这时Protel 99SE就会将刚呈现的那些元器材初步布局,布局的方位是在一初步界说的PCB地图的外框内。
本单片高频开关电源电路图主动布局后如图9所示。

主动布局之后,还需求对其进行布线,相同布线也有两种办法:主动布线和手动布线。(学习高频开关电源常识请重视微信大众号:高频开关电源研制精英圈)
(4)主动布线
图8中有需求细线,这些线就是依据SCH图衔接所发生的预布线,如果选用主动布线,则只需求经过【Auto Route/All】,然后对弹出的【Autorouter Setup】对话框进行设置即可,一般性都是用Protel 99SE所供给的默许设置,即如图10所示。


随后点击下方的“Route All”按钮,Protel 99SE就会对其进行主动布线。
(5)手动布线
Protel 99SE对元器材进行好主动布局之后,我们能够手动依据预布线的衔接进行布线,就如图11对VDZ2的2号脚和整流桥的2号脚进行手动布线。

预布线现已明晰的说明晰哪两个引脚之间需求进行导线的衔接,随后经过【Place/Track】进行导线的制作,这时分需求留意的是选中的层应该为“Top Layer”或“Bottom Layer”,先点击VDZ2的2号脚,然后经过自己的布线,终究完毕于整流管的2号脚。在衔接的过程中,会发现在导线经过的过程中,本来的预布线会逐步消失,直至到把两个引脚衔接起来为止。
用相同的办法就能对整个元器材布局进行手动布线的处理。
6.2 手动布局
手动布局就不需求经过SCH导出网络表,而是直接经过在PCB中放置元器材的封装来进行的。依据图1-3的布局和衔接,手动放置元器材的封装,并用导线对其进行引脚间的衔接,制作出双面直插式高频开关电源PCB地图,如图12所示。


6.3 PCB的优化
布线后,会发现有许多不合理之处,还需加以优化。
(1)走线
依据制作高速电路PCB地图的要求,一切的导线应该越短越好,尽可能的精简,可是如图13为图12中截取的一小块PCB地图走线,其导线走线过于的杂乱繁琐,更形成了导线与导线之间不必要的电磁辐射搅扰。这儿就能把走线从本来的两根还成T字型走线,如图14所示。



(2)元器材邻近的走线
依据要求,一般在整流桥的四个孔周围2.54mm不能有线条,而在图15所示的电路中,在整流桥3号引脚的走线中,发生了对4号引脚的辐射搅扰问题;相同2号引脚的走线也对3号引脚发生了搅扰问题。所以这些都是不正确的走线。应该为如图16所示的走线办法。


所以,在这修正之后的双面直插式PCB地图如图17所示。


(3)布线宽度与线路电流的联系
关于变压器来说,一次侧电流和二次侧电流是不同的,本高频开关电源电路的一次测电流是1A,二次侧电流是5A,所以其线宽也应该是不一样的,需求载流的值越大,走线的宽度也因该越大,而关于流过光耦的电流值较小,所以就不需求很粗的导线。对图17进行修正后,才干契合本单片高频开关电源的要求,如图18所示。

6.4 双面贴片式PCB地图的制作
依据表1中元器材的贴片封装的挑选,能够制作出如图19所示的

6.5 四面贴片式PCB地图的制作
前面有介绍多层板,而本论文中的单片高频开关电源能够运用四层板,即Top layer层、Bottom layer层外,另一层为高频开关电源层、还有一层便是接地层。其制作后如图20和图21所示,图20是设置了整层Vcc显现后的电路图,图21是设置了整层GND显现后的电路图。


高频开关电源PCB地图的电磁兼容剖析
1 电磁兼容的概述
自从1866年世界上第一台发电机初步发电至今的一百多年里,人类在制作出越来越杂乱的电气设备的一同,也制作出越来越严峻的电磁“污染”。如果不正视这种污染,研制出来的各种仪器设备在这种电磁污染严峻的当地将无法正常作业。
1881年英国科学家希维赛德宣布了“论搅扰”的文章,标志着研究抗搅扰问题的初步。早在20世纪40年代,人们就提出了电磁兼容性的概念。我国从20世纪80年代至今,已制定了上百个电磁兼容国家规范,强制要求一切的电气设备有必要经过相关电磁兼容规范的功用测验。
电磁兼容(EMC)的界说也就是指一个产品和其他产品共存于特定的电磁环境中,而不会因引起其他产品或许自身功用下降或损坏的才能。(学习高频开关电源常识请重视微信大众号:高频开关电源研制精英圈)
2 单片高频开关电源PCB地图及其电磁兼容剖析
2.1 双面直插式PCB地图及其电磁兼容剖析
如图10所示,为单片高频开关电源双面直插式的PCB地图(其间元件均为直插式元件且在制作过程中仅用了Top Layer和Bottom Layer两层,故本文称其为双面直插式PCB地图)。
(1)元器材的布局
在制作图10的过程中,能够知道,本论文中的PCB地图的制作和SCH图的布局类似,是依照电路的流程对电路中各个功用单元的方位进行安排、放置的,这样的布局便于信号流转,并使信号尽可能坚持一致的方向。一同元器材也应该均匀、规整、紧凑地摆放在PCB上.尽可能的削减和缩短各元器材之间的引线和衔接。
此外,元件的布局应也应该考虑以下几个方面的内容:
A.对温度比较灵敏的器材最好安顿在温度最低的区域(如设备的底部),千万不要将它放在发热器材的正上方,多个器材最好是在水平面上交织布局;
B.在印制电路板上安顿逻辑电路,原则上应在输出端子邻近放置高速电路,如光电阻隔器等,在稍远处放置低速电路和存储器等,以便处理公共阻抗的耦合、辐射和串扰等问题。在输入输出端放置缓冲器,用于板间信号传送,可有用防止噪声搅扰。
C.电路板上装有高压、大功率器材时,与低压、小功率器材应坚持一定间隔,尽量分隔布线。在大功率、大电流元器材周围不宜布设热敏器材或运算放大器等,防止发生感应或温漂。
D.在高速印制板电路中,较为常呈现的是数字电路和模仿电路一同呈现的状况关于这种状况,尽可能的将数字电路会集、模仿电路会集,但两者间需求坚持一点的间隔,以防数模互扰,图2-1所示为印制线路板元器材布局图实例。

(2)电容的谐振频率和高次谐波
其时,会发生串联谐振,这时电容器的阻抗最小,旁路作用最好。超越谐振点后,电容器的阻抗特性呈现电感阻抗(感抗)的特性,而且跟着频率的升高而增加,旁路作用初步变差。这时,作为旁路器材运用的电容器就初步失去了旁路的作用。所以在电磁兼容规划中运用的电容要求谐振频率尽量高,这样才干够在较宽的频率规模(10kHz~1GHz)内起到有用的滤波作用。(学习高频开关电源常识请重视微信大众号:高频开关电源研制精英圈)
在未加滤波电容之前,整流电路中的二极管导通角θ为π。加滤波电容后,只要当电容充电时,二极管才导通,因而,每只二极管的导通角均小于π。跟着滤波电容的增加,二极管的导通角将会越来越小,而依据傅里叶展开式1和图2-2可知,当导通角变小时,高次谐波就会增大,这样频率也就变大了,发生的辐射搅扰也就增大了。


(3)导线宽度
因为瞬变电流在印制线条上所发生的冲击搅扰首要是由印制导线的电感成分形成的,因而应尽量减小印制导线的电感量。印制导线的电感量与其长度成正比,与其宽度成反比,因而短且精的导线对按捺搅扰是有帮助的。时钟引线、行驱动器或总线驱动器的信号线常常载有更大的瞬变电流,此刻印制导线要尽可能地短。而关于导线宽度的挑选常常是与承载的电流有关的,其对应联系如表2-1所示。

Protel 99SE关于导线宽度的默许值是10mil,这类宽度的导线在制作低速电路的时分仍是能够运用的,可是到了高速电路,10mil宽度的导线将无法承载如此大的瞬变电流。一同由表2-1可知,关于不同厚度、不同宽度的铜箔的载流量也是不同的。需求留意的是,用铜皮作导线经过大电流时,铜箔宽度的载流量应参阅表中的数值降额50%去挑选。规范PCB板的铜箔厚度为35~40μm,本单片高频开关电源电路的载流值为1A,所以布线宽度至少要有25/20mm~28/20mm宽才行。这儿,选取一个均值,为1.7mm。考虑到2次谐波较大,电流的有用值较大,按2A来断定布线宽度,为3.4mm,相当于120min。
(4) 电磁搅扰
依据电磁兼容(EMC)的界说能够知道,EMC包括EMI(电磁搅扰)及EMS(电磁耐受性)两部份,所谓EMI,是指机器自身在履行应有功用的过程中所发生不利于其它体系的电磁噪声;而EMS是指机器在履行应有功用的过程中不受周围电磁环境影响的才能。
一般防止电磁搅扰的办法,例如高频开关电源,就是在其外面加上一个金属盒子,而且将其接地。而关于印制电路板来说,较为有用地操控电磁搅扰的办法是削减导线的走线长度,即导线布线越短越好。
(5) 铺地
铺地一般是用GND,因为这样能够增加它的散热性。铺地之前肯定要先衔接好,对应相应的网络标号连起来。铺地它仅仅把一切的GND连一同,并加大它的面积,这样可下降EMI和增加它的散热性。图2-3就是图18全面铺地后的作用(一定要留意地与线路之间的间隔尤其是输入部分,在这儿仅仅随意弄了个作用图)。(学习高频开关电源常识请重视微信大众号:高频开关电源研制精英圈)

(6) 导线的电阻和感抗
印制电路板制作过程中,导线多为铜线,铜金属自身的物理特性决议了其在导电过程中必定存在一定的阻抗,所以在印制电路板中,导线均可被看作是很规矩的矩形铜条。
而导线电阻可经过公式来核算:

式中L为导线长度(米),S为导线截面积(平方毫米),为电阻率。
当一段远离其他导体的导线,其长度远大于宽度时,导线的自感量为0.8μH/m,那么10cm长的导线则具有0.08μH的电感量。然后经过下面的公式能够求出该PCB板导线所呈现出来的感抗:

式中π为常数,f为导线经过信号的频率(Hz),L为单位长度导线的自感量(H)。别离核算出该导线在低频和高频下的感抗:
当f=10KHz时,XL=6.28×10×103×0.08×10-6≈0.005Ω;
当f=30MHz时,XL=6.28×30×106×0.08×10-6≈16Ω
经过以上公式核算能够看到,在低频信号传输中导线电阻大于导线感抗,而在高频信号中导线感抗要远远大于导线电阻。
(7)走线的原则
高速PCB规划中线路的走线也是其间很重要的一个部分,因为PCB走线之间会发生串扰现象,这种串扰不仅仅会在诗中和其周围信号之间发生,也会发生在其他要害信号上,如数据、地址和输入/输出信号线等,都会遭到串扰和耦合影响[14]。
一般习惯性让一切的信号走线的间隔满意以下三点规矩:
A.两条走线中心之间的间隔应该大于或等于走线宽度的3倍;
B.PCB边际的走线,PCB边际到走线边际的间隔应该大于3倍的走线宽度;
C.如果走线之间有过孔,那么走线间隔应该大于或等于走线宽度的3倍,如图2-4所示。

(8)角落走线
本文中的单片高频开关电源的频率因为不到10GHz,所以在PCB地图的制作过程中,引荐运用的是45°角落的制作办法,当然圆角角落也是能够的。
不引荐运用直角角落的原因有两个,其一是制形成PCB板后,直角角落比较尖利,在运用过程中较简单被脱落;其二就是关于电磁兼容而言,直角角落会对其周围发生辐射。
在走线的确需求直角角落的状况下,一般就用两种办法来进行改善:其一是将90°角落变成两个45°角落;其二就是用圆角来代替90°角落,如图2-5所示。

当然这两种角落办法中圆角办法是最好的。45°角落能够用到10GHz频率上,而且关于45°角落走线来说,角落的长度最好满意:L≥3W,如图2-6所示。

(9)泪滴焊盘
在高速电路中,为了使走线愈加平稳、敏捷的传递电流,Protel 99SE为我们供给了“泪滴焊盘”的功用。经过这个功用,能减小电流关于元器材焊盘的瞬间损害,也能使电流的传递愈加的方便和安稳。在Protel 99SE中,能够设置两种泪滴焊盘的办法,一种是“Arc”,另一种是“Track”。它们别离如图2-7和图2-8所示。


关于泪滴焊盘的设置则能够经过单击【Tools/Teardrops/Add】后弹出【Teardrops】对话框,如图2    -9所示。其间在左面【General】选项卡中能够对需求泪滴焊盘的焊盘乃至是过孔进行设置。

(10)过孔的运用
过孔是由孔和孔周围的焊盘区和内层电气阻隔区组成的。过孔的寄生电感、寄生电容等会影响经过过孔的高速信号,一同过孔的尺度和与之相衔接的焊盘等都对过孔的特点发生直接的影响。
①寄生电容
过孔自身存在着对地或高频开关电源的寄生电容,过孔的寄生电容能够用以下公式核算得到近似值:

式中:D2——地平面层孔直径;
      D1——过孔焊盘直径;
      T——PCB板的厚度;
      ——板基材的相对介电常数;
      C——寄生电容容量。
当D1与D2相当挨近时,寄生电容十分大。这样它就延长了电路中信号的上升时刻,下降了电路的速度。尽管单个过孔的寄生电容引起的上升沿变缓的功效不是很明显,可是如果走线中屡次运用过孔进行层间的切换,仍是需求加以考虑的。
如图2-10示,为有过孔的PCB地图,可是经过更改线路的走向,完全能够防止此过孔的发生,修正后的如图2-11。


②寄生电感
在数字信号中,尤其是高速电路中,过孔的寄生电感带来的损害远远超越寄生电容,寄生电感会削弱滤波电容和旁路电容的作用,削弱整个高频开关电源体系的滤波作用,而且影响信号的传输质量。过孔的寄生电感可用下式核算:

式中:L——过孔的寄生电感;
      h——过孔的深度;
      d——过孔的直径。
式中包括对数核算,所以改动过孔直径对过孔电感的影响很小,而改动过孔深度则对过孔电感的影响较大。
正因为如此,在高速PCB规划时,期望尽量削减过孔的数量,如果真实不可,则期望过孔越小越好,这样板上就留出了更多的布线空间。此外,过孔越小,寄生电容也越小,更适合用于高速电路。
许多状况就像图2-10和图2-11所示,前者走线简练便利,可是却要用过孔来进行上层与基层的过渡;后者走线长度增加了,可是因为其邻近并无特别的元器材,所以省去了一个过孔,能够削减相应的寄生电容和寄生电感带来的形象。所以,在规划PCB地图,尤其是高速PCB地图的时分关于过孔的运用需求特别的留意。(学习高频开关电源常识请重视微信大众号:高频开关电源研制精英圈)
(11)引脚电容
因为图17所示的PCB地图规划中的元器材均为直插式元件,所以其金属引脚间会存在引脚电容的状况。
一般大多数元器材引脚间隔为0.1in,对地约有几个pF的电容,高速印制电路板上的焊盘可能会在元器材的每边各增加0.5pF的电容。首要起到了隔直传交的功用,当然仅仅电容最底子的功用。此外,如果在输入端,此电容就叫做旁路电容,首要是经过完结沟通旁路来消除无用的能量进入灵敏的部分,别的还能够供给基带滤波的功用;如果0.5pF的电容在输出端,则被称为去耦电容,去耦电容能够为元件供给部分化的直流电压源,而且削减跨板浪涌电流的搅扰。
而关于究竟用多大容值的电容,表2-2可作为一个参阅值。

2.2 双面贴片式PCB地图的电磁兼容剖析
由表2-1可知,相关于直插式(DIP)的安装,元器材贴片式(STM)更为的优越。如图18,贴片式元器材比起直插式元器材,削减了衔接脚的长度,这样也就削减了搅扰的发生以及传递。尽管贴片式元器材焊接起来的较为的困难,可是如果是在高速电路中运用,信任贴片式元器材绝对是“物超所值”。信任甘愿花费多一点的时刻进行焊接,也比用直插式元器材快速焊接好,可是测验中呈现大量的电磁搅扰的问题。所以能用贴片式的元器材应尽量运用贴片式,由其是电阻、电容、电感、集成电路等。
2.3 四面贴片式PCB地图及其电磁兼容剖析
尽管与双面直插式相比,双面贴片式更具优势。可是如果拿双面贴片式和四面贴片式来进行比较,会发现后者的优势和长处更大。当然在高速电路规划中并不是PCB地图的层数越多越好,而是应该依据所规划的SCH图进行剖析,随后合理的挑选PCB地图的层数。合理而且优良的PCB多层规划能够进步整个体系的EMC功用,并减小PCB回路的辐射、搅扰效应。(学习高频开关电源常识请重视微信大众号:高频开关电源研制精英圈)
多层板常常呈现在高速、高功用的体系中,其间的一些层是用来设置高频开关电源或地的,这些层将作为与之相邻的信号走线的电流返回途径。图2-12所示为一种典型多层PCB叠层的装备。

表2-3为常用多层PCB层的规划装备,如果在制作多层的状况下,可将其作为一种参阅。

会在高速电路中引荐运用多层电路板,是因为多层电路板中有专门分配给高频开关电源和地的层,因而也就具有了如下的长处:高频开关电源十分安稳;电路阻抗大幅下降;配线长度大幅缩短。
而本论文中的单片高频开关电源能够运用四层板,即Top layer层、Bottom layer层外,另一层为高频开关电源层、还有一层便是接地层。其制作后如图20和图21所示。
而层数的设置能够经过【Design/ Layer Stack Manager】进行层的增加、信号层的增加等,双击增加层的姓名还能对层的特点进行修正,如图2-13所示。

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