提高PCB板性能指标研究

刘双庆 谢宝陵

摘要：该文从印刷电路板具体设计出发，规范了地线设计，优化了电磁兼容性设计、热效用设计以及布局设计，提高了印刷电路的可靠性和稳定性。

关键词：地线；印刷板；环路；总线；控制

中图分类号：TP336文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)26-6379-02

Research On Improving the Performance Index of PCB

LIU Shuang-qing, XIE Bao-ling

(The Basis of the Department of Computing in the Army Officer Academy, Heifei 230031, China)

Abstract: This paper starts from the detailed design of printing circuit boards,standardizes the ground wires design and optimiz? es the design of electromagnetic compatibility thermal effect and layout,thus improves the reliability and stability of printing cir? cuit.

Key words: ground wire; PCB; loop; bus; control

目前各类电子设备上的电子元器都是以印刷电路板为基体，通过焊接固定在PCB板上。电子产品在实际使用过程中会出现一些无法预知的问题，有时问题与PCB板电路原理图的设计没任何关系，也就是说原理图是正确的。通过试验分析，PCB板设计不当，会影响电子设备的可靠性。为了提高PCB板的可靠性和稳定性，在设计过程中必须采用正确的设计步骤和方法。

1 PCB板器件布置

PCB板大小要根据元器件的多少来确定，面积过大会增加覆铜线的长度，引起阻抗增大，抗噪声能力下降，成本也得到相应的提高；如果设计过小，会影响散热，同时会受到临近线条的干扰。

在器件整体布置时，应把与该器件相关的电路尽量放在一块，这样会提高PCB板的抗噪声效果。如图1所示。CPU附近的晶振、时钟发生器很容易产生噪声，在设计时把它们放在一块。噪音较大的元器件、大电流电路应尽量远离逻辑电路，如果不影响产品的封装，可以考虑另做电路板，这一点至关重要。

2配置去耦电容

在以直流为电源的回路中，所带负载大小的变化会产生电源噪声。数字电路中高低电平的转换会引起很大的尖峰电流，产生瞬变的噪声电压。合理的配置去耦电容会降低负载变化所影起的噪声，具体配置如下：

1)采用10～100uF的电解电容器跨接在电源的输入端，如果PCB板尺寸足够大，为了提高抗干扰性能，在电源端接100uF的电解电容器。

2）为了减少电源对集成电路的影响，在其电源端接上一独石电容或瓷片电容，电容大小为0.01uF。有时在设计PCB板时，为了降低成本，将多片集成芯片紧挨在一起。不可能给每一芯片接上一电容，通常将几个芯片分成一组，以组为单位接上一个容量为10uF的钽电解电容器。

3）ROM、RAM等存储型器件关断时电流变化大，抗噪声能力弱，用一个去耦电容直接接在电源和地之间。

4）设计去耦电容时，引脚越短越好，尤其是在设计高频电路时，最后采用贴片电容。

3电磁兼容性设计

电磁兼容性是指电子设备抗电磁干扰的一个重要指标。为了提高电子设备对外界的抗干扰能力，确保其在特定的电磁环境中工作正常，减小对其它设备的电磁干扰而采取的一个设计方法。

3.1导线宽度

PCB板中的导线具有一定的电感量，这个电感量的大小与其宽度成反比，与导线的长度成正比。在实际电路中的时钟引线、总线常常会产生很大的瞬变电流，这种导线要尽可能的短。1.5mm左右的印刷导线完全可以满足分立元件电路的要求；0.2～1.0mm之间印刷导线可以满足集成电路要求。

3.2布线策略

为了减少导线电感量，设计时可以采用平行走线，但这样设计会增加分布电容。具体设计时在PCB板的一面横向布线，另一面纵向布线，在交叉位置用过孔相连。设计时避免长距离的平行走线，这样会减小PCB板中导线与导线之间的干扰，在设计时让线与线之间保持足够大的距离，条件允许的情况下，在敏感的信号线之间增加一条接地线，信号线与电源线做到不交叉，这样会减小电源对信号的影响。

4地线设计

地线的设计和电源一样重要，合理安排接地方式和接地点的位置。把不同电气特性的地分开设计，在设计地线时应注意以下几点：

1）分开设计数字电路和模拟电路，在实际设计PCB板时往往会有高速逻辑电路和低速的线性电路，尽可能的将它们分开设计，逻辑电路应该接逻辑地，线性电路应该接电源地，必须强制将它们分开接地。电源地线上的电流大，为了减小接地电阻，尽可能的加粗电源的地线。

2）在不影响设计器件布局的情况下，地线尽可能的加粗。地线设计过细，地线的电阻会变的很大，地线上的压降和电流成正比，点与点之间的电位发生改变。特别是对时钟信号影响最大，在对时钟周期要求较高的数字电路中，有可能影响电路的正常工作，电路的抗噪能力差。因此在设计PCB板的地线时应加大接地线面积，使它能通过PCB板3倍的允许电流，设计的地线应大于3mm。

3）设计数字地时，采用环形接地。随着集成电路的广泛应用，在设计时尽量使用集成电路，有时PCB上放置了很多集成芯片，这样空间有限，地线不能设计太粗。如果在它们周围有能耗高的元件时，地线上会产生很大的电位差，抗噪声能力降低。采用环形接地可以减小接地点的电位差，提高PCB板的抗噪声能力。

5热设计

元器件在PCB板合理安装能提高设计的散热能力，其器件在PCB板上的排列要科学合理，不能过于随意。

在放置集成芯片时，当电子设备采用空气对流散热时，在对集成芯片布局时采用纵向排列，如图2所示；当电子设备采用强制散热时，在对集成芯片布局时采用横向排列，如图3所示。PCB板上的元器件应根据其发热的高低和散热的程度分开排列。冷却气流的最上游放置发热量小或耐热性差的器件，冷却气流最下游放置发热量大或耐热性好的器件。

大功率器件水平排列时，将其设置在PCB板的边沿，以便缩短传热路径；在垂直排列时，将其设置在印制板上方，这样可以减小其温度对其它器件的影响。

温度比较敏感的器件应特别注意，器件的温度对它的电气性能影响较大，不能把它放置在发热器件的上端，如大功率电源器件上。

很多电子设备都是依靠空气的自然散热，采用强制散热的很少。在设计时，应分析设备中气流流动的路径，合理的安排器件的位置。PCB板在器件布局时不要留有较大的空域，这空域会减少空气的阻力，热气流增大，空域附近的元器件温度比其它地方的器件高，影响器件的稳定性。

大量实践经验表明，器件的排列方式影响印刷电路的温升，规划好器件的布局可以降低印刷电路的温度，降低设备的故障率。

6小结

通过优化印刷电路板的设计规则，改善了PCB板的可靠性和稳定性。但其性能也不同程度取决于具体电路，在设计中还需根据具体电路的功能、设备的使用环境等因素来综合考虑，才能最大程度地保证PCB板的可靠性和稳定性。

参考文献：

[1]余家春.Protel99SE电路设计实用教程[M].北京:中国铁道出版社,2003.

[2]曾峰.印刷电路板(PCB)设计与制作[M].北京:电子工业出版社,2002.

[3]李洪伟.可编程单片机外围芯片PSD的原理及应用[M].北京:电子工业出版社,2003.