PCB

在PCB电路设计中会遇到需要代换IC的时候,下面就来分享一下代换IC时的技巧,帮助设计师在PCB电路设计时能更完美。

一、直接代换

直接代换是指用其他IC不经任何改动而直接取代原来的IC,代换后不影响机器的主要性能与指标。

其代换原则是:代换IC的功能、性能指标、封装形式、引脚用途、引脚序号和间隔等几方面均相同。其中IC的功能相同不仅指功能相同,还应注意逻辑极性相同,即输出输入电平极性、电压、电流幅度必须相同。性能指标是指IC的主要电参数(或主要特性曲线)、最大耗散功率、最高工作电压、频率范围及各信号输入、输出阻抗等参数要与原IC相近。功率小的代用件要加大散热片。

1、同一型号IC的代换

同一型号IC的代换一般是可靠的,安装集成PCB电路时,要注意方向不要搞错,否则,通电时集成PCB电路很可能被烧毁。有的单列直插式功放IC,虽型号、功能、特性相同,但引脚排列顺序的方向是有所不同的。例如,双声道功放ICLA4507,引脚有“正”、“反”之分,其起始脚标注(色点或凹坑)方向不同:没有后缀与后缀为“R”,的IC等,例如M5115P与M5115RP。

2、型号前缀字母相同、数字不同IC的代换

这种代换只要相互间的引脚功能完全相同,其内部PCB电路和电参数稍有差异,也可相互直接代换。如:伴音中放ICLA1363和LA1365,后者比前者在IC第5脚内部增加了一个稳压二极管,其它完全一样。

一般情况下,前缀字母是表示生产厂家及PCB电路的类别,前缀字母后面的数字相同,大多数可以直接代换。但也少数特例,虽数字相同,但功能却完全不同。例如,HA1364是伴音IC,而uPC1364是色解码IC;数字是4558的,8脚的是运算放大器NJM4558,14脚的是CD4558数字PCB电路;故二者完全不能代换。所以一定还要看引脚功能。

有的厂家引进未封装的IC芯片,然后加工成按本厂命名的产品,还有为了提高某些参数指标而改进的产品。这些产品常用不同型号进行命名或用型号后缀加以区别。例如,AN380与uPC1380可以直接代换,AN5620、TEA5620、DG5620等可以直接代换。

二、非直接代换

非直接代换是指不能进行直接代换的IC稍加修改外围PCB电路,改变原引脚的排列或增减个别元件等,使之成为可代换的IC的方法。

代换原则:代换所用的IC可与原来的IC引脚功能不同、外形不同,但功能要相同,特性要相近;代换后不应影响原机性能。

1、不同封装IC的代换

相同类型的IC芯片,但封装外形不同,代换时只要将新器件的引脚按原器件引脚的形状和排列进行整形。例如,AFTPCB电路CA3064和CA3064E,前者为圆形封装,辐射状引脚:后者为双列直插塑料封装,两者内部特性完全一样,按引脚功能进行连接即可。双列ICAN7114、AN7115与LA4100、LA4102封装形式基本相同,引脚和散热片正好都相差180度。前面提到的AN5620带散热片双列直插16脚封装、TEA5620双列直插18脚封装,9、10脚位于集成PCB电路的右边,相当于AN5620的散热片,二者其它脚排列一样,将9、10脚连起来接地即可使用。

2、PCB电路功能相同但个别引脚功能不同lC的代换

代换时可根据各个型号IC的具体参数及说明进行。如电视机中的AGC、视频信号输出有正、负极性的区别,只要在输出端加接倒相器后即可代换。

3、类塑相同但引脚功能不同IC的代换

这种代换需要改变外围PCB电路及引脚排列,因而需要一定的理论知识、完整的资料和丰富的实践经验与技巧。

4、有些空脚不应擅自接地

内部等效PCB电路和应用PCB电路中有的引出脚没有标明,遇到空的引出脚时,不应擅自接地,这些引出脚为更替或备用脚,有时也作为内部连接。

5、组合代换

组合代换就是把同一型号的多块IC内部未受损的PCB电路部分,重新组合成一块完整的IC,用以代替功能不良的IC的方法。对买不到原配IC的情况下是十分适用的。但要求所利用IC内部完好的PCB电路一定要有接口引出脚。

非直接代换关键是要查清楚互相代换的两种IC的基本电参数、内部等效PCB电路、各引脚的功能、IC部元件之间连接关系的资料。实际操作时予以注意。

(1)集成PCB电路引脚的编号顺序,切勿接错;

(2)为适应代换后的IC的特点,与其相连的外围PCB电路的元件要作相应的改变;

(3)电源电压要与代换后的工C相符,如果原PCB电路中电源电压高,应设法降压;电压低,要看代换IC能否工作;

(4)代换以后要测量IC的静态工作电流,如电流远大于正常值,则说明PCB电路可能产生自激,这时须进行去耦、调整。若增益与原来有所差别,可调整反馈电阻阻值;

(5)代换后IC的输入、输出阻抗要与原PCB电路相匹配;检查其驱动能力;

(6)在改动时要充分利用原PCB电路板上的脚孔和引线,外接引线要求整齐,避免前后交叉,以便检查和防止PCB电路自激,特别是防止高频自激;

(7)在通电前电源Vcc回路里最好再串接一直流电流表,降压电阻阻值由大到小观察集成PCB电路总电流的变化是否正常。

6、用分立元件代换IC

有时可用分立元件代换IC中被损坏的部分,使其恢复功能。代换前应了解该IC的内部功能原理、每个引出脚的正常电压、波形图及与外围元件组成PCB电路的工作原理。同时还应考虑:

(1)信号能否从工C中取出接至外围PCB电路的输入端:

(2)经外围PCB电路处理后的信号,能否连接到集成PCB电路内部的下一级去进行再处理(连接时的信号匹配应不影响其主要参数和性能)。如中放IC损坏,从典型应用PCB电路和内部PCB电路看,由伴音中放、鉴频以及晋频放大级成,可用信号输入法找出损坏部分,若是音频放大部分损坏,则可用分立元件代替。

来源:网络、电子产品世界

围观 462

1、可能的状况降落低信号沿的变换速率

满足设计标准的同时尽量选择慢速的器件,通常在器件选型的时分。并且防止不同品种的信号混合运用,由于快速变换的信号对慢变换的信号有潜在串扰风险。

2、采用屏蔽措施

包地会招致布线量增加,线路板为高速信号提供包地是处理串扰问题的一个有效途径。但是。使本来有限的布线区域愈加拥堵。另外,地线屏蔽要到达预期目的地线上接地点间距很关键,普通小于信号变化沿长度的两倍。同时地线也会增大信号的散布电容,使传输线阻抗增大,信号沿变缓。

3、合理设置层和布线

减小并行信号长度,合理设置布线层和布线间距。缩短信号层与平面层的间距,增大信号线间距,减小并行信号线长度(关键长度范围内)这些措施都能够有效减小串扰。

4、设置不同的布线层

并合理设置平面层,为不同速率的信号设置不同的布线层。也是处理串扰的好办法。

5、阻抗匹配

也能够大大减小串扰的幅度。假如传输线近端或远端终端阻抗与传输线阻抗匹配。

线路板使用过程中,经常出现焊盘脱落,尤其是在线路板返修的时候,在使用电烙铁时,非常容易出现焊盘脱落的现象,PCB厂在本文中对焊盘脱落的原因进行一些分析,也针对原因采取相应的对策。

线路板焊接时焊盘很容易脱落原因分析

1、板材质量问题

由于覆铜板板材的铜箔与环氧树脂之间的树脂胶粘合附着力比较差,那样的话即使是大面积铜箔的线路板铜箔稍微受热或者在机械外力下,非常容易与环氧树脂分离导致焊盘脱落和铜箔脱落等问题。

2、线路板存放条件的影响

受天气影响或者长时间存放放到潮湿处,线路板吸潮含水份过高,为了达到理想的焊接效果,贴片焊接时要补偿由于水分挥发带走的热量,焊接的温度和时间都要延长。这样的焊接条件容易造成线路板铜箔与环氧树脂分层。

3、电烙铁焊接问题

一般线路板的附着力能满足普通焊接,不会出现焊盘脱落现象,但是电子产品一般都有可能出现返修,返修一般是用电烙铁焊接修复,由于电烙铁局部高温往往达到300-400度温度,造成焊盘局部瞬间温度过高,焊盘铜箔下方的树脂胶受高温脱落,出现焊盘脱落。电烙铁拆卸时还容易附带电烙铁头对焊盘的物理受力,也是导致焊盘脱落的原因。

针对焊盘在使用条件下容易脱落,线路板厂采取如下几个方面,尽可能的提高线路板焊盘耐焊接次数,以满足客户的需求。

1:覆铜板选用正品有品质保证的厂家出品的基材。一般正品覆铜板的玻璃纤维布选材和压合工艺能保证制造出得线路板耐焊性符合客户使用要求。

2:线路板出厂前用真空包装,放置干燥剂,保持线路板始终在干燥的状态。为减少虚焊,提高可焊性创造条件。

3:针对电烙铁返修时对焊盘的热冲击,我们尽可能通过电镀的增加焊盘铜箔的厚度,这样当电烙铁给焊盘加热时,铜箔厚德焊盘导热性明显增强,有效的降低的焊盘的局部高温,同时,导热快使焊盘更容易拆卸。达到焊盘的耐焊性。

来源:深联电路

围观 399

1、前言:

树脂塞孔的工艺流程近年来在PCB产业里面的应用越来越广泛,尤其是在一些层数高,板子厚度较大的产品上面更是备受青睐。人们希望使用树脂塞孔来解决一系列使用绿油塞孔或者压合填树脂所不能解决的问题。然而,因为这种工艺所使用的树脂本身的特性的缘故,在制作上需要克服许多的困难,方能取得良好的树脂塞孔产品的品质。

2、树脂塞孔的由来:

2. 1电子芯片的发展

随着电子产品技术的不断更新,电子芯片的结构和安装方式也在不断的改善和变革。其发展基本上是从具有插件脚的零部件发展到了采用球型矩阵排布焊点的高度密集集成电路模块。从下图可以看到零部件的发展历程:

PCB为什么要采用树脂塞孔?
最早的CPU

PCB为什么要采用树脂塞孔?
286CPU(插件脚)

PCB为什么要采用树脂塞孔?
奔腾系列CPU(插件脚)

PCB为什么要采用树脂塞孔?
球型排列的双核CPU

PCB为什么要采用树脂塞孔?
服务器CPU

2. 2 两个人的相遇成就了树脂塞孔技术

在PCB产业里边,许多的工艺方法都已经在行业内被广泛的应用,人们对于某一些工艺方法的由来基本上都已经不太关心。其实早在球型矩阵排列的电子芯片刚上市的时候,人们一直在为这种小型的芯片贴装元器件出谋划策,期望能从构造上缩小其成品的尺寸。

20世纪90年代,日本某公司开发了一种树脂,直接将孔塞住,然后在表面镀铜,主要是为了解决绿油塞孔容易出现的空内吹气的问题。因特尔将此种工艺应用到因特尔的电子产品中,诞生了所谓的POFV (部分厂也叫Via on pad)工艺。

3. 树脂塞孔的应用:

当前,树脂塞孔的工艺主要应用于下列的几种产品中:

3. 1 POFV技术的树脂塞孔

3.1.1技术原理

A. 利用树脂将导通孔塞住,然后在孔表面进行镀铜。

如下图:

PCB为什么要采用树脂塞孔?

B. 切片实例:

PCB为什么要采用树脂塞孔?

3.1.2 POFV技术的优点

  •   缩小孔与孔间距,减小板的面积,
  •   解决导线与布线的问题,提高布线密度。

3.2 内层HDI树脂塞孔

3.2.1技术原理

使用树脂将内层HDI的埋孔塞住,然后在进行压合。这种工艺平衡了压合的介质层厚度控制与内层HDI埋孔填胶设计之间的矛盾。

  •   如果内层HDI埋孔没有被树脂填满,在过热冲击时板子会出现爆板的问题而直接报废;
  •   如果不采用树脂塞孔,则需要多张PP进行压合以满足填胶的需求,可是如此一来,层与层之间的介质层厚度会因为PP片的增加而导致厚度偏厚。

3.2.2例图

PCB为什么要采用树脂塞孔?

3.2.3内层HDI树脂塞孔的应用

  •   内层HDI树脂塞孔广泛的被应用于HDI的产品中,以满足HDI产品薄介质层需求的设计要求;
  •   对于内层HDI有埋孔设计的盲埋孔产品,因为中间结合的介质设计偏薄,往往也需要增加内层HDI树脂塞孔的流程。
  •   部分盲孔产品因为盲孔层的厚度大于0.5mm,压合填胶不能把盲孔填满,也需要进行树脂塞孔将盲孔填满,避免后续流程中盲孔出现孔无铜的问题。

3.3 通孔树脂塞孔

在部分的3G产品中,因为板子的厚度达到3.2mm以上,人们为了或者提高产品的可靠性问题,或者为了改善绿油塞孔带来的可靠性问题,在成本的允许下,也采用树脂将通孔塞住。这是近段时间以来树脂塞孔工艺得以推广的一大产品类别。

PCB为什么要采用树脂塞孔?

4. 树脂塞孔的工艺制作方法:

4.1 制作流程

以上介绍的3种类型的树脂塞孔具有不同的流程,分别如下:

4.1.1 POFV类型的产品(不同工厂的设备不一样走的流程也不一样)

1、开料à钻孔→PTH/电镀→塞孔→烘烤→研磨→PTH/电镀→外层线路→防焊→表面处理à成型à电测àFQCà出货

2、开料à钻孔à沉铜à板电à板电(加厚铜)à树脂塞孔à打磨à钻通孔à沉铜à板电à外层图形à图形电镀à蚀刻à阻焊à表面处理à成型à电测àFQCà出货

4.1.2内层HDI树脂塞孔类型产品(两种流程:研磨与不研磨两种)

研磨流程:

1、开料à埋孔内层图形àAOIà压合à钻孔→PTH/电镀→塞孔→烘烤→研磨→内层线路→棕化→压合→钻孔(激光钻孔/机械钻孔)→PTH/电镀→外层线路à防焊à表面处理à成型à电测àFQCà出货

2、开料à埋孔内层图形àAOIà压合à钻孔à沉铜à板电à板电(加厚铜)à树脂塞孔à打磨à内层图形àAOIà压合à钻通孔à沉铜à板电à外层图形à图形电镀à蚀刻à阻焊à表面处理à成型à电测àFQCà出货

不需研磨:开料à埋孔内层图形àAOIà压合à钻孔→PTH/电镀→内层线路→棕化→塞孔→压平→烘烤→压合→钻孔(激光钻孔/机械钻孔)→PTH/电镀→外层线路→à阻焊à表面处理à成型à电测àFQCà出货

4.1.3外层通孔树脂塞孔类型

1、开料à钻孔→PTH/电镀→塞孔→烘烤→研磨→烘烤→外层线路→防焊→表面处理à成型à电测àFQCà出货

2、开料à钻孔à沉铜à板电à板电(加厚铜)à树脂塞孔à烘烤→研磨→烘烤à外层图形à图形电镀à蚀刻à阻焊à表面处理à成型à电测àFQCà出货

4.2 流程中特别的地方

  •   从以上流程中,我们明显发现流程有所不同。一般我们的理解是,“树脂塞孔”以后紧接着就是“钻通孔和沉铜板电”流程的产品,我们都认为是POFV的产品;如果“树脂塞孔”以后紧接着的流程是“内层图形”,则我们认为是内层HDI树脂塞孔产品;如果“树脂塞孔”以后紧接着的流程是“外层图形”;

  •   以上不同种类的产品在流程上是有严格界定的,不能走错流程;科鼎化工针对以上三种流程的特性研发出三种不同的油墨,TP-2900S\TP-2900\TP-2900C这三款油墨对应以上三种流程。

4.3 流程的改进

A、对于采用树脂塞孔的产品,为了改善产品的品质,人们也在不断的进行流程的调整来简化他的生产流程,提高其生产的良率;

B、尤其是对于内层HDI塞孔的产品,为了降低打磨之后内层线路开路的报废率,人们采用了线路之后再塞孔的工艺流程进行制作,先完成内层线路制作,树脂塞孔后对树脂进行预固化,然后利用压合阶段的高温对树脂进行固化。

C、在最开始的时候,对于内层HDI塞孔,人们使用的是UV预固+热固型的油墨,目前更多的时候直接选用了热固性的树脂,比较有效的提高了内层HDI树脂塞孔的热性能。

4.4 树脂塞孔的工艺方法

4.4.1 树脂塞孔使用的油墨

A、目前市场上使用于树脂塞孔工艺的油墨的种类也有很多。常见常用的有山荣(San-Ei ),科鼎化工(kotti)等供应商的品牌。

4.4.2 树脂塞孔的工艺条件

A、树脂塞孔的孔动则上万个,而且要保证不能有一个孔不饱满。这种万分之一的缺陷就会导致报废的几率,必然要求在工艺上进行严谨的思考和规范。

B、良好的塞孔设备是必然的要求。目前使用于树脂塞孔的丝印机可以分为两大类,即真空塞孔机和非真空塞孔机。

PCB为什么要采用树脂塞孔?

图例:

PCB为什么要采用树脂塞孔?PCB为什么要采用树脂塞孔?

4.4.3 普通丝印机的塞孔工艺

A、丝印机的选择着重要考虑最大的气缸压力,抬网方式,刀架的平稳性以及水平度等;

B、丝印的刮刀需要使用2CM厚度,70-80度硬度的刮刀,当然,一定要具备耐强酸、强碱的特性;

C、丝印的网版选择可以选择丝网,也可以选择铝片;所要控制的是根据塞孔工艺条件的要求,选择合适的丝网目数以及针对孔径的开窗大小;

D、树脂塞孔所用的垫板有多种讲究,但是往往被工程师所忽略。垫板不仅起到导气的作用,还起着支撑的作用。对于密集孔的区域,我们把垫板钻完了以后,整个区域都是空的,在这一位置,垫板出现弓起或形变,对于板的支撑力最差,这样会造成该位置塞孔的饱满度很差。所以在垫板制作的时候,要想办法克服大面积的空位的问题,目前最好的做法是使用2mm厚的垫板,只钻垫板的2/3深度。

E、在印刷的过程中,最重要的是控制好印刷的压力与速度,一般来说,纵横比越大,孔径越小的板,要求的速度越慢,压力要求越大。控制较慢的速度对于塞孔气泡的改善而言效果最好。

4.4.4 真空树脂塞孔机的塞孔工艺

由于真空树脂塞孔机昂贵的价格,以及其设备使用和维护技术的保密性,目前能够使用这种技术的PCB厂家屈指可数。

VCP真空树脂塞孔机的塞孔技术主要是它有一个油墨夹和两个可以横动的塞控头,塞孔头里有许多的小孔。在设备抽好真空后,用活塞将油墨夹里的油墨推至塞孔头里的小孔,两个横动塞孔头先夹紧板子,然后通过塞孔头里许多小孔把油墨填入板子上的通孔或盲孔。板子垂直挂在真空厢内,横动的塞孔头可以向下移动,直到把板里面的孔填满树脂为止。可以调节塞孔头与油墨的压力来满足塞孔饱满度的要求,不同的板子尺寸可以使用不同大小的塞孔头来塞孔。塞孔完成后,可以用刮刀浆塞孔油墨刮下再添加入塞孔油墨夹,重复利用。

目前还有一类真空塞孔机是借助于丝网进行印刷,采用CCD对位系统对位,其操作类似于普通丝印,但是多了一道真空塞孔的流程。此类塞孔机塞孔的效果最好,但是因为昂贵的设备投资,目前还没有得到广泛的应用。

使用真空塞孔机对于解决树脂的气泡问题无疑是最好的方法,塞孔油墨的选择基本上也不会受工艺所限制。但是因为整板面都有树脂,给树脂的清除造成了很大的困难。需要借助良好的打磨机共同使用。

4.4.5 树脂塞孔后的打磨

A. 不织布磨板机或者砂带研磨机是做树脂塞孔的必不可少的设备,一方面要求设备要能有效的除掉板面的树脂,另一方面也要求铜面的粗糙度不能有擦花、刮痕等问题。

PCB为什么要采用树脂塞孔?

PCB为什么要采用树脂塞孔?

5.树脂塞孔常见的品质问题及其改进方法

5.1 对于POFV产品

5.1.1 常见的问题

A、孔口气泡
B、塞孔不饱满
C、树脂与铜分层

PCB为什么要采用树脂塞孔?

5.1.2 导致的后果

A、孔口上面没有办法做出焊盘;孔口藏气,芯片贴装吹气,也叫out-gassing
B、孔内无铜
C、焊盘突起,导致贴不上元器件或元器件脱落

PCB为什么要采用树脂塞孔?

5.1.3 预防改善措施

A、 选用合适的塞孔油墨,控制油墨的存放条件和保质期,

B、规范的检查流程,避免贴片位孔口有空洞的出现。即便能倚靠过硬的塞孔技术和良好的丝印条件来提高塞孔的良率,但是万分之一的几率也能导致产品报废,有时仅仅因为一个孔的空洞造成孔上没有焊盘而报废实在可惜。这就只能通过检查来找出空洞的位置并进行修理的动作。当然,检查树脂塞孔的空洞问题历来也被人们所探讨,但似乎目前还没有什么好的设备能解决这一问题。而如何能让人工检查判断的准确性更高,也有许多不同的做法。

C、选择合适的树脂,尤其是材料Tg和膨胀系数的选择,合适的生产流程以及合适的除胶参数,方能避免焊盘与树脂受热后脱离的问题。

D、对于树脂与铜分层的问题,我们发现孔表面的铜厚厚度大于15um时,此类树脂与铜分层的问题可以得到极大的改善。(如下图)

PCB为什么要采用树脂塞孔?PCB为什么要采用树脂塞孔?

5.2 内层HDI埋孔,盲孔塞孔树脂塞孔

5.2.1 常见的问题

A、爆板
B、盲孔树脂突起
C、孔无铜

PCB为什么要采用树脂塞孔?

5.2.2 导致的后果

不用说,以上的几个问题都直接导致产品的报废。树脂的突起往往造成线路不平而导致开短路问题。

5.2.3 预防改善措施

A、控制内层HDI塞孔的饱满度是预防爆板的必要条件;如果选用在线路以后进行塞孔,则要控制好塞孔到压合之间的时间和板面的清洁性。

B、树脂的突起控制需要控制好树脂的打磨和压平;

5.3 对于通孔的塞孔,问题相对少一些,在此不做特别讨论。

6、树脂塞孔技术的推广

随着树脂塞孔技术应用的熟练度不断的提高,以及类似于气泡等顽固问题的有效解决,树脂塞孔技术在不断的被推广。例如HDI盲孔进行树脂塞孔填胶,叠层HDI结构的内层HDI埋孔VIP工艺等等。

PCB为什么要采用树脂塞孔?

目前在行业通行的标准(IPC-650)里面,似乎还没有给出对于树脂塞孔的孔上面铜厚的要求,潜在的风险是,一旦树脂塞孔的孔上面电镀的铜厚偏薄,经过内层HDI线路的表面处理,棕化处理以后,孔口上面的薄薄的铜会有被激光钻孔钻穿的可能,而且在电测试时是无法判定其有问题的。但这层薄薄的铜在耐高压等方面的品质着实让人担忧。

PCB为什么要采用树脂塞孔?

在此问题上,根据我们的实验数据,如能保证埋孔上面的铜厚大于15um,符合Hoz的完成铜厚要求,一般不会出现品质异常。当然,如果客户有更高的导通要求,则另当别论。

结论

树脂塞孔的技术经过多年的发展,已经逐渐的被许多用户所接受,并不断的在一些高端产品上发挥其不可或缺的作用。尤其是在盲埋孔、HDI、厚铜等产品上已经在广泛的应用,这些产品涉及到了通讯、军事、航空、电源、网络等等行业。作为PCB产品的制造者,了解了树脂塞孔工艺的工艺特点,应用方法,我们还需要不断的提高树脂塞孔产品的工艺能力,提升产品的品质,解决此类产品的相关工艺问题,真正用好并推广此类技术,实现更高技术难度PCB产品的制作。

文章来源:科鼎

围观 1249

LED开关电源的研发速度在最近几年中有了明显的技术飞跃,新产品更新换代的速度也加快了许多。作为最后一个设计环节,PCB的设计也显得尤为重要,因为一旦在这一环节出现问题,那么很可能会对整个的LED开关电源系统产生较多的电磁干扰,对于电源工作的稳定性和安全性也都会造成不利影响。那么,PCB的设计怎样做才是正确的呢?

通过最近几年中LED电源的元器件布局研究和市场实践结果证明,即使在研发初期所设计的电路原理图是非常正确,然而一旦PCB的设计出现问题,也会对电子设备的可靠性产生不利影响,例如由于电源、地线的考虑不周到而引起的干扰,就会使产品的性能下降,因此在设计PCB板的时候,就需要采用正确的方法。

在一块开关电源常用到的PCB板中,通常每一个开关电源都有四个电流回路,它们分别是输入信号源电流回路、电源开关交流回路、输出整流交流回路、输出负载电流回路。输入回路通过一个近似直流的电流对输入电容充电,滤波电容主要起到一个宽带储能作用。与之类似地,输出滤波电容也用来储存来自输出整流器的高频能量,同时消除输出负载回路的直流能量。所以,输入和输出滤波电容的接线端十分重要,输入及输出电流回路应分别只从滤波电容的接线端连接到电源。

输入和输出回路的设置和连接对于整个印刷线路版来说,是非常重要的,其合理与否将直接关系到电磁干扰的大小。如果在输入、输出回路和电源开关、整流回路之间的连接无法与电容的接线端直接相连,交流能量将由输入或输出滤波电容并辐射到环境中去。电源开关交流回路和整流器的交流回路包含高幅梯形电流,这些电流中谐波成分很高,其频率远大于开关基频,峰值幅度可高达持续输入、输出直流电流幅度的5倍,过渡时间通常约为50ns。这两个回路最容易产生电磁干扰,因此必须在电源中其它印制线布线之前先布好这些交流回路。

在LED开关电源的输入、输入回路中,每个回路都由三种主要的元件来构成,这三种元件分别是滤波电容、电源开关或整流器、电感或变压器。这三种重要的元件应彼此相邻地进行放置,调整元件位置使它们之间的电流路径尽可能短。建立开关电源布局的最好方法与其电气设计相似,最佳设计流程如下: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→设计输入电流源回路和输入滤波器。

来源:网络

围观 286

独一无二的浮动设计支持插针与插座间的无损伤接插

Molex提供创新的Coeur CST高电流互连系统,具有独特的新浮子设计,可调整不对齐的插针与插座之间的距离,方便PCB与PCB、PCB与母线棒,或母线棒与母线棒之间的接插,而在此过程中并无过度应力对插座造成损害。

Molex 全球产品经理Jeff Gaumer 表示: “当连接两个刚性PCB板或母线棒时,插针与插座很难完全对齐。在Coeur CST高电流互连系统中,我们的设计允许整个核心插座组件在外部外壳内移动,防止潜在的压力过大对触点造成损害。“这使得Coeur CST成为需要浮子对配电机械包装应用领域的理想选择。”

除了这种独特的浮子设计提供1.00mm的轴向浮子外,Coeur CST高电流互连系统在尺寸上也很紧凑,使得板对板的交叠轮廓低至5.00mm,不需要在交叠板上方或下方有一个大突起。系统还提供两种型号的插座分别是带或不带浮动功能。

灵活的、可扩展的Coeur CST高电流互连系统提供30.0到200.0A的电流,并提供广泛的配置,以适应PCB,总线棒和电线解决方案。多接触点能优化电气性能。所有CST形式因数插座(3.40、6.00和8.00mm)都采用相同的通用触点设计。

线对板和线对线Coeur CST解决方案将包括公、母压接端子,单排和多排外壳,具有触摸安全、配对先到后断选项、自动闩锁、面板安装选项、垂直和直角配置,以及PCB和总线棒安装标头选项。

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围观 402

在PCB电路设计中会遇到需要代换IC的时候,下面就来分享一下在代换IC时的技巧,帮助设计师在PCB电路设计时能更完美。

一、直接代换

直接代换是指用其他IC不经任何改动而直接取代原来的IC,代换后不影响机器的主要性能与指标。

其代换原则是:代换IC的功能、性能指标、封装形式、引脚用途、引脚序号和间隔等几方面均相同。其中IC的功能相同不仅指功能相同,还应注意逻辑极性相同,即输出输入电平极性、电压、电流幅度必须相同。性能指标是指IC的主要电参数(或主要特性曲线)、最大耗散功率、最高工作电压、频率范围及各信号输入、输出阻抗等参数要与原IC相近。功率小的代用件要加大散热片。

1、同一型号IC的代换

同一型号IC的代换一般是可靠的,安装集成PCB电路时,要注意方向不要搞错,否则,通电时集成PCB电路很可能被烧毁。有的单列直插式功放IC,虽型号、功能、特性相同,但引脚排列顺序的方向是有所不同的。例如,双声道功放ICLA4507,引脚有“正”、“反”之分,其起始脚标注(色点或凹坑)方向不同:没有后缀与后缀为“R”,的IC等,例如M5115P与M5115RP。

2、型号前缀字母相同、数字不同IC的代换

这种代换只要相互间的引脚功能完全相同,其内部PCB电路和电参数稍有差异,也可相互直接代换。如:伴音中放ICLA1363和LA1365,后者比前者在IC第5脚内部增加了一个稳压二极管,其它完全一样。

一般情况下,前缀字母是表示生产厂家及PCB电路的类别,前缀字母后面的数字相同,大多数可以直接代换。但也少数特例,虽数字相同,但功能却完全不同。例如,HA1364是伴音IC,而uPC1364是色解码IC;数字是4558的,8脚的是运算放大器NJM4558,14脚的是CD4558数字PCB电路;故二者完全不能代换。所以一定还要看引脚功能。

有的厂家引进未封装的IC芯片,然后加工成按本厂命名的产品,还有为了提高某些参数指标而改进的产品。这些产品常用不同型号进行命名或用型号后缀加以区别。例如,AN380与uPC1380可以直接代换,AN5620、TEA5620、DG5620等可以直接代换。

二、非直接代换

非直接代换是指不能进行直接代换的IC稍加修改外围PCB电路,改变原引脚的排列或增减个别元件等,使之成为可代换的IC的方法。

代换原则:代换所用的IC可与原来的IC引脚功能不同、外形不同,但功能要相同,特性要相近;代换后不应影响原机性能。

1、不同封装IC的代换

相同类型的IC芯片,但封装外形不同,代换时只要将新器件的引脚按原器件引脚的形状和排列进行整形。例如,AFTPCB电路CA3064和CA3064E,前者为圆形封装,辐射状引脚:后者为双列直插塑料封装,两者内部特性完全一样,按引脚功能进行连接即可。双列ICAN7114、AN7115与LA4100、LA4102封装形式基本相同,引脚和散热片正好都相差180度。前面提到的AN5620带散热片双列直插16脚封装、TEA5620双列直插18脚封装,9、10脚位于集成PCB电路的右边,相当于AN5620的散热片,二者其它脚排列一样,将9、10脚连起来接地即可使用。

2、PCB电路功能相同但个别引脚功能不同lC的代换

代换时可根据各个型号IC的具体参数及说明进行。如电视机中的AGC、视频信号输出有正、负极性的区别,只要在输出端加接倒相器后即可代换。

3、类塑相同但引脚功能不同IC的代换

这种代换需要改变外围PCB电路及引脚排列,因而需要一定的理论知识、完整的资料和丰富的实践经验与技巧。

4、有些空脚不应擅自接地

内部等效PCB电路和应用PCB电路中有的引出脚没有标明,遇到空的引出脚时,不应擅自接地,这些引出脚为更替或备用脚,有时也作为内部连接。

5、组合代换

组合代换就是把同一型号的多块IC内部未受损的PCB电路部分,重新组合成一块完整的IC,用以代替功能不良的IC的方法。对买不到原配IC的情况下是十分适用的。但要求所利用IC内部完好的PCB电路一定要有接口引出脚。

非直接代换关键是要查清楚互相代换的两种IC的基本电参数、内部等效PCB电路、各引脚的功能、IC部元件之间连接关系的资料。实际操作时予以注意。

(1)集成PCB电路引脚的编号顺序,切勿接错;

(2)为适应代换后的IC的特点,与其相连的外围PCB电路的元件要作相应的改变;

(3)电源电压要与代换后的工C相符,如果原PCB电路中电源电压高,应设法降压;电压低,要看代换IC能否工作;

(4)代换以后要测量IC的静态工作电流,如电流远大于正常值,则说明PCB电路可能产生自激,这时须进行去耦、调整。若增益与原来有所差别,可调整反馈电阻阻值;

(5)代换后IC的输入、输出阻抗要与原PCB电路相匹配;检查其驱动能力;

(6)在改动时要充分利用原PCB电路板上的脚孔和引线,外接引线要求整齐,避免前后交叉,以便检查和防止PCB电路自激,特别是防止高频自激;

(7)在通电前电源Vcc回路里最好再串接一直流电流表,降压电阻阻值由大到小观察集成PCB电路总电流的变化是否正常。

6、用分立元件代换IC

有时可用分立元件代换IC中被损坏的部分,使其恢复功能。代换前应了解该IC的内部功能原理、每个引出脚的正常电压、波形图及与外围元件组成PCB电路的工作原理。

同时还应考虑:

(1)信号能否从工C中取出接至外围PCB电路的输入端:

(2)经外围PCB电路处理后的信号,能否连接到集成PCB电路内部的下一级去进行再处理(连接时的信号匹配应不影响其主要参数和性能)。如中放IC损坏,从典型应用PCB电路和内部PCB电路看,由伴音中放、鉴频以及晋频放大级成,可用信号输入法找出损坏部分,若是音频放大部分损坏,则可用分立元件代替。

来源:电子工程世界

围观 295

PCB在实际可靠性问题失效分析中,同一种失效模式,其失效机理可能是复杂多样的,因此就如同查案一样,需要正确的分析思路、缜密的逻辑思维和多样化的分析手段,方能找到真正的失效原因。在此过程中,任何一个环节稍有疏忽,都有可能造成“冤假错案”。

可靠性问题的一般分析思路

背景信息收集

背景信息是可靠性问题失效分析的基础,直接影响后续所有失效分析的走向,并对最终的机理判定产生决定性影响。因此,失效分析之前,应尽可能地收集到失效背后的信息,通常包括但不仅限于:

(1)失效范围:失效批次信息和对应的失效率
①若是大批量生产中的单批次出问题,或者失效率较低时,那么工艺控制异常的可能性更大;
②若是首批/多批次均有问题,或者失效率较高时,则不可排除材料和设计因素的影响;

(2)失效前处理:失效发生前,PCB或PCBA是否经过了一系列前处理流程。常见的前处理包括回流前烘烤、有/无铅回流焊接、有/无铅波峰焊接和手工焊接等,必要时需详细了解各前处理流程所用的物料(锡膏、钢网、焊锡丝等)、设备(烙铁功率等)和参数(回流曲线、波峰焊参数、手焊温度等)信息;

(3)失效情境:PCB或PCBA失效时的具体信息,有的是在前处理比如说焊接组装过程中就已失效,比如可焊性不良、分层等;有的则是在后续的老化、测试甚至使用过程中失效,比如CAF、ECM、烧板等;需详细了解失效过程和相关参数;

失效PCB/PCBA分析

一般来说失效品的数量是有限的,甚至仅有一块,因此对于失效品的分析一定要遵循由外到内,由非破坏到破坏的逐层分析原则,切忌过早破坏失效现场:

(1)外观观察
外观观察是失效品分析的第一步,通过失效现场的外观形态并结合背景信息,有经验的失效分析工程师能够基本判断出失效的数个可能原因,并针对性地进行后续分析。但需要注意的是,外观观察的方式很多,包括目视、手持式放大镜、台式放大镜、立体显微镜和金相显微镜等。然而由于光源、成像原理和观察景深的不同,对应设备观察出的形貌需要结合设备因素综合分析,切忌贸然判断形成先入为主的主观臆测,使得失效分析进入错误的方向,浪费宝贵的失效品和分析时间。

(2)深入无损分析
有些失效单单采用外观观察,不能收集到足够的失效信息,甚至连失效点都找不到,比如分层、虚焊和内开等,这时候需借助其他无损分析手段进行进一步的信息收集,包括超声波探伤、3D X-RAY、红外热成像、短路定位探测等。
在外观观察和无损分析阶段,需注意不同失效品之间的共性或异性特征,对后续的失效判断有一定借鉴意义。在无损分析阶段收集到足够的信息后,就可以开始针对性的破坏分析了。

(3)破坏分析
失效品的破坏分析是不可少的,且是最关键的一步,往往决定着失效分析的成败。破坏分析的方法很多,常见的如扫描电镜&元素分析、水平/垂直切片、FTIR等,本节不作赘述。在此阶段,失效分析方法固然重要,但更重要的是对缺陷问题的洞察力和判断力,并对失效模式和失效机理有正确清楚的认识,方可找到真正的失效原因。

裸板PCB分析

当失效率很高时,对于裸板PCB的分析是有必要的,可作为失效原因分析的补充。当失效品分析阶段得到的失效原因是裸板PCB的某项缺陷导致了进一步的可靠性失效,那么若裸板PCB有同样的缺陷时,经过与失效品相同的处理流程后,应体现出与失效品相同的失效模式。若没有复现出相同的失效模式,那只能说明失效品的原因分析是错误的,至少是不全面的。

复现试验

当失效率很低且无法从裸板PCB分析中得到帮助时,有必要对PCB缺陷进行复现并进一步复现失效品的失效模式,使得失效分析形成闭环。

在面临着PCB可靠性失效日益增多的今天,失效分析对于设计优化、工艺改善、材料选型提供了重要的第一手信息,是可靠性增长的起点。

来源:兴森

围观 424

本文介绍了电子设计工程师在使用设计软件进行PCB布局设计及商业制造时应牢记并践行最有效的可靠性设计法则。

 

按部位分类

技术规范内容

1

PCB布线与布局

PCB布线与布局隔离准则:强弱电流隔离、大小电压隔离,高低频率隔离、输入输出隔离、数字模拟隔离、输入输出隔离,分界标准为相差一个数量级。隔离方法包括:空间远离、地线隔开。

2

PCB布线与布局

晶振要尽量靠近IC,且布线要较粗

3

PCB布线与布局

晶振外壳接地

4

PCB布线与布局

时钟布线经连接器输出时,连接器上的插针要在时钟线插针周围布满接地插针

5

PCB布线与布局

让模拟和数字电路分别拥有自己的电源和地线通路,在可能的情况下,应尽量加宽这两部分电路的电源与地线或采用分开的电源层与接地层,以便减小电源与地线回路的阻抗,减小任何可能在电源与地线回路中的干扰电压

6

PCB布线与布局

单独工作的PCB的模拟地和数字地可在系统接地点附近单点汇接,如电源电压一致,模拟和数字电路的电源在电源入口单点汇接,如电源电压不一致,在两电源较近处并一1~2nf的电容,给两电源间的信号返回电流提供通路

7

PCB布线与布局

如果PCB是插在母板上的,则母板的模拟和数字电路的电源和地也要分开,模拟地和数字地在母板的接地处接地,电源在系统接地点附近单点汇接,如电源电压一致,模拟和数字电路的电源在电源入口单点汇接,如电源电压不一致,在两电源较近处并一1~2nf的电容,给两电源间的信号返回电流提供通路

8

PCB布线与布局

当高速、中速和低速数字电路混用时,在印制板上要给它们分配不同的布局区域

9

PCB布线与布局

对低电平模拟电路和数字逻辑电路要尽可能地分离

10

PCB布线与布局

多层印制板设计时电源平面应靠近接地平面,并且安排在接地平面之下。

11

PCB布线与布局

多层印制板设计时布线层应安排与整块金属平面相邻

12

PCB布线与布局

多层印制板设计时把数字电路和模拟电路分开,有条件时将数字电路和模拟电路安排在不同层内。如果一定要安排在同层,可采用开沟、加接地线条、分隔等方法补救。模拟的和数字的地、电源都要分开,不能混用

13

PCB布线与布局

时钟电路和高频电路是主要的干扰和辐射源,一定要单独安排、远离敏感电路

14

PCB布线与布局

注意长线传输过程中的波形畸变

15

PCB布线与布局

减小干扰源和敏感电路的环路面积,最好的办法是使用双绞线和屏蔽线,让信号线与接地线(或载流回路)扭绞在一起,以便使信号与接地线(或载流回路)之间的距离最近

16

PCB布线与布局

增大线间的距离,使得干扰源与受感应的线路之间的互感尽可能地小

17

PCB布线与布局

如有可能,使得干扰源的线路与受感应的线路呈直角(或接近直角)布线,这样可大大降低两线路间的耦合

18

PCB布线与布局

增大线路间的距离是减小电容耦合的最好办法

19

PCB布线与布局

在正式布线之前,首要的一点是将线路分类。主要的分类方法是按功率电平来进行,以每30dB功率电平分成若干组

20

PCB布线与布局

不同分类的导线应分别捆扎,分开敷设。对相邻类的导线,在采取屏蔽或扭绞等措施后也可归在一起。分类敷设的线束间的最小距离是50~75mm

21

PCB布线与布局

电阻布局时,放大器、上下拉和稳压整流电路的增益控制电阻、偏置电阻(上下拉)要尽可能靠近放大器、有源器件及其电源和地以减轻其去耦效应(改善瞬态响应时间)。

22

PCB布线与布局

旁路电容靠近电源输入处放置

23

PCB布线与布局

去耦电容置于电源输入处。尽可能靠近每个IC

24

PCB布线与布局

PCB基本特性 阻抗:由铜和横切面面积的质量决定。具体为:1盎司0.49毫欧/单位面积
电容:C=EoErA/h,Eo:自由空间介电常数,Er:PCB基体介电常数,A:电流到达的范围,h:走线间距
电感:平均分布在布线中,约为1nH/m
盎司铜线来讲,在0.25mm(10mil)厚的FR4碾压下,位于地线层上方的)0.5mm宽,20mm长的线能产生9.8毫欧的阻抗,20nH的电感及与地之间1.66pF的耦合电容。

25

PCB布线与布局

PCB布线基本方针:增大走线间距以减少电容耦合的串扰;平行布设电源线和地线以使PCB电容达到最佳;将敏感高频线路布设在远离高噪声电源线的位置;加宽电源线和地线以减少电源线和地线的阻抗;

26

PCB布线与布局

分割:采用物理上的分割来减少不同类型信号线之间的耦合,尤其是电源与地线

27

PCB布线与布局

局部去耦:对于局部电源和IC进行去耦,在电源输入口与PCB之间用大容量旁路电容进行低频脉动滤波并满足突发功率要求,在每个IC的电源与地之间采用去耦电容,这些去耦电容要尽可能接近引脚。

28

PCB布线与布局

布线分离:将PCB同一层内相邻线路之间的串扰和噪声耦合最小化。采用3W规范处理关键信号通路。

29

PCB布线与布局

保护与分流线路:对关键信号采用两面地线保护的措施,并保证保护线路两端都要接地

30

PCB布线与布局

单层PCB:地线至少保持1.5mm宽,跳线和地线宽度的改变应保持最低

31

PCB布线与布局

双层PCB:优先使用地格栅/点阵布线,宽度保持1.5mm以上。或者把地放在一边,信号电源放在另一边

32

PCB布线与布局

保护环:用地线围成一个环形,将保护逻辑围起来进行隔离

33

PCB布线与布局

PCB电容:多层板上由于电源面和地面绝缘薄层产生了PCB电容。其优点是据有非常高的频率响应和均匀的分布在整个面或整条线上的低串连电感。等效于一个均匀分布在整板上的去耦电容。

34

PCB布线与布局

高速电路和低速电路:高速电路要使其接近接地面,低速电路要使其接近于电源面。
地的铜填充:铜填充必须确保接地。

35

PCB布线与布局

相邻层的走线方向成正交结构,避免将不同的信号线在相邻层走成同一方向,以减少不必要的层间窜扰;当由于板结构限制(如某些背板)难以避免出现该情况,特别是信号速率较高时,应考虑用地平面隔离各布线层,用地信号线隔离各信号线;

36

PCB布线与布局

不允许出现一端浮空的布线,为避免“天线效应”。

37

PCB布线与布局

阻抗匹配检查规则:同一网格的布线宽度应保持一致,线宽的变化会造成线路特性阻抗的不均匀,当传输的速度较高时会产生反射,在设计中应避免这种情况。在某些条件下,可能无法避免线宽的变化,应该尽量减少中间不一致部分的有效长度。

38

PCB布线与布局

防止信号线在不同层间形成自环,自环将引起辐射干扰。

39

PCB布线与布局

短线规则:布线尽量短,特别是重要信号线,如时钟线,务必将其振荡器放在离器件很近的地方。

40

PCB布线与布局

倒角规则:PCB设计中应避免产生锐角和直角,产生不必要的辐射,同时工艺性能也不好,所有线与线的夹角应大于135度

41

PCB布线与布局

滤波电容焊盘到连接盘的线线应采用0.3mm的粗线连接,互连长度应≤1.27mm。

42

PCB布线与布局

一般情况下,将高频的部分设在接口部分,以减少布线长度。同时还要考虑到高/低频部分地平面的分割问题,通常采用将二者的地分割,再在接口处单点相接。

43

PCB布线与布局

对于导通孔密集的区域,要注意避免在电源和地层的挖空区域相互连接,形成对平面层的分割,从而破坏平面层的完整性,并进而导致信号线在地层的回路面积增大。

44

PCB布线与布局

电源层投影不重叠准则:两层板以上(含)的PCB板,不同电源层在空间上要避免重叠,主要是为了减少不同电源之间的干扰,特别是一些电压相差很大的电源之间,电源平面的重叠问题一定要设法避免,难以避免时可考虑中间隔地层。

45

PCB布线与布局

3W规则:为减少线间窜扰,应保证线间距足够大,当线中心距不少于3倍线宽时,则可保持70%的电场不互相干扰,如要达到98%的电场不互相干扰,可使用10W规则。

46

PCB布线与布局

20H准则:以一个H(电源和地之间的介质厚度)为单位,若内缩20H则可以将70%的电场限制在接地边沿内,内缩 1000H则可以将98%的电场限制在内。

47

PCB布线与布局

五五准则:印制板层数选择规则,即时钟频率到5MHZ或脉冲上升时间小于5ns,则PCB板须采用多层板,如采用双层板,最好将印制板的一面做为一个完整的地平面

48

PCB布线与布局

混合信号PCB分区准则:1将PCB分区为独立的模拟部分和数字部分;2将A/D转换器跨分区放置;3不要对地进行分割,在电路板的模拟部分和数字部分下面设统一地;4在电路板的所有层中,数字信号只能在电路板的数字部分布线,模拟信号只能在电路板的模拟部分布线;5实现模拟电源和数字电源分割;6布线不能跨越分割电源面之间的间隙;7必须跨越分割电源之间间隙的信号线要位于紧邻大面积地的布线层上;8分析返回地电流实际流过的路径和方式;

49

PCB布线与布局

多层板是较好的板级EMC防护设计措施,推荐优选。

50

PCB布线与布局

信号电路与电源电路各自独立的接地线,最后在一点公共接地,二者不宜有公用的接地线。

51

PCB布线与布局

信号回流地线用独立的低阻抗接地回路,不可用底盘或结构架件作回路。

52

PCB布线与布局

在中短波工作的设备与大地连接时,接地线<1/4λ;如无法达到要求,接地线也不能为1/4λ的奇数倍。

53

PCB布线与布局

强信号与弱信号的地线要单独安排,分别与地网只有一点相连。

54

PCB布线与布局

一般设备中至少要有三个分开的地线:一条是低电平电路地线(称为信号地线),一条是继电器、电动机和高电平电路地线(称为干扰地线或噪声地线);另一条是设备使用交流电源时,则电源的安全地线应和机壳地线相连,机壳与插箱之间绝缘,但两者在一点相同,最后将所有的地线汇集一点接地。断电器电路在最大电流点单点接地。f<1MHz时,一点接地;f>10MHz时,多点接地;1MHz<f<10MHz时,若地线长度<1/20λ,则一点接地,否则多点接地。

55

PCB布线与布局

避免地环路准则:电源线应靠近地线平行布线。

56

PCB布线与布局

散热器要与单板内电源地或屏蔽地或保护地连接(优先连接屏蔽地或保护地),以降低辐射干扰

57

PCB布线与布局

数字地与模拟地分开,地线加宽

58

PCB布线与布局

对高速、中速和低速混用时,注意不同的布局区域

59

PCB布线与布局

专用零伏线,电源线的走线宽度≥1mm

60

PCB布线与布局

电源线和地线尽可能靠近,整块印刷板上的电源与地要呈“井”字形分布,以便使分布线电流达到均衡。

61

PCB布线与布局

尽可能有使干扰源线路与受感应线路呈直角布线

62

PCB布线与布局

按功率分类,不同分类的导线应分别捆扎,分开敷设的线束间距离应为50~75mm。

63

PCB布线与布局

在要求高的场合要为内导体提供360°的完整包裹,并用同轴接头来保证电场屏蔽的完整性

64

PCB布线与布局

多层板:电源层和地层要相邻。高速信号应临近接地面,非关键信号则布放为靠近电源面。

65

PCB布线与布局

电源:当电路需要多个电源供给时,用接地分离每个电源。

66

PCB布线与布局

过孔:高速信号时,过孔产生1-4nH的电感和0.3-0.8pF的电容。因此,高速通道的过孔要尽可能最小。确保高速平行线的过孔数一致。

67

PCB布线与布局

短截线:避免在高频和敏感的信号线路使用短截线

68

PCB布线与布局

星形信号排列:避免用于高速和敏感信号线路

69

PCB布线与布局

辐射型信号排列:避免用于高速和敏感线路,保持信号路径宽度不变,经过电源面和地面的过孔不要太密集。

70

PCB布线与布局

地线环路面积:保持信号路径和它的地返回线紧靠在一起将有助于最小化地环

71

PCB布线与布局

一般将时钟电路布置在PCB板接受中心位置或一个接地良好的位置,使时钟尽量靠近微处理器,并保持引线尽可能短,同时将石英晶体振荡只有外壳接地。

72

PCB布线与布局

为进一步增强时钟电路的可靠性,可用地线找时钟区圈起隔离起来,在晶体振荡器下面加大接地的面积,避免布其他信号线;

73

PCB布线与布局

元件布局的原则是将模拟电路部分与数字电路部分分工、将高速电路和低速电路分工,将大功率电路与小信号电路分工,、将噪声元件与非噪声元件分工,同时尽量缩短元件之间的引线,使相互间的干扰耦合达到最小。

74

PCB布线与布局

电路板按功能进行分区,各分区电路地线相互并联,一点接地。当电路板上有多个电路单元时,应使各单元有独立的地线回各,各单元集中一点与公共地相连,单面板和双面板用单点接电源和单点接地.

75

PCB布线与布局

重要的信号线尽量短和粗,并在两侧加上保护地,信号需要引出时通过扁平电缆引出,并使用“地线—信号—地线”相间隔的形式。

76

PCB布线与布局

I/O接口电路及功率驱动电路尽量靠近印刷板边缘

77

PCB布线与布局

除时钟电路此,对噪声敏感的器件及电路下面也尽量避免走线。

78

PCB布线与布局

当印刷电路板期有PCI、ISA等高速数据接口时,需注意在电路板上按信号频率渐进布局,即从插槽接口部位开始依次布高频电路、中等频率电路和低频电路 ,使易产生干扰的电路远离该数据接口。

79

PCB布线与布局

信号在印刷线路上的引线越短越好,最长不宜超过25cm,而且过孔数目也应尽量少。

80

PCB布线与布局

在信号线需要转折时,使用45度或圆弧折线布线,避免使用90度折线,以减小高频信号的反射。

81

PCB布线与布局

布线时避免90度折线,减少高频噪声发射

82

PCB布线与布局

注意晶振布线。晶振与单片机引脚尽量靠近,用地线把时钟区隔离 起来,晶振外壳接地并固定

83

PCB布线与布局

电路板合理分区,如强、弱信号,数字、模拟信号。尽可能把干扰源(如电机,继电器)与敏感元件(如单片机)远离

84

PCB布线与布局

用地线把数字区与模拟区隔离,数字地与模拟地要分离,最后在一 点接于电源地。A/D、D/A芯片布线也以此为原则,厂家分配A/D、D/A芯片 引脚排列时已考虑此要求

85

PCB布线与布局

单片机和大功率器件的地线要单独接地,以减小相互干扰。 大功率 器件尽可能放在电路板边缘

86

PCB布线与布局

布线时尽量减少回路环的面积,以降低感应噪声

87

PCB布线与布局

布线时,电源线和地线要尽量粗。除减小压降外,更重要的是降低耦 合噪声

88

PCB布线与布局

IC器件尽量直接焊在电路板上,少用IC座

89

PCB布线与布局

参考点一般应设置在左边和底边的边框线的交点(或延长线的交点)上或印制板的插件上的第一个焊盘。

90

PCB布线与布局

布局推荐使用25mil网格

91

PCB布线与布局

总的连线尽可能的短,关键信号线最短

92

PCB布线与布局

同类型的元件应该在X或Y方向上一致。同一类型的有极性分立元件也要力争在X或Y方向上一致,以便于生产和调试;

93

PCB布线与布局

元件的放置要便于调试和维修,大元件边上不能放置小元件,需要调试的元件周围应有足够的空间。发热元件应有足够的空间以利于散热。热敏元件应远离发热元件。

94

PCB布线与布局

双列直插元件相互的距离要>2mm。BGA与相临器件距离>5mm。阻容等贴片小元件相互距离>0.7mm。贴片元件焊盘外侧与相临插装元件焊盘外侧要>2mm。压接元件周围5mm内不可以放置插装元器件。焊接面周围5mm内不可以放置贴装元件。

95

PCB布线与布局

集成电路的去耦电容应尽量靠近芯片的电源脚,高频最靠近为原则。使之与电源和地之间形成回路最短。

96

PCB布线与布局

旁路电容应均匀分布在集成电路周围。

97

PCB布线与布局

元件布局时,使用同一种电源的元件应考虑尽量放在一起,以便于将来的电源分割。

98

PCB布线与布局

用于阻抗匹配目的的阻容器件的放置,应根据其属性合理布局。

99

PCB布线与布局

匹配电容电阻的布局 要分清楚其用法,对于多负载的终端匹配一定要放在信号的最远端进行匹配。

100

PCB布线与布局

匹配电阻布局时候要靠近该信号的驱动端,距离一般不超过500mil。

101

PCB布线与布局

调整字符,所有字符不可以上盘,要保证装配以后还可以清晰看到字符信息,所有字符在X或Y方向上应一致。字符、丝印大小要统一。

102

PCB布线与布局

关键信号线优先:电源、模拟小信号、高速信号、时钟信号和同步信号等关键信号优先布线;

103

PCB布线与布局

环路最小规则:即信号线与其回路构成的环面积要尽可能小,环面积要尽可能小,环面积越小,对外的辐射越少,接收外界的干扰也越小。在双层板设计中,在为电源留下足够空间的情况下,应该将留下的部分用参考地填充,且增加一些必要的过孔,将双面信号有效连接起来,对一些关键信号尽量采用地线隔离,对一些频率较高的设计,需特别考虑其他平面信号回路问题,建议采用多层板为宜。

104

PCB布线与布局

接地引线最短准则:尽量缩短并加粗接地引线(尤其高频电路)。对于在不同电平上工作的电路,不可用长的公共接地线。

105

PCB布线与布局

内部电路如果要与金属外壳相连时,要用单点接地,防止放电电流流过内部电路

106

PCB布线与布局

对电磁干扰敏感的部件需加屏蔽,使之与能产生电磁干扰的部件或线路相隔离。如果这种线路必须从部件旁经过时,应使用它们成90°交角。

107

PCB布线与布局

布线层应安排与整块金属平面相邻。这样的安排是为了产生通量对消作用

108

PCB布线与布局

在接地点之间构成许多回路,这些回路的直径(或接地点间距)应小于最高频率波长的1/20

109

PCB布线与布局

单面或双面板的电源线和地线应尽可能靠近,最好的方法是电源线布在印制板的一面,而地线布在印制板的另一面,上下重合,这会使电源的阻抗为最低

110

PCB布线与布局

信号走线(特别是高频信号)要尽量短

111

PCB布线与布局

两导体之间的距离要符合电气安全设计规范的规定,电压差不得超过它们之间空气和绝缘介质的击穿电压,否则会产生电弧。在0.7ns到10ns的时间里,电弧电流会达到几十A,有时甚至会超过100安培。电弧将一直维持直到两个导体接触短路或者电流低到不能维持电弧为止。可能产生尖峰电弧的实例有手或金属物体,设计时注意识别。

112

PCB布线与布局

紧靠双面板的位置处增加一个地平面,在最短间距处将该地平面连接到电路上的接地点。 

113

PCB布线与布局

确保每个电缆进入点离机箱地的距离在40mm(1.6英寸)以内。

114

PCB布线与布局

将连接器外壳和金属开关外壳都连接到机箱地上。

115

PCB布线与布局

在薄膜键盘周围放置宽的导电保护环,将环的外围连接到金属机箱上,或至少在四个拐角处连接到金属机箱上。不要将该保护环与PCB地连接在一起。 

116

PCB布线与布局

使用多层PCB:相对于双面PCB而言,地平面和电源平面以及排列紧密的信号线-地线间距能够减小共模阻抗(common impedance)和感性耦合,使之达到双面PCB的1/10到1/100。尽量地将每一个信号层都紧靠一个电源层或地线层。

117

PCB布线与布局

对于顶层和底层表面都有元器件、具有很短连接线以及许多填充地的高密度PCB,可使用内层线。大多数的信号线以及电源和地平面都在内层上,因而类似于具备屏蔽功能的法拉第盒。

118

PCB布线与布局

尽可能将所有连接器都放在电路板一侧。 

119

PCB布线与布局

在引向机箱外的连接器(容易直接被ESD击中)下方的所有PCB层上,放置宽的机箱地或者多边形填充地,并每隔大约13mm的距离用过孔将它们连接在一起。 

120

PCB布线与布局

PCB装配时,不要在顶层或者底层的安装孔焊盘上涂覆任何焊料。使用具有内嵌垫圈的螺钉来实现PCB与金属机箱/屏蔽层或接地面上支架的紧密接触。 

121

PCB布线与布局

在每一层的机箱地和电路地之间,要设置相同的“隔离区”;如果可能,保持间隔距离为0.64mm(0.025英寸)。 

122

PCB布线与布局

电路周围设置一个环形地防范ESD干扰:1在电路板整个四周放上环形地通路;2所有层的环形地宽度>2.5mm (0.1英寸);3每隔13mm(0.5英寸)用过孔将环形地连接起来;4将环形地与多层电路的公共地连接到一起;5对安装在金属机箱或者屏蔽装置里的双面板来说,应该将环形地与电路公共地连接起来;6不屏蔽的双面电路则将环形地连接到机箱地,环形地上不涂阻焊剂,以便该环形地可以充当ESD的放电棒,在环形地(所有层)上的某个位置处至少放置一个0.5mm宽(0.020英寸)的间隙,避免形成大的地环路;7如果电路板不会放入金属机箱或者屏蔽装置中,在电路板的顶层和底层机箱地线上不能涂阻焊剂,这样它们可以作为ESD电弧的放电棒。

123

PCB布线与布局

在能被ESD直接击中的区域,每一个信号线附近都要布一条地线。 

124

PCB布线与布局

易受ESD影响的电路,放在PCB中间的区域,减少被触摸的可能性。 

125

PCB布线与布局

信号线的长度大于300mm(12英寸)时,一定要平行布一条地线。 

126

PCB布线与布局

安装孔的连接准则:可以与电路公共地连接,或者与之隔离。1金属支架必须和金属屏蔽装置或者机箱一起使用时,要采用一个0Ω电阻实现连接。2.确定安装孔大小来实现金属或者塑料支架的可靠安装,在安装孔顶层和底层上要采用大焊盘,底层焊盘上不能采用阻焊剂,并确保底层焊盘不采用波峰焊工艺焊接。 

127

PCB布线与布局

受保护的信号线和不受保护的信号线禁止并行排列。 

128

PCB布线与布局

复位、中断和控制信号线的布线准则:1采用高频滤波;2远离输入和输出电路;3远离电路板边缘。

129

PCB布线与布局

机箱内的电路板不安装在开口位置或者内部接缝处。 

130

PCB布线与布局

对静电最敏感的电路板放在最中间,人工不易接触到的部位;将对静电敏感的器件放在电路板最中间,人工不易接触到的部位。

131

PCB布线与布局

两块金属块之间的邦定(binding)准则:1固体邦定带优于编织邦定带;2邦定处不潮湿不积水;3使用多个导体将机箱内所有电路板的地平面或地网格连接在一起;4确保邦定点和垫圈的宽度大于5mm。

132

电路设计

信号滤波腿耦:对每个模拟放大器电源,必需在最接近电路的连接处到放大器之间加去耦电容器。对数字集成电路,分组加去耦电容器。在马达与发电机的电刷上安装电容器旁路,在每个绕组支路上串联R-C滤波器,在电源入口处加低通滤波等措施抑制干扰。安装滤波器应尽量靠近被滤波的设备,用短的,加屏蔽的引线作耦合媒介。所有滤波器都须加屏蔽,输入引线与输出引线之间应隔离。

133

电路设计

各功能单板对电源的电压波动范围、纹波、噪声、负载调整率等方面的要求予以明确,二次电源经传输到达功能单板时要满足上述要求

134

电路设计

将具有辐射源特征的电路装在金属屏蔽内,使其瞬变干扰最小。

135

电路设计

在电缆入口处增加保护器件

136

电路设计

每个IC的电源管脚要加旁路电容(一般为104)和平滑电容(10uF~100uF)到地,大面积IC每个角的电源管脚也要加旁路电容和平滑电容

137

电路设计

滤波器选型的阻抗失配准则:对低阻抗噪声源,滤波器需为高阻抗(大的串联电感);对高阻抗噪声源,滤波器就需为低阻抗(大的并联电容)

138

电路设计

电容器外壳、辅助引出端子与正、负极以及电路板间必须完全隔离

139

电路设计

滤波连接器必须良好接地,金属壳滤波器采用面接地。

140

电路设计

滤波连接器的所有针都要滤波

141

电路设计

数字电路的电磁兼容设计中要考虑的是数字脉冲的上升沿和下降沿所决定的频带宽而不是数字脉冲的重复频率。方形数字信号的印制板设计带宽定为1/πtr,通常要考虑这个带宽的十倍频

142

电路设计

用R-S触发器作设备控制按钮与设备电子线路之间配合的缓冲

143

电路设计

降低敏感线路的输入阻抗有效减少引入干扰的可能性。

144

电路设计

LC滤波器 在低输出阻抗电源和高阻抗数字电路之间,需要LC滤波器,以保证回路的阻抗匹配

145

电路设计

电压校准电路:在输入输出端,要加上去耦电容(比如0.1μF),旁路电容选值遵循10μF/A的标准。

146

电路设计

信号端接:高频电路源与目的之间的阻抗匹配非常重要,错误的匹配会带来信号反馈和阻尼振荡。过量地射频能量则会导致EMI问题。此时,需要考虑采用信号端接。
信号端接有以下几种:串联/源端接、并联端接、
RC端接、Thevenin端接、二极管端接。

147

电路设计

MCU电路:
I/O引脚:空置的I/O引脚要连接高阻抗以便减少供电电流。且避免浮动。
IRQ引脚:在IRQ引脚要有预防静电释放的措施。比如采用双向二极管、Transorbs或金属氧化变阻器等。
复位引脚:复位引脚要有时间延时。以免上电初期MCU即被复位。
振荡器:在满足要求情况下,MCU使用的时钟振荡频率越低越好。
让时钟电路、校准电路和去耦电路接近MCU放置

148

电路设计

小于10个输出的小规模集成电路,工作频率≤50MHZ时,至少配接一个0.1uf的滤波电容。工作频率≥50MHZ时,每个电源引脚配接一个0.1uf的滤波电容;

149

电路设计

对于中大规模集成电路,每个电源引脚配接一个0.1uf的滤波电容。对电源引脚冗余量较大的电路也可按输出引脚的个数计算配接电容的个数,每5个输出配接一个0.1uf滤波电容。

150

电路设计

对无有源器件的区域,每6cm2至少配接一个0.1uf的滤波电容

151

电路设计

对于超高频电路,每个电源引脚配接一个1000pf的滤波电容。对电源引脚冗余量较大的电路也可按输出引脚的个数计算配接电容的个数,每5个输出配接一个1000pf的滤波电容

152

电路设计

高频电容应尽可能靠近IC电路的电源引脚处。

153

电路设计

每5只高频滤波电容至少配接一只一个0.1uf滤波电容;

154

电路设计

每5只10uf至少配接两只47uf低频的滤波电容;

155

电路设计

每100cm2范围内,至少配接1只220uf或470uf低频滤波电容;

156

电路设计

每个模块电源出口周围应至少配置2只220uf或470uf电容,如空间允许,应适当增加电容的配置数量;

157

电路设计

脉冲与变压器隔离准则:脉冲网络和变压器须隔离,变压器只能与去耦脉冲网络连接,且连接线最短。

158

电路设计

在开关和闭合器的开闭过程中,为防止电弧干扰,可以接入简单的RC网络、电感性网络,并在这些电路中加入一高阻、整流器或负载电阻之类,如果还不行,就将输入和载出引线进行屏蔽。此外,还可以在这些电路中接入穿心电容。

159

电路设计

退耦、滤波电容须按照高频等效电路图来分析其作用。

160

电路设计

各功能单板电源引进处要采用合适的滤波电路,尽可能同时滤除差模噪声和共模噪声,噪声泄放地与工作地特别是信号地要分开,可考虑使用保护地;集成电路的电源输入端要布置去耦电容,以提高抗干扰能力

161

电路设计

明确各单板最高工作频率,对工作频率在160MHz(或200 MHz)以上的器件或部件采取必要的屏蔽措施,以降低其辐射干扰水平和提高抗辐射干扰的能力

162

电路设计

如有可能在控制线(于印刷板上)的入口处加接R-C去耦,以便消除传输中可能出现的干扰因素。

163

电路设计

用R-S触发器做按钮与电子线路之间配合的缓冲

164

电路设计

在次级整流回路中使用快恢复二极管或在二极管上并联聚酯薄膜电容器

165

电路设计

对晶体管开关波形进行“修整”

166

电路设计

降低敏感线路的输入阻抗

167

电路设计

如有可能在敏感电路采用平衡线路作输入,利用平衡线路固有的共模抑制能力克服干扰源对敏感线路的干扰

168

电路设计

将负载直接接地的方式是不合适

169

电路设计

注意在IC近端的电源和地之间加旁路去耦电容(一般为104)

170

电路设计

如有可能,敏感电路采用平衡线路作输入,平衡线路不接地

171

电路设计

继电器线圈增加续流二极管,消除断开线圈时产生的反电动势干扰。仅加 续流二极管会使继电器的断开时间滞后,增加稳压二极管后继电器在单位时间内可 动作更多的次数

172

电路设计

在继电器接点两端并接火花抑制电路(一般是RC串联电路,电阻一般选几K 到几十K,电容选0.01uF),减小电火花影响

173

电路设计

给电机加滤波电路,注意电容、电感引线要尽量短

174

电路设计

电路板上每个IC要并接一个0.01μF~0.1μF高频电容,以减小IC对电源的 影响。注意高频电容的布线,连线应靠近电源端并尽量粗短,否则,等于增大了电 容的等效串联电阻,会影响滤波效果

175

电路设计

可控硅两端并接RC抑制电路,减小可控硅产生的噪声(这个噪声严重时可能 会把可控硅击穿的)

176

电路设计

许多单片机对电源噪声很敏感,要给单片机电源加滤波电路 或稳压器,以减小电源噪声对单片机的干扰。比如,可以利用磁珠和电容 组成π形滤波电路,当然条件要求不高时也可用100Ω电阻代替磁珠

177

电路设计

如果单片机的I/O口用来控制电机等噪声器件,在I/O口与噪声源之 间应加隔离(增加π形滤波电路)。 控制电机等噪声器件,在I/O口与噪声源之 间应加隔离(增加π形滤波电路)。

178

电路设计

在单片机I/O口,电源线,电路板连接线等关键地方使用抗干扰元件 如磁珠、磁环、电源滤波器,屏蔽罩,可显著提高电路的抗干扰性能

179

电路设计

对于单片机闲置的I/O口,不要悬空,要接地或接电源。其它IC的闲置 端在不改变系统逻辑的情况下接地或接电源

180

电路设计

对单片机使用电源监控及看门狗电路,如:IMP809,IMP706,IMP813, X25043,X25045等,可大幅度提高整个电路的抗干扰性能。

181

电路设计

在速度能满足要求的前提下,尽量降低单片机的晶振和选用低速数字 电路

182

电路设计

如有可能,在PCB板的接口处加RC低通滤波器或EMI抑制元件(如磁珠、信号滤波器等),以消除连接线的干扰;但是要注意不要影响有用信号的传输

183

电路设计

时钟输出布线时不要采用向多个部件直接串行地连接〔称为菊花式连接〕;而应该经缓存器分别向其它多个部件直接提供时钟信号

184

电路设计

延伸薄膜键盘边界使之超出金属线12mm,或者用塑料切口来增加路径长度。 

185

电路设计

在靠近连接器的地方,要将连接器上的信号用一个L-C或者磁珠-电容滤波器接到连接器的机箱地上。 

186

电路设计

在机箱地和电路公共地之间加入一个磁珠。 

187

电路设计

电子设备内部的电源分配系统是遭受ESD电弧感性耦合的主要对象,电源分配系统防ESD措施:1将电源线和相应的回路线紧密绞合在一起;2在每一根电源线进入电子设备的地方放一个磁珠;3在每一个电源管脚和紧靠电子设备机箱地之间放一个瞬流抑制器、金属氧化压敏电阻(MOV)或者1kV高频电容;4最好在PCB上布置专门的电源和地平面,或者紧密的电源和地栅格,并采用大量旁路和去耦电容。

188

电路设计

在接收端放置串联的电阻和磁珠,对易被ESD击中的电缆驱动器,也可在驱动端放置串联的电阻或磁珠。 

189

电路设计

在接收端放置瞬态保护器。1用短而粗的线(长度小于5倍宽度,最好小于3倍宽度)连接到机箱地。2从连接器出来的信号线和地线要直接接到瞬态保护器,然后才能接电路的其它部分。

190

电路设计

在连接器处或者离接收电路25mm(1.0英寸)的范围内,放置滤波电容。1用短而粗的线连接到机箱地或者接收电路地(长度小于5倍宽度,最好小于3倍宽度)。2信号线和地线先连接到电容再连接到接收电路。

191

机壳

金属机箱上,开口最大直径≤λ/20,λ为机内外最高频电磁波的波长;非金属机箱在电磁兼容设计上视同为无防护。

192

机壳

屏蔽体的接缝数最少;屏蔽体的接缝处,多接点弹簧压顶接触法具有较好的电连续性;通风孔D<3mm,这个孔径能有效避免较大的电磁泄露或进入;屏蔽开口处(如通风口)用细铜网或其它适当的导电材料封堵;通风孔金属网如须经常取下,可用螺钉或螺栓沿孔口四周固定,但螺钉间距<25mm以保持连续线接触

193

机壳

f>1MHz,0.5mm厚的任何金属板屏蔽体,都将场强减弱99%;当f>10MHz,0.1mm的铜皮屏蔽体将场强减弱99%以上;f>100MHz,绝缘体表面的镀铜层或镀银层就是良好的屏蔽体。但需注意,对塑料外壳,内部喷覆金属涂层时,国内的喷涂工艺不过关,涂层颗粒间连续导通效果不佳,导通阻抗较大,应重视其喷涂不过关的负面效果。

194

机壳

整机保护地连接处不涂绝缘漆,要保证与保护地电缆可靠的金属接触,避免仅仅依靠螺丝螺纹做接地连接的错误方式

195

机壳

建立完善的屏蔽结构,带有接地的金属屏蔽壳体可将放电电流释放到地

196

机壳

建立一个击穿电压为20kV的抗ESD环境;利用增加距离来保护的措施都是有效的。

197

机壳

电子设备与下列各项之间的路径长度超过20mm,包括接缝、通风口和安装孔在内任何用户操作者能够接触到的点,可以接触到的未接地金属,如紧固件、开关、操纵杆和指示器。

198

机壳

在机箱内用聚脂薄膜带来覆盖接缝以及安装孔,这样延伸了接缝/过孔的边缘,增加了路径长度。 

199

机壳

用金属帽或者屏蔽塑料防尘盖罩住未使用或者很少使用的连接器。 

200

机壳

使用带塑料轴的开关和操纵杆,或将塑料手柄/套子放在上面来增加路径长度。避免使用带金属固定螺丝的手柄。 

201

机壳

将LED和其它指示器装在设备内孔里,并用带子或者盖子将它们盖起来,从而延伸孔的边沿或者使用导管来增加路径长度。 

202

机壳

将散热器靠近机箱接缝,通风口或者安装孔的金属部件上的边和拐角要做成圆弧形状。 

203

机壳

塑料机箱中,靠近电子设备或者不接地的金属紧固件不能突出在机箱中。 

204

机壳

高支撑脚使设备远离桌面或地面可以解决桌面/地面或者水平耦合面的间接ESD耦合问题。

205

机壳

在薄膜键盘电路层周围涂上粘合剂或密封剂。 

206

机壳

机箱结合点和边缘防护准则:结合点和边缘很关键,在机箱箱体接合处,要使用耐高压硅树脂或者垫圈实现密闭、防ESD、防水和防尘。 

207

机壳

不接地机箱至少应该具有20kV的击穿电压(规则A1到A9);而对接地机箱,电子设备至少要具备1500V击穿电压以防止二级电弧,并且要求路径长度大于等于2.2mm。 

208

机壳

机箱用以下屏蔽材料制作:金属板;聚酯薄膜/铜或者聚酯薄膜/铝压板;具有焊接结点的热成型金属网;热成型金属化的纤维垫子(非编织)或者织物(编织);银、铜或者镍涂层;锌电弧喷涂;真空金属处理;无电电镀;塑料中加入导体填充材料;

209

机壳

屏蔽材料防电化学腐蚀准则:相互接触的部件彼此之间的电势 (EMF)<0.75V。如果在一个盐性潮湿环境中,那么彼此之间的电势必须<0.25V。阳极(正极)部件的尺寸应该大于阴极(负极)部件。

210

机壳

用缝隙宽度5倍以上的屏蔽材料叠合在接缝处。 

211

机壳

在屏蔽层与箱体之间每隔20mm(0.8英寸)的距离通过焊接、紧固件等方式实现电连接。 

212

机壳

用垫圈实现缝隙的桥接,消除开槽并且在缝隙之间提供导电通路。 

213

机壳

避免屏蔽材料中出现直拐角以及过大的弯角。 

214

机壳

孔径≤20mm以及槽的长度≤20mm。相同开口面积条件下,优先采取开孔而不是开槽。 

215

机壳

如果可能,用几个小的开口来代替一个大的开口,开口之间的间距尽量大。

216

机壳

对接地设备,在连接器进入的地方将屏蔽层和机箱地连接在一起;对未接地(双重隔离)设备,将屏蔽材料同开关附近的电路公共地连接起来。 

217

机壳

尽可能让电缆进入点靠近面板中心,而不是靠近边缘或者拐角的位置。 

218

机壳

在屏蔽装置中排列的各个开槽与ESD电流流过的方向平行而不是垂直。  

219

机壳

在安装孔的位置使用带金属支架的金属片来充当附加的接地点,或者用塑料支架来实现绝缘和隔离。

220

机壳

在塑料机箱上的控制面板和键盘位置处安装局部屏蔽装置来阻止ESD: 

221

机壳

电源连接器和引向外部的连接器的位置,要连接到机箱地或者电路公共地。

222

机壳

在塑料中使用聚酯薄膜/铜或者聚酯薄膜/铝压板,或者使用导电涂层或导电填充物。

223

机壳

在铝板上使用薄的导电铬化镀层或者铬酸盐涂层 ,但不能采用阳极电镀。

224

机壳

在塑料中要使用导电填充材料。注意铸型部件表面通常有树脂材料,很难实现低电阻的连接。 

225

机壳

在钢材料上使用薄的导电铬酸盐涂层。 

226

机壳

让清洁整齐的金属表面直接接触而不要依靠螺钉来实现金属部件的连接。 

227

机壳

沿整个外围用屏蔽涂层(铟锡氧化物、铟氧化物和锡氧化物等)将显示器与机箱屏蔽装置连接在一起。 

228

机壳

在操作者常接触的位置处,要提供一个到地的抗静电(弱导电)路径,比如键盘上的空格键。 

229

机壳

要让操作员很难产生到金属板边缘或角的电弧放电。电弧放电到这些点会比电弧放电到金属板中心导致更多间接ESD的影响。 

230

其他

显示窗口的屏蔽防护准则:1加装屏蔽防护窗;2对外电路部分与机内的电路连接通过滤波器件相连。

231

其他

按键窗口防护准则:

232

器件选型

电容器尽量选择贴片电容,引线电感小。

233

器件选型

稳定电源的供电旁路电容,选择电解电容

234

器件选型

交流耦合及电荷存储用电容器选择聚四氟乙烯电容器或其它聚脂型(聚丙烯、聚苯乙烯等)电容器。

235

器件选型

高频电路退耦用单片陶瓷电容器

236

器件选型

电容选择的标准是:
尽可能低的ESR电容;
尽可能高的电容的谐振频率值;

237

器件选型

铝电解电容器应当避免在下述情况下使用:
a、高温(温度超过最高使用温度)
b、过流(电流超过额定纹波电流),施加纹波电流超过额定值後,会导致电容器体过热,容量下降,寿命缩短。
c、过压(电压超过额定电压),当电容器上所施加电压高於额定工作电压时,电容器的漏电流将上升,其电氧物性将在短期内劣化直至损坏。
d、施加反向电压或交流电压,当值流铝电解电容器按反极性接入电路时,电容器会导致电子线路短路,由此产生的电流会引致电容器损坏。若电路中有可能在负引线施加正极电压,请选无极性产品。
e、使用於反复多次急剧充放电的电路中,当常规电容器被用作快速充电用途。其使用寿命可能会因为容量下降,温度急剧上升等而缩减。

238

器件选型

只有在屏蔽机箱上才有必要使用滤波连接器

239

器件选型

选用滤波器连接器时,除了要选用普通连接器时要考虑的因素外,还应考虑滤波器的截止频率。当连接器中各芯线上传输的信号频率不同时,要以频率最高的信号为基准来确定截止频率

240

器件选型

封装尽可能选择表贴

241

器件选型

电阻选择首选碳膜,其次金属膜,因功率原因需选线绕时,一定要考虑其电感效应

242

器件选型

电容选择应注意铝电解电容、钽电解电容适用于低频终端;陶制电容适合于中频范围(从KHz到MHz);陶制和云母电容适合于甚高频和微波电路;尽量选用低ESR(等效串联电阻)电容

243

器件选型

旁路电容选择电解电容,容值选10-470PF,主要取决于PCB板上的瞬态电流需求

244

器件选型

去耦电容应选择陶瓷电容,容值选旁路电容的1/100或1/1000。取决于最快信号的上升时间和下降时间。比如100MHz取10nF,33MHz取4.7-100nF,选择ESR值小于1欧姆
选择NPO(锶钛酸盐电介质)用作50MHz以上去耦,选择Z5U(钡钛酸盐)用作低频去耦,最好是选择相差两个数量级的电容并联去耦

245

器件选型

电感选用时,选择闭环优于开环,开环时选择绕轴式优于棒式或螺线管式。选择铁磁芯应用于低频场合,选择铁氧体磁心应用于高频场合

246

器件选型

铁氧体磁珠 高频衰减10dB

247

器件选型

铁氧体夹 MHz频率范围的共模(CM)、差模(DM)衰减达10-20dB

248

器件选型

二极管选用:
肖特基二极管:用于快速瞬态信号和尖脉冲保护;
齐纳二极管:用于ESD(静电放电)保护;过电压保护;低电容高数据率信号保护
瞬态电压抑制二极管(TVS):ESD激发瞬时高压保护,瞬时尖脉冲消减
变阻二极管:ESD保护;高压和高瞬态保护

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器件选型

集成电路:
选用 CMOS器件尤其是高速器件有动态功率要求,需要采取去耦措施以便满足其瞬时功率要求。
高频环境中,引脚会形成电感,数值约为1nH/1mm,引脚末端也会向后呈小电容效应,大约有4pF。表贴器件有利于EMI性能,寄生电感和电容值分别为0.5nH和0.5pF。
放射状引脚优于轴向平行引脚;
TTL与CMOS混合电路因为开关保持时间不同,会产生时钟、有用信号和电源的谐波,因此最好选择同系列逻辑电路。
未使用的CMOS器件引脚,要通过串联电阻接地或者接电源。

250

器件选型

滤波器的额定电流值取实际工作电流值的1.5倍。

251

器件选型

电源滤波器的选择:依据理论计算或测试结果,电源滤波器应达到的插损值为IL,实际选型时应选择插损为IL+20dB大小的电源滤波器。

252

器件选型

交流滤波器和支流滤波器在实际产品中不可替换使用,临时性样机中,可以用交流滤波器临时替代直流滤波器使用;但直流滤波器绝对不可用于交流场合,直流滤波器对地电容的滤波截止频率较低,交流电流会在其上产生较大损耗。

253

器件选型

避免使用静电敏感器件,选用器件的静电敏感度一般不低于2000V,否则要仔细推敲、设计抗静电的方法。在结构方面,要实现良好的地气连接及采取必要的绝缘或屏蔽措施,提高整机的抗静电能力

254

器件选型

带屏蔽的双绞线,信号电流在两根内导线上流动,噪声电流在屏蔽层里流动,因此消除了公共阻抗的耦合,而任何干扰将同时感应到两根导线上,使噪声相消

255

器件选型

非屏蔽双绞线抵御静电耦合的能力差些。但对防止磁场感应仍有很好作用。非屏蔽双绞线的屏蔽效果与单位长度的导线扭绞次数成正比

256

器件选型

同轴电缆有较均匀的特性阻抗和较低的损耗,使从直流到甚高频都有较好特性。

257

器件选型

凡是能不用高速逻辑电路的地方就不要用高速逻辑电路

258

器件选型

在选择逻辑器件时,尽量选上升时间比5ns长的器件,不要选比电路要求时序快的逻辑器件

259

系统

多个设备相连为电气系统时,为消除地环路电源引起的干扰,采用隔离变压器、中和变压器、光电耦合器和差动放大器共模输入等措施来隔离。

260

系统

识别干扰器件和干扰电路:在启停或运行状态下,电压变化率dV/dt、电流变化率di/dt较大的器件或电路,为干扰器件或干扰电路。

261

系统

在薄膜键盘电路和与其相对的邻近电路之间放置一个接地的导电层。

262

线缆与接插件

PCB布线与布局隔离准则:强弱电流隔离、大小电压隔离,高低频率隔离、输入输出隔离、数字模拟隔离、输入输出隔离,分界标准为相差一个数量级。隔离方法包括:屏蔽其中一个或全部独立屏蔽、空间远离、地线隔开。

263

线缆与接插件

无屏蔽的带状电缆。最佳接线方式是信号与地线相间,稍次的方法是一根地、两根信号再一根地依次类推,或专用一块接地平板

264

线缆与接插件

信号电缆屏蔽准则:1强干扰信号传输使用双绞线或专用外屏蔽双绞线。2直流电源线应用屏蔽线;3交流电源线应用扭绞线;4所有进入屏蔽区的信号线/电源线均须经过滤波。5一切屏蔽线(套)两端应与地有良好的接触,只要不产生有害接地环路,所有电缆屏蔽套都应两端接地,对非常长的电缆,则中间也应有接地点。6在灵敏的低电平电路中,以消除接地环路中可能产生的干扰,对每电路都应有各自隔离和屏蔽好接地线。

265

线缆与接插件

屏蔽线紧贴金属底板准则:所有带屏蔽层的电缆宜紧贴金属板安放,防止磁场穿过金属地板和屏蔽线外皮构成的回路

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线缆与接插件

印刷电路的插头也要多安排一些零伏线作为线间隔离

267

线缆与接插件

减小干扰和敏感电路的环路面积最好办法是使用双绞线和屏蔽线

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线缆与接插件

双绞线在低于100KHz下使用非常有效,高频下因特性阻抗不均匀及由此造成的波形反射而受到限制

来源:芯榜

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重温电源PCB结构

在聊PCB演化历程之前,首先我们来温习一下电源的PCB结构。

▍ EMI滤波

EMI滤波系统在电源中的作用是过滤掉市电中的杂质,使输入电流更加纯净不会干扰硬件工作。一般来说,一个价格正常的电源都会有一、二级EMI滤波。有些电源会把一级EMI滤波做在输入电源线脚上,而上图的电源则将其做在PCB板上。

▍ 整流桥

电流经过滤波后进入PFC,首先通过整流桥,整流桥将交流电转换成直流电。一般来说,整流桥在工作时都会有不少发热量,设计优秀的电源会将整流桥锁在散热片上,像爱国者电竞500把两块整流桥直接设计在PCB板上是不合理的。

▍ PFC

从整流桥出来的电流进入PFC,PFC是Power Factor Correction的简称,翻译过来就是功率因素校正。交流电成波浪状,采用PFC的电源可利用不仅是波峰和谷峰附近的电能,提高利用率。

▍ 主电容

主电容(PFC电容)在电源中的作用:一是滤波,二是贮存电量保证突然断电时有一定的电量支持电脑硬件作出反应。

▍ 变压系统

接下来是变压系统,一般分为大小变压器,将市电降压到适合主机使用。图中较大的便是主变压器。

▍ 整流、稳压、滤波

整流管锁在金属片上

变压器出来的电流会由经过一次整流变成直流电,然后进行稳压滤波后才能输出到电脑的各个硬件上。

电源PCB各结构的演化

复习完电源PCB的大致结构,接下来就是今天的主题。这次我主要说说电源PCB上的 PFC 、 变压系统 、 整流 、 稳压系统 的演变。

PFC的变化

在很久很久以前, PC电源并没有PFC结构 ,市电输入后经过二极管整流电容滤波, 只能利用到波浪状交流电的波谷和峰谷附近的能量 ,在一个周期的其他时间都不会有电流输入, 利用率相当低 。而电源没用到的电能并不会计入电费中,因此我们并不会造成任何浪费。相反则是国家供电网会浪费电能。我国PC的 3C认证是电源必须有PFC结构 。

电容左侧的被动式PFC

PFC分为主动式PFC和被动式PFC。被动式PFC就是一个体积较大的电感线圈,它的 功率校正因素最高也只能去到0.8 ,而且输入电压范围不能太宽。不过这种结构胜在 成本低 ,在很多低端电源上能见到它的踪迹。

电感线圈左右有控制IC和电容

为了提高利用率、扩大输入电压范围,很多电源都舍弃被动式PFC改为采用主动式PFC。主动式PFC由电感线圈,滤波电容、开关管以及控制IC等元器件组成。它的功率校正因素可以轻松达到 99% 以上,输入电压范围也可达到90-240V,但成本也相应提高不少。从被动式PFC进化成主动式PFC,电源的减少浪费电能,确实是好事。

淘宝知名品牌“爵柏”的水泥PFC

然而有些黑心商家出售的电源居然用“水泥PFC”,这种假PFC里面只有一块水泥。这种电源使用起来是相当危险的,大家在购买电源时注意要优先选择采用主动式PFC的电源,如果想购买低功率电源可以适当买被动式PFC的电源。

变压结构的变化

说到变压结构就要谈到一件事:之前气味大师的一篇文章中,有位网友误将LLC认作老式半桥,并大言不惭指责我,更可笑的是居然还有不少网友点赞认同。当然这也不怪他,这两种结构粗略一看十分相似,希望大家看完这篇文章后能分清它们的不同,不要再闹出这种笑话了。

一大两小变压器与LLC结构类似

先说说老式半桥,它的结构十分明显,变压系统里有 一大两小三个变压器 。由于这是一种年代久远的电源结构,因此它的转换效率并不高,最顶尖也不到80%。但是它的成本相当低,一般会出现在低价低功率的电源上。这种结构一般会 搭配被动式PFC,使成本降到最低 ,不过现在已经很少有这种结构的电源了。(年代过于久远,找不到清晰的素材)

位于正中间的大小变压器

在二十一世纪初开始兴起另一种变压结构:正激结构。以开关管数量不同分别有单管正激和双管正激结构。这种结构的最大特点是变压系统中有 一大一小两个变压器 。双管正激结构的开关管更多,性能比单管正激结构强不少,因此现在已经很少有单管正激结构的电源了。相较老式半桥,正激结构的电源转换率能大大提高,能达到银牌标准,但却很难达到金牌标准以上。

这里就要引出一种拓展版结构:有源钳位正激结构,它是由全汉创造出来的一种结构。它能把电源转换率可以做到金牌标准以上,不过用料不足会导致输出纹波过大,因此相应成本也提高不少。由于这种结构普及率较低,我就不多介绍了。

近几年兴起一种名为LLC的新型结构,上文提到这种结构与老式半桥类似,都是有 一大两小三个变压器 。其实这里有个很简单的区分方法,老式半桥电源转换率极低,而LLC电源的转换率能轻松达到金牌标准。我们只需要通过电源转换率即可分辨两种不同结构。LLC又分为LLC半桥和LLC全桥。一般来说这种结构的电源转换率能做到白金标准,相较于双管正激结构,它的成本较低,动态性能较弱,可以通过无脑堆料增加电容的方式弥补缺陷,是目前最流行的电源结构。不过在400W以下的电源,LLC结构的表现却逊色于双管正激。

与LLC半桥相比,LLC全桥的工艺更加复杂,但是在功率和转换率上又有所提升,相应地成本也会提高。我们能在高功率的白金标准电源上看到这种结构。

整流管的进化

接下来说说整流管的变化,其实整流管变化不多。以前的电源大多采用多枚肖特基管进行整流,而现在越来越多厂商采用MOS管代替肖特基管进行同步整流。采用MOS管可以进一步提高电源转换率,金牌标准以上的电源基本都能看到这个设计。

稳压输出结构也有优化

最后要说一下稳压输出部分。我们常见的电源会采用单路磁放大,双路磁放大或者DC-DC结构。这种结构会影响+12V、+5V和+3.3V的输出的电压偏移。DC-DC的控制性能最强,其次是双路磁放大,最差的结构则是单路磁放大。这些不同结构之间的区别也是相当好辨认的。

单路磁放大,将+3.3V单独分出一路输出,它的特征是 主变压器附近会有一个小线圈 。而+12V和+5V由PWM芯片控制。因此+12V高负载时会对+5V输出电压造成很大影响。而在 稳流结构的位置会有两个线圈 分别给+12V和+5V进行稳流。

双路磁放大,将+5V和+3.3V独立出来,这种结构的特点是在 主变压器附近会有两个小线圈 , 稳流结构的位置会有3个大线圈 对应+12V、+5V和+3.3V。因为+5V和+3.3V独立出来,+12V高负载时对其他两路输出电压的影响会有所减少。这是一种从单路磁放大进化而来的结构,解决了单路磁放大使用上出现的部分缺陷。

虽然双路磁放大结构可以控制+12V对+5V和+3.3V的电压影响,但并不能完全解决问题。因此一种新型的稳流结构面世:DC-DC结构。简单来说,这种结构是从+12V取电直接降压成+5V和+3.3V然后输出,因此+12V的额定功率可以无限制地做大。这种结构是最容易辨别的,在稳流结构的位置上会有一块垂直的PCB,上面带有两个线圈。

甚至我们不需要拆开电源内部就能分别一个电源是不是DC-DC结构。我们可以观察电源的铭牌,如果 电源的+12V最大功率是十分接近电源额定功率 ,则这个电源是采用DC-DC结构。DC-DC也在逐渐代替双路磁放大成为高瓦数电源的标配设计。

尾声

随着时间推移,电源的结构设计在不断发生变化。从很久以前的老式半桥变成正激结构再到现在的LLC结构,甚至还有有源钳位或移相全桥等结构,都在往高转换率方向发展。而稳压结构则是从单路磁放大到双路磁放大再到现在流行的DC-DC结构,以更稳定的电压输出为目标进化。有不少网友会说:“我很久以前买的一个电源到现在都能用”,“便宜的电源不也是用的好好的”。其实当你的电脑功率不高时,配置再差的电源也能勉强支持电脑运作。不过便宜的电源对电脑供电会造成不少影响。

目前大部分电源都至少采用双管正激结构,而转换率高的电源则会采用LLC结构,当然我们要注意采用LLC半桥的电源的价格不能太便宜,因为这种结构的电源必须通过一定数量和质量的电容才能支撑起性能。稳压结构则关系到电源输出到电脑的电压稳定性。在选购400W以下的电源时,我们可以适当购买单路磁放大结构的电源。不过最好还是购买双路磁放大 或DC-DC结构的电源。值得高兴的是,很多新设计的金牌电源都会采用LLC加DC-DC这种比较先进的结构。相信看完这篇文章,大家对电源结构及发展又有更进一步的了解。

来源:21IC

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