双面板设计的一套经验规则-笔记

双面板设计的一套经验规则-笔记本文详细阐述了在电子电路设计中 如何通过设置线宽 采用双层布局 分散信号线 确保良好的回流路径以及合理选择去耦电容等策略来减少信号地干扰和电源瞬态电流问题

过大的分布电感导致信号地干扰也就是地弹(专业名词)
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还有就是输出瞬态电流导致的地弹

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图中可以看到最高 0.5V 的信号地干扰,这只是单一块开发板的测试结果。如果接上外围电路,甚至面包板电路可以想象噪声水平可能会更高。

双面电路板 经验规则

下面来看看这几条规则是什么样的

1线宽设置

信号线 6 mil(0.15mm)
电源线 20 mil(0.5mm)
过孔钻孔直径 13 mil(0.33mm)

大家都会觉得走线太细了!!! 其实不然从下面工具可以看出
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直流电阻不到 0.1 可承受差不多 1A 的直流 ~

一般电路板信号走线的电阻怎么也不会超过 1Ω。 1 GHz 以下的应用中,这点损耗完全可以忽略, 对于常见的 1.6 毫米(62mils) 双面板 6 mils走线的特征阻抗差不多150Ω。只要信号线不用输出到板外。

再来看电源走线的宽度1oz,20 mils宽的走线可承受 2.4A 直流。
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温度从22度上升到42度 1,000 mils 长电阻才0.02 Q。

2层设置

底层为完整地平面顶层放置元件、走信号和电源线。
每条信号线下方都有连续的回流路径 所以底层越完整越好。

3分散布局

避免走线集中聚在一起。
信号线间留足够空间,以减小串扰。

4 回流路径

尽量避免在地层走线,保证地平面完整性。
添加回流路径。
已需要在底层走线则必须尽量短。
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PS:顶层,底层,或者说任意一层铺铜都需要考虑铺铜宽度和长度的关系。铺铜,形成信号包地是最优解,但注意平行信号线中间夹的铜皮必须良好与大平面地相连,也就是每隔一段距离打一个地过孔与其他层的地相连,以减小地阻抗,这样的铺铜才有意义,否则就别铺。

5去耦电容

靠近 IC 电源管脚放置去耦电容。通常用一个 22uF 的MLCC电容。
使连线尽量短而且宽,以减少分布电感。

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比容量更重要的是要减少电源管脚与电容之间的电感,有时候需要多个电容并联。

6输入输出地

为每个IO口配备地线。
给每个数字信号线,都安排一个地的针脚。

7过时的规则

不要使用大小不同的电容并联来做去耦电容。
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有空间放置三个电容,不如放置三个容量相同的MLCC 电容。

PS:对于这个建议不太认同
电容在不同大小封装和不同大小容值的的情况下,他的谐振频率也不一样。
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3个容量一样的电容搭配,叫做“V型滤波”,因为频率特性就呈现一个V字,此时,要注意电路频率范围,必须保证你的滤波电容要时刻呈现容性。
3个容量不同的电容搭配,滤波频率响应更宽更好,但是不同容量的电容会形成反谐振,所以推荐电容之间大小要相差两个数量级。但即使这样反谐振仍然不会消失,必须防止噪声频率落在反谐振点上。
总之各有各的好处,但关键是一定对电路的噪声频率有个大致的预估。盲目的搭配电容可能反而恶化噪声。

还有关于电容封装的选择。首先,贴片的一定优于插件的,因为形成的寄生电感更小。但也不是说,选了贴片的就万事大吉了,贴片电容的引脚布线不能又细又长,应该又粗又短。其次,贴片中的封装,在布局和成本允许的情况下,能选用大封装的就选用大封装,因为损耗角和温度特性,以及等效电阻都比小封装要更好。

封装1206以上的,不赞同使用,陶瓷叠层电容,容量跟物理形状有很大的关系,电容的封装越长,在电路板中承受的相同的应力的情况下,形变就越严重,导致电容的容值就偏差的越大。

同一容量的,封装越大,ESR越大。但是同一封装的,电容越大,ESR越小。大封装中,你可以轻易的选取较大容值,ESR可以比较小,损耗角小,发热小,寿命可以更长。当然也不绝对,还要考虑成本,PCB布局空间,电源回流路径等等。

7过时的规则

1.不要使用大小电容并联2。顶层不要灌水铺铜

电源要布成线,不要大面积铺铜
信号线之间也不要铺铜
有空间铺铜 说明信号线隔开已经足够了

编程小号
上一篇 2025-02-27 18:33
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