駱雪匯 李亮賢

摘要： 本文主要介紹了在電子CAD課程教學(xué)中幾個(gè)PCB設(shè)計(jì)技巧應(yīng)用問(wèn)題，對(duì)傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了相應(yīng)改革，提高了電子CAD課程教學(xué)的質(zhì)量，增強(qiáng)了技能課程的實(shí)踐性。

關(guān)鍵詞： 《電子CAD》課程PCB 設(shè)計(jì)技巧

《電子電路設(shè)計(jì)》課程是一門(mén)理論與實(shí)際聯(lián)系密切，且極具實(shí)踐性的新興課程，是電子專(zhuān)業(yè)的核心技能課程之一。近年來(lái)，高職院校的項(xiàng)目教學(xué)改革中發(fā)現(xiàn)，在《電子CAD》課程的教學(xué)過(guò)程中，往往只是將重點(diǎn)放在對(duì)電子電路CAD應(yīng)用軟件的熟練操作上，卻忽視了對(duì)PCB板設(shè)計(jì)的一些技巧應(yīng)用，與企業(yè)的生產(chǎn)實(shí)踐脫節(jié)。

實(shí)踐證明，如果在電路原理圖設(shè)計(jì)中，這些都沒(méi)有問(wèn)題，但印制電路板設(shè)計(jì)不合理，同樣會(huì)對(duì)電子產(chǎn)品的可靠性產(chǎn)生嚴(yán)重影響。比如，如果在印制板中存在兩條細(xì)平行線(xiàn)走線(xiàn)且靠得很近，就會(huì)形成信號(hào)波形的延遲，在傳輸線(xiàn)的終端產(chǎn)生干擾。因此，在設(shè)計(jì)印制電路板的時(shí)候，應(yīng)學(xué)會(huì)掌握各種電路設(shè)計(jì)技巧，注意采用正確的設(shè)計(jì)方法。為此，我們?cè)凇峨娮覥AD》課程的教學(xué)內(nèi)容方面進(jìn)行了全面的創(chuàng)新，增加了PCB設(shè)計(jì)技巧應(yīng)用技能，充分提高了課程的教學(xué)質(zhì)量，增強(qiáng)了技能課程的實(shí)踐性。

一、PCB布線(xiàn)技巧應(yīng)用

1.輸入與輸出分開(kāi)走。當(dāng)輸入是一個(gè)小信號(hào)，而輸出是一個(gè)被放大了的比較強(qiáng)的功率信號(hào)，布板時(shí)應(yīng)避免輸入信號(hào)與輸出信號(hào)走得太近，萬(wàn)不得已時(shí)，小信號(hào)與功率信號(hào)也不能平行走線(xiàn)。

2.模擬和數(shù)字分開(kāi)走。如果線(xiàn)路板上既有數(shù)字電路又有模擬電路，那么就要盡可能分開(kāi)走線(xiàn)。這是因?yàn)閿?shù)字信號(hào)頻率往往比較高，而模擬信號(hào)的敏感度比較強(qiáng)。因此，高頻的數(shù)字信號(hào)線(xiàn)盡可能遠(yuǎn)離敏感的模擬電路器件。

3.信號(hào)與電源分開(kāi)走。在系統(tǒng)工作的時(shí)候，電源的成分并不純凈，為防止引起干擾，信號(hào)線(xiàn)應(yīng)避免與電源的正極平行走線(xiàn)，尤其是以開(kāi)關(guān)電源供電的高頻電路。（如圖1）

4.高頻與低頻分開(kāi)走，高頻信號(hào)輻射也能引起低頻部分的穩(wěn)定和噪聲。比如：低頻的電路中，小信號(hào)與功率信號(hào)的地線(xiàn)盡量分開(kāi)走，到電源輸出端處匯合，也就是我們常說(shuō)的一點(diǎn)接地，避免大面積鋪地，高頻電路中要盡量就近接地，最好是大面積鋪銅，以防止高頻信號(hào)的肌膚效應(yīng)造成地之間的電位差引起的系統(tǒng)不穩(wěn)定。

5.此外在PCB布線(xiàn)時(shí)還有如下細(xì)節(jié)需要注意：IC電源腳輸入端需要接電容濾波；防止靜電干擾：機(jī)殼接大地，即能滿(mǎn)足要求。特殊情況下，電源輸入、數(shù)字量輸入串接專(zhuān)用的防靜電器件；布線(xiàn)方向應(yīng)規(guī)劃，盡量不要在模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)線(xiàn)隔開(kāi)時(shí)，才用一點(diǎn)接地法，總之，需要靠經(jīng)驗(yàn)才能Layout完美的電路板。

二、PCB布局技巧應(yīng)用

在PCB設(shè)計(jì)中，布局同樣是一個(gè)非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。布局情況的好壞將直接關(guān)系到布線(xiàn)效果的優(yōu)劣，因此在板的整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，合理的布局是PCB設(shè)計(jì)成功的第一步。而由于市場(chǎng)產(chǎn)品的多樣化，我們還要考慮整體美觀，因?yàn)橐粋€(gè)產(chǎn)品的成功與否，除了要注重內(nèi)在質(zhì)量，還要兼顧整體的美觀，只有兩者都較完美，才能認(rèn)為該產(chǎn)品是成功的，才能獲得市場(chǎng)的認(rèn)可。

這里以“DSP控制接口電路”為例。因此在這里，以功能模塊布局是該電路布局的一個(gè)重要原則。這個(gè)原則就是布局按照信號(hào)的流向關(guān)系使關(guān)鍵的高速信號(hào)走線(xiàn)最短，其次考慮電路板的整齊、美觀。時(shí)鐘信號(hào)應(yīng)盡可能短，如果不行，則應(yīng)在時(shí)鐘信號(hào)線(xiàn)的兩側(cè)加屏蔽地線(xiàn)。對(duì)于比較敏感的信號(hào)線(xiàn)，也應(yīng)考慮屏蔽措施。時(shí)鐘電路具有較大的對(duì)外輻射，會(huì)對(duì)一些較敏感的電路，特別是模擬電路產(chǎn)生較大的影響，因此在電路布局時(shí)應(yīng)讓時(shí)鐘電路遠(yuǎn)離其他無(wú)關(guān)的線(xiàn)路。為了防止它的對(duì)外輻射，一般設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)讓它遠(yuǎn)離I70電路和電纜連接器。低頻數(shù)字I70電路和模擬I70電路應(yīng)靠近連接器，時(shí)鐘電路、高速電路和存儲(chǔ)器等器件常布放在電路板最靠里（遠(yuǎn)離拉手條）的位置。中低速邏輯電路一般布放在電路板的中間位置。如果有A/D、D7A電路，則應(yīng)放在電路板最中間的位置。（見(jiàn)圖2）

三、高頻電路布線(xiàn)技巧應(yīng)用

隨著數(shù)字器件朝著高速、低功耗、小體積、高效率、高抗干擾性、高穩(wěn)定度和高集成度的方向發(fā)展，必然對(duì)印刷電路板的設(shè)計(jì)提出了更多新要求。這本身是因?yàn)楦哳l電路與低頻電路會(huì)存在諸多干擾，比如有電源噪聲、傳輸線(xiàn)干擾、耦合、電磁干擾等方面。那么如何在電子CAD課程教學(xué)中讓學(xué)生掌握這些技能就顯得相當(dāng)重要了。這里就利用Protel軟件的PCB設(shè)計(jì)功能來(lái)有效地解決這些問(wèn)題。

1.采用多層板以降低干擾高頻電路，這樣集成度較高，布線(xiàn)密度大。所以采用多層板既是布線(xiàn)所必需的，又是降低干擾的有效手段。Protel軟件提供了16個(gè)銅線(xiàn)層和4個(gè)電源層。合理選擇層數(shù)能大幅度降低印版尺寸和提高電路的抗干擾能力。

2.電源線(xiàn)與地線(xiàn)布線(xiàn)的處理。多級(jí)電路為防止局部電流產(chǎn)生地阻干擾，各級(jí)電路應(yīng)分別一點(diǎn)接地（或盡量集中接地），高頻電路在30MHz以上時(shí)，則采用大面積接地，這時(shí)各級(jí)的內(nèi)部元件也應(yīng)集中一小塊區(qū)域接地。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們通常用專(zhuān)用電源層和地層，這樣就能更好地實(shí)現(xiàn)就近接地，并有效地降低寄生電感，縮短了信號(hào)的傳輸長(zhǎng)度，可以大幅度地降低信號(hào)間的交叉干擾等問(wèn)題，所有這些都對(duì)高頻電路的可靠工作是有利的。

3.集成芯片的布線(xiàn)。在集成電路塊的附近可以設(shè)置一個(gè)高頻退耦電容，由于電子CAD軟件在自動(dòng)放置元件時(shí)不會(huì)考慮退耦電容與被退耦的集成電路間的位置關(guān)系，而是由軟件隨意放置，可能會(huì)導(dǎo)致兩者間相距太遠(yuǎn)，退耦效果不好，這時(shí)必須用手工移動(dòng)元件的辦法事先干預(yù)兩者位置，使之靠近。（見(jiàn)圖3）

4.敷銅處理。敷銅的主要目的是提高電路的抗干擾能力，同時(shí)對(duì)于PCB散熱和PCB的強(qiáng)度有很大好處，敷銅接地又能起到屏蔽的作用。在安全間隔設(shè)計(jì)上要求小信號(hào)間0.1mm以上均可以、不含耦合因素。但對(duì)諧振、發(fā)射來(lái)講就有銅泊之間安全距離要求，原則1mm間隔約1千V以?xún)?nèi)。另外還需考慮阻抗變化、寄生耦合、自激等問(wèn)題。需專(zhuān)門(mén)問(wèn)題專(zhuān)門(mén)處理。

這些PCB技巧在我們的平時(shí)課堂教學(xué)中及高職教材上面很容易被忽視，可是對(duì)PCB專(zhuān)業(yè)人員來(lái)說(shuō)卻是必須掌握的。因此，在本課程的教學(xué)中，我們?cè)黾恿诉@些PCB設(shè)計(jì)技巧，達(dá)到了對(duì)課程改革的職業(yè)目標(biāo)要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]比秀梅，周南權(quán).電子線(xiàn)路板設(shè)計(jì)項(xiàng)目化教程[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

[2]王國(guó)玉.電子線(xiàn)路CAD基本功[M].北京：中國(guó)郵電出版社，2009.

[3]王炳艷.電子CAD課程教學(xué)方法改革[D].《科教文匯》，2011（10）.