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電源適配器PCB合理布置各元件方法

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電源適配器PCB合理布置各元件方法

一、美觀不僅要考慮元件放置的整齊有序，更要考慮走線(xiàn)的優(yōu)美流暢。由于一般外行人有時(shí)更強(qiáng)調(diào)前者，以此來(lái)片面評(píng)價(jià)電路設(shè)計(jì)的優(yōu)劣，為了產(chǎn)品的形象，在性能要求不苛刻時(shí)要優(yōu)先考慮前者。但是，在高性能的場(chǎng)合，如果不得不采用雙面板，而且也封裝在里面，平時(shí)看不見(jiàn)，就應(yīng)該優(yōu)先強(qiáng)調(diào)走線(xiàn)的美觀。

二、受力電路板應(yīng)能承受安裝和工作中所受的各種外力和震動(dòng)。為此電路板應(yīng)具有合理的形狀，板上的各種孔(螺釘孔、異型孔)的位置要合理安排。一般孔與板邊距離至少要大于孔的直徑。同時(shí)還要注意異型孔造成的板的較薄弱截面也應(yīng)具有足夠的抗彎強(qiáng)度。板上直接"伸"出設(shè)備外殼的接插件尤其要合理固定，保證長(zhǎng)期使用的可靠性。

三、受熱對(duì)于大功率的、發(fā)熱嚴(yán)重的器件，除保證散熱條件外，還要注意放置在適當(dāng)?shù)奈恢?。尤其在精密的模擬系統(tǒng)中，要格外注意這些器件產(chǎn)生的溫度場(chǎng)對(duì)脆弱的前級(jí)放大電路的不利影響。一般功率非常大的部分應(yīng)單獨(dú)做成一個(gè)模塊，并與信號(hào)處理電路間采取一定的熱隔離措施。

四、信號(hào);信號(hào)的干擾是電源適配器PCB版圖設(shè)計(jì)中所要考慮的重要的因素。幾個(gè)較基本的方面是：弱信號(hào)電路與強(qiáng)信號(hào)電路分開(kāi)甚至隔離;交流部分與直流部分分開(kāi);高頻部分與低頻部分分開(kāi);

注意信號(hào)線(xiàn)的走向;地線(xiàn)的布置;適當(dāng)?shù)钠帘?、濾波等措施。這些都是大量的論著反復(fù)強(qiáng)調(diào)過(guò)的，這里不再重復(fù)。

五、安裝指在具體的應(yīng)用場(chǎng)合下，為了將電路板順利安裝進(jìn)機(jī)箱、外殼、插槽，不致發(fā)生空間干涉、短路等事故，并使指定接插件處于機(jī)箱或外殼上的指定位置而提出的一系列基本要求。


精巧PCB元件布局的案例分享

EMC考慮：旁路或去耦電容增強(qiáng)穩(wěn)定性，降低干擾

在PCB設(shè)計(jì)中，模擬器件和數(shù)字器件都需要這種電容，在靠近其電源適配器引腳連接旁路電容，此電容通常為0.1uF。布局時(shí)要求引腳盡量短，并且盡量靠近器件，減小走線(xiàn)的感抗。

模擬電路設(shè)計(jì)中旁路電容常用于旁路電源適配器上的高頻信號(hào)。一般來(lái)說(shuō)，這些高頻信號(hào)的頻率超出模擬器件抑制高頻信號(hào)的能力。如果不使用旁路電容，就可能再信號(hào)路徑上引入噪聲，更嚴(yán)重的情況甚至?xí)鹫駝?dòng)和誤響應(yīng)。

美規(guī)電源適配器數(shù)字電路設(shè)計(jì)像控制器和處理器這樣的數(shù)字器件，也需要去耦電容。該電容功能之一是用作“微型”電荷庫(kù)。因?yàn)閿?shù)字電路中進(jìn)行門(mén)狀態(tài)切換或開(kāi)關(guān)切換時(shí)，通常需要很大的電流，而開(kāi)關(guān)時(shí)產(chǎn)生的瞬態(tài)電流，如果執(zhí)行開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)沒(méi)有足夠的電荷，會(huì)造成電源適配器電壓發(fā)生很大的變化。電壓變化太大，會(huì)導(dǎo)致數(shù)字信號(hào)電平進(jìn)入不穩(wěn)定狀態(tài)，很可能引起數(shù)字器件的狀態(tài)誤執(zhí)行。因此，在數(shù)字器件的供電電源適配器管腳或電源適配器引腳處添加旁路或去耦電容是非常好的做法。

在微控制器（MCU）為主的系統(tǒng)中較敏感的信號(hào)是時(shí)序、復(fù)位和中斷信號(hào)。振蕩器在開(kāi)關(guān)時(shí)尤其敏感。這些電路與高電流走線(xiàn)不能平行，以免引起信號(hào)干擾和誤判。振蕩器或陶瓷共振時(shí)鐘是一種射頻電路，必須有效布局為距離較近，走線(xiàn)較短以減少其敏感性。下圖以DIP封裝的振蕩器或陶瓷共振器為例，應(yīng)盡量將振蕩電路靠近微控制器布局，位置對(duì)稱(chēng)，使得走線(xiàn)距離較短。振蕩電路的地線(xiàn)應(yīng)該連接元件可能使用較短路徑的接地管腳，電源適配器和接地管腳應(yīng)該直接連接到PCB的電源適配器部分。

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同樣，電路板上邏輯開(kāi)關(guān)時(shí)，在電源適配器線(xiàn)上會(huì)產(chǎn)生瞬態(tài)派生電流，由于電源適配器線(xiàn)多少具有微小的電感性，電源適配器線(xiàn)的電感性可以通多多層印刷電路板（電源適配器平面）來(lái)降低，或者使用較慢的邏輯降低開(kāi)關(guān)速度。但前者增加成本，后者會(huì)降低系統(tǒng)的性能。在此情況下，電源適配器線(xiàn)的通訊干擾可通過(guò)去耦電容來(lái)降低。PCB板上對(duì)于數(shù)字芯片的去耦電容（也叫削尖電容）在布局時(shí)，應(yīng)當(dāng)盡量靠近芯片的電源適配器管腳，使其走線(xiàn)距離較短，回路面積較小。下圖左所示是不合理的去耦電容布局，應(yīng)該像圖右那樣布局。    

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2.   3D器件檢查避免沖突——接插件 

在PCB布局時(shí)因?yàn)椴荒軐?shí)時(shí)直觀地看到真正的元器件放在上面的樣子，包括元件的體積，高度。整塊電路板是否與外殼相匹配，電路板內(nèi)部的各元件之間水平方向是否有沖突，而造成安裝不下的情況？較要命的是，元件的高度是否合適，會(huì)不會(huì)與外殼有沖突？這就需要有3D狀態(tài)下實(shí)時(shí)逼真的模擬和展現(xiàn)來(lái)盡早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。以保證電路板與外殼形狀匹配，高度匹配，安裝固定孔匹配。

PCB板的接插件布局也是至關(guān)重要的，好的接插件布局要考慮到將來(lái)插拔連接的方便性。一般來(lái)說(shuō)，接插件需要靠近板邊并且接口往板外，千萬(wàn)不能太靠近板內(nèi)，以至于連接線(xiàn)端的插頭被PCB板邊阻礙，插不上去。如下所示DB9串口不合理的接插件布局，造成線(xiàn)纜接頭處連接不上。

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對(duì)于這個(gè)接插件的失敗案例，如果在做PCB板之前就能通過(guò)3D視圖直觀地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，及時(shí)修改，就會(huì)免去很多不必要的時(shí)間和精力。而不會(huì)在做好PCB板，裝貼好器件，在較后連接的時(shí)候才發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。

3.  柵格的應(yīng)用：將元件進(jìn)行圓形擺放

前不久，一電子行業(yè)的同行跟我聊起，他想要將LED燈按照標(biāo)準(zhǔn)的圓形擺放，保持相同的間距。說(shuō)在放置的過(guò)程中非常傷腦筋，總也不能保證精確的圓形位置，其間距也很難計(jì)算。不知道有哪種工具能輕松地實(shí)現(xiàn)這個(gè)想法。說(shuō)實(shí)話(huà)，我也沒(méi)試過(guò)這種擺放方式，不過(guò)突然想起Altium Designer中有設(shè)置極坐標(biāo)柵格的功能，還附帶有其他幾種柵格形式。用這種極坐標(biāo)扇形柵格來(lái)試試。不試不知道，一試嚇一跳。借助這一塊扇形柵格，竟然非常輕松地將LED元件按照?qǐng)A形擺放在PCB上！如下圖所示。

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在這塊板子中，一顆 ARM7微處理器放在板子的正中央，以45°角度放置。然后以此芯片中心為原點(diǎn)，設(shè)置45°角傾斜的常規(guī)矩形柵格。

在外圈另設(shè)極坐標(biāo)扇形柵格，讓LED環(huán)繞一圈，在這種柵格上排列的LED準(zhǔn)確無(wú)誤而且精細(xì)美觀。同時(shí)在放置元件的時(shí)候，鼠標(biāo)光標(biāo)會(huì)自動(dòng)捕捉到柵格點(diǎn)，定位精確，而且操作極其簡(jiǎn)單。

不管是在原理圖設(shè)計(jì)中，還是PCB設(shè)計(jì)中，使用柵格來(lái)放置目標(biāo)對(duì)象使得您設(shè)計(jì)出來(lái)的圖紙非常整潔，干凈，有條理。而在PCB設(shè)計(jì)中，放置元件時(shí)采用多重柵格組合應(yīng)用，你可以按照自己的意圖隨心所欲地?cái)[放元器件到想要的位置。你這個(gè)設(shè)計(jì)魔術(shù)師能想到的，它就能幫你實(shí)現(xiàn)。這對(duì)于每天枯燥畫(huà)圖的工程師來(lái)說(shuō)，是一種多么美妙又有價(jià)值的感覺(jué)！如下圖為該設(shè)計(jì)項(xiàng)目PCB在3D狀態(tài)下正面和反面的裸板視圖。

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上面圓形PCB板為另一個(gè)巧妙使用柵格的案例。綠色圈出來(lái)的板中央5個(gè)安裝孔環(huán)繞中心點(diǎn)對(duì)稱(chēng)分布。板外沿4個(gè)安裝孔精準(zhǔn)對(duì)稱(chēng)。

下圖為PCB裸板制造出來(lái)的圖片。其中板兩側(cè)分別有4個(gè)半孔排列。用于板對(duì)板安裝，該小板作為一個(gè)模塊器件安裝到母板上。

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| 發(fā)布時(shí)間：2019.03.26    來(lái)源：電源適配器廠(chǎng)家
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