硬件设计注意点

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1.高速信号在走线的时候如果出现直角有什么影响?

1.正常走线的信号线在遇到直角时,线宽变成了直角的对角长度。线路的阻抗因为线宽的变化变得不再连续(锐角和钝角也一样),阻抗的不连续会带来信号的反射。

2.传输线直角形成的寄生电容,会减缓信号的上升时间。

3.直角处在高速信号传输时,相当于天线,会造成EMI干扰。

2.在PCB设计时,大面积覆铜的主要目的是?

1.PCB中需要敷铜的设计一般是在电源线或者地线上,大面积的覆铜可以降低电源和地线的阻抗,加大走过的电流,减小损耗。

2.在高频信号走线进行覆铜能够减少信号之间的干扰,起到了屏蔽的作用。晶振为高频发射源,在晶振附近的覆铜,就是这个道理。

3.万用表20A和200mA,哪一个内阻大?

1.对于同一个万用表而言,表头一样。扩展的量程越大,所呈现出来的内阻就越小。

2.比如量程越小,那么很小的电流流过,表头就要动作,那么需要高内阻才行。并联大电阻,分流小,表头流过更多的电流,更够动作。再比如测量同一个电流,如果20A量程的内阻更大,那么压降更大。不满足,同一电流流过,电压降一样的情况。所以只有在电流大的时候,内阻小才能和电流小内阻大的U=Rl,才能相等!

4.有源滤波器和无源滤波器的区别是什么?

无源滤波器:这种电路主要由无源元件R、L和C组成;

有源滤波器:集成运放和R、C组成,具有不用电感、体积小、重量轻等优点。集成运放的开环电压增益和输入阻抗均很高,输出电阻小,构成有源滤波电路后还具有一定的电压放大和缓冲作用。但集成运放带宽有限,所以目前的有源滤波电路的工作频率难以做得很高。

5.Buck电路PCB布板的时候要注意哪些问题?

1.开关电源电路中,开关管高速的开关,存在电磁干扰,在布线的时候,将开关管的S级放在离地线尽可能的近,并且将输入电容和输出电容放在开关管的两侧,能够吸收噪声。

2.功率电路的回路和控制信号回路隔开,在共地的时候,单点进行连接即可。

6.运放有哪些参数?压摆率是什么意思?单位是什么?

1.压摆率,简称SR(slew rate)也称转换速率,是指输入信号为阶跃信号时,闭环放大器的输出电压时间变化率的平均值。(其实就是输出电压的转换速率)单位V/s,V/ms,v/us,反应了运算放大器在速度方面的指标。一般来说,压摆率越高的运放,其工作电流也越大,亦即耗电也大的意思。但压摆率是高速运放的重要指标。

2.增益带宽积(小信号的增益带宽)衡量运放性能的一个重要指标,表示带宽与增益的乘积,在频率足够大的时候,增益带宽积是一个常数。

7.MLCC中的X-5R和X-7R电容有什么区别?

1.温度范围不同

X5R:-55°℃85°℃;X-7R:-55°C125°℃

2.应用不同

X7R电容器性能较稳定,随温度、电压时间的改变,其特有的性能变化并不显著,属稳定电容材料类型,使用在隔直、糯合、路、滤波电路及可靠性要求较高的中高频电路。X5R其容量稳定性较X7R,容量、损耗对温度、电压等测试条件较敏感主要用在电子整机中的振荡、耦合、滤波及磅路电路中。

3.X-5R和X-7R容量变化率均在±15%

8.电解电容为什么会有极性?

电解电容的是用金属箔(铝/钜)作为正电极,金属箔的绝缘氧化层(氧化铝/铝五氧化物)作为电解质,电解电容以其正电级的不同,分为铝电解电容和钜电解电容。铝电解电容的负电极由浸过电解质液(液态电解质)的薄纸/薄膜或电解质聚合物构成:钜电解电容的负电极采用二氧化锰。由于均以电解液作为负电极(注意区分电介质),电解电容器因而得名。有极性的电解电容通常在电源电路或中频、低频电路中起到滤波,退耦,信号耦合以及时间常数设定、隔直通交等作用。金属氧化物具有单向导电性。

9.你知道哪些常用逻辑电平?TTL与COMS电平可以直接互连吗

常用的电平标准,低速的有RS232RS485、RS422、TTL、CMOS、LVTTL、 LVCMOS、ECL、LVPECL等,高速的有LVDS、GTL、PGTL、CML、HSTL、SSTL等。一般说来,CMOS电平比TTL电平有着更高的噪声容限。如果不考虑速度和性能,一般TTL与CMOS器件可以互换。但是需要注意有时候负载效应可能引起电路工作不正常,因为有些TTL电路需要下一级的输入阻抗作为负载才能正常工作。

10.在PCB板上线宽和过孔的大小与通过电流的大小关系?

1.一般PCB板的铜箔厚度为35um,线条的宽度为1mil,那么线条的截面积为:0.035mm²(类比成吃的面条横截面),通常取电流密度为30A/mm²1mm的线宽可以流过的电流为:

I=0.035×30=1.05A

1mil=1/1000英寸=0.00254cm=0.0254mm

1mil流过的电流I=0.0254×1.05=0.02667A

20mil流过的电流I=0.02667×20=0.5334A

2.过孔的大小,在设置的时候,一般内径0.3mm,外径0.6mm,流过的电流与很多工艺相关。


电路中的GND,它的本质是什么

问一个简单而又很难回答的电路问题:电路中的地线GND,它的本质是什么?

在PCB Layout布线过程中,工程师都会面临不同的GND处理。

这是为什么呢?在电路原理设计阶段,为了降低电路之间的互相干扰,工程师一般会引入不同的GND地线,作为不同功能电路的0V参考点,形成不同的电流回路。

GND地线的分类

1 模拟地线AGND

模拟地线AGND,主要是用在模拟电路部分,如模拟传感器的ADC采集电路,运算放大比例电路等等。

在这些模拟电路中,由于信号是模拟信号,是微弱信号,很容易受到其他电路的大电流影响。如果不加以区分,大电流会在模拟电路中产生大的压降,会使得模拟信号失真,严重可能会造成模拟电路功能失效。

2 数字地线DGND

数字地线DGND,显然是相对模拟地线AGND而言,主要是用于数字电路部分,比如按键检测电路,USB通信电路,单片机电路等等。

之所以设立数字地线DGND,是因为数字电路具有一个共同的特点,都属于离散型的开光量信号,只有数字“0”和数字“1”区分,如下图所示。

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在由数字“0”电压跳变成数字“1”电压的过程中,或者由数字“1”电压跳变成数字“0”电压的过程中,电压产生了一个变化,根据麦克斯韦电磁理论,变化的电流周围会产生磁场,也就形成了对其他电路的EMC辐射。

没办法,为了降低电路的EMC辐射影响,必须使用一个单独的数字地线DGND,让其他电路得到有效的隔离。

3 功率地线PGND

模拟地线AGND也好,数字地线DGND也罢,它们都是小功率电路。在大功率电路中,如电机驱动电路,电磁阀驱动电路等等,也是存在一个单独的参考地线,这个参考地线叫做功率地线PGND。

大功率电路,顾名思义,是电流比较大的电路。很显然大的电流,容易造成不同功能电路之间的地偏移现象,如下图所示。

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一旦电路中存在地偏移,那么原来的5V电压就可能不是5V了,而是变成了4V。因为5V电压是参考GND地线0V而言,如果地偏移使得GND地线由0V抬升到了1V,那么之前的5V(5V-0V=5V)电压就变成了现在的4V(5V-1V=4V)了。

4 电源地线GND

模拟地线AGND,和数字地线DGND以及功率地线PGND,都被归类为直流地线GND。这些不同种类的地线,最后都要汇集在一起,作为整个电路的0V参考地线,这个地线叫做电源地线GND。

电源,是所有电路的能量来源。所有电路工作需要的电压电流,均是来自电源。因此电源的地线GND,是所有电路的0V电压参考点。

这就是为什么其他类型的地线,无论是模拟地线AGND,数字地线DGND还是功率地线PGND,最后都需要与电源地线GND汇集在一起:几张图告诉你,为什么要一点接地!

5 交流地线CGND

交流地线CGND,一般是存在于含有交流电源的电路项目中,如AC-DC交流转直流电源电路。

AC-DC电源电路,分为两个部分。电路中的前级是AC交流部分,电路中的后级是DC直流部分,这就被迫形成了两个地线,一个是交流地线,另一个是直流地线。

交流地线作为交流电路部分的0V参考点,直流地线作为直流电路部分的0V参考点。通常为了在电路中统一一个地线GND,工程师会将交流地线通过一个耦合电容或者电感与直流地线连接在一起。

6 大地地线EGND

人体的安全电压是在36V以下,超过36V的电压如果施加在人体身上,会导致人体受到损伤,这是工程师在开发设计电路项目方案的一个安全常识。

为了增强电路的安全系数,工程师一般在高压大电流的项目中使用大地的地线EGND,例如在家用电器电风扇、电冰箱、电视机等电路中。具有大地地线EGND保护功能的插座,如下图所示。

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家用电器的插座,为什么是3个接线端子?220V交流电只需要火线和零线,两根就可以,那为什么插座是3个接线端子呢?

插座的3个接线端子,其中的两个端子是用于220V的火线和零线,另外一个端子就是起保护作用的大地地线EGND。

芯片哥需要重点指出的是大地地线EGND,它仅仅是连接到我们的地球,起到高压保护作用,没有参与项目电路功能,与电路功能无关。

所以大地地线EGND,与其他类型的地线GND是存在明显电路含义区别的。

细究GND的原理

工程师可能会问,一个地线GND怎么会有这么多区分,简单的电路问题怎么弄得这么复杂?

为什么需要引入这么多细分的GND地线功能呢?

工程师一般针对这类GND地线设计问题,都简单的统一命名为GND,在原理图设计过程中没有加以区分,导致在PCB布线的时候很难有效识别不同电路功能的GND地线,直接简单地将所有GND地线连接在一起。

虽然这样操作简便,但这将导致一系列问题:

1 信号串扰

假如将不同功能的地线GND直接连接在一起,大功率电路通过地线GND,会影响小功率电路的0V参考点GND,这样就产生了不同电路信号之间的串扰。

2 信号精度

模拟电路,它的考核核心指标就是信号的精度。失去精度,模拟电路也就失去了原本的功能意义。

交流电源的地线CGND由于是正弦波,是周期性的上下波动变化,它的电压也是上下波动,不是像直流地线GND一样始终维持在一个0V上不变。

将不同电路的地线GND连接在一起,周期性变化的交流地线CGND会带动模拟电路的地线AGND变化,这样就影响了模拟信号的电压精度值了。

3 EMC实验

信号越弱,对外的电磁辐射EMC也就越弱;信号越强,对外的电磁辐射EMC也就越强。

假如将不同电路的地线GND连接在一起,信号强电路的地线GND,直接干扰了信号弱电路的地线GND。其后果是原本信号弱的电磁辐射EMC,也成为了对外电磁辐射强的信号源,增加了电路处理EMC实验的难度。

4 电路可靠性

电路系统之间,信号连接的部分越少,电路独立运行的能力越强;信号连接的部分越多,电路独立运行的能力就越弱。

试想,如果两个电路系统A和电路系统B,没有任何的交集,电路系统A的功能好坏显然是不能影响电路系统B的正常工作,同样电路系统B的功能好坏也是不能影响电路系统A的正常工作。

这就好比一对陌生男女,在没有成为恋人之前,女生的情绪变化是不会影响这个男生的心情的,因为他们没有任何交集。

假如在电路系统中,将不同功能的电路地线连接在一起,就相当于增加了电路之间干扰的一个联系纽带,也即降低了电路运行的可靠性。


多层PCB内部长啥样?

硬件工程师刚接触多层PCB的时候,很容易看晕。动辄十层八层的,线路像蜘蛛网一样。

画了几张多层PCB电路板内部结构图,用立体图形展示各种叠层结构的PCB图内部架构。

高密度互联板(HDI)的核心在过孔

多层PCB的线路加工,和单层双层没什么区别,最大的不同在过孔的工艺上。

线路都是蚀刻出来的,过孔都是钻孔再镀铜出来的,这些做硬件开发的大家都懂,就不赘述了。

多层电路板,通常有通孔板、一阶板、二阶板、二阶叠孔板这几种。更高阶的如三阶板、任意层互联板平时用的非常少,价格贼贵,先不多讨论。

一般情况下,8位单片机产品用2层通孔板;32位单片机级别的智能硬件,使用4层-6层通孔板;Linux和Android级别的智能硬件,使用6层通孔至8一阶HDI板;智能手机这样的紧凑产品,一般用8层一阶到10层2阶电路板。

只有一种过孔,从第一层打到最后一层。不管是外部的线路还是内部的线路,孔都是打穿的,叫做通孔板。

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通孔板和层数没关系,平时大家用的2层的都是通孔板,而很多交换机和军工电路板,做20层,还是通孔的。

用钻头把电路板钻穿,然后在孔里镀铜,形成通路。

这里要注意,通孔内径通常有0.2mm、0.25mm和0.3mm,但一般0.2mm的要比0.3mm的贵不少。因为钻头太细容易断,钻的也慢一些。多耗费的时间和钻头的费用,就体现在电路板价格上升上了。

高密度板(HDI板)的激光孔

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这张图是6层1阶HDI板的叠层结构图,表面两层都是激光孔,0.1mm内径。内层是机械孔,相当于一个4层通孔板,外面再覆盖2层。

激光只能打穿玻璃纤维的板材,不能打穿金属的铜。所以外表面打孔不会影响到内部的其他线路。

激光打了孔之后,再去镀铜,就形成了激光过孔。

2阶HDI板 两层激光孔

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上面这张图是一个6层2阶错孔HDI板。平时大家用6层2阶的少,大多是8层2阶起。这里更多层数,跟6层是一样的道理。

所谓2阶,就是有2层激光孔。

所谓错孔,就是两层激光孔是错开的。

为什么要错开呢?因为镀铜镀不满,孔里面是空的,所以不能直接在上面再打孔,要错开一定的距离,再打上一层的空。

6层二阶=4层1阶外面再加2层。

8层二阶=6层1阶外面再加2层。

叠孔板 工艺复杂价格更高

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错孔板的两层激光孔重叠在一起。线路会更紧凑。

需要把内层激光孔电镀填平,然后在做外层激光孔。价格比错孔更贵一些。

超贵的任意层互联板 多层激光叠孔

就是每一层都是激光孔,每一层都可以连接在一起。想怎么走线就怎么走线,想怎么打孔就怎么打孔。

Layout工程师想想就觉得爽!再也不怕画不出来了!

采购想想就想哭,比普通的通孔板贵10倍以上!

所以,也就只有iPhone这样的产品舍得用了。其他手机品牌,没听说谁用过任意层互联板。

总结

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最后放张图,再仔细对比一下吧。

请注意观察孔的大小,以及孔的焊盘是封闭的还是开放的。


PCB本身就是模拟电路的一部分

有些原则需要格外注意

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不知道你在布线的时候有什么习惯 我会先走地线,它是整个电路的基础,数字地和模拟地,我习惯在ADC芯片底下汇合,然后就接到电源,模拟部分慎重覆铜,走线也要尽量宽松一些,如果走线实在走不过去,可以用0欧电阻搭天桥

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如何规划好PCB设计布线层数,使其更好的拉线呢?

有规划的人生,会让人感觉心里踏实;自然,有规划的PCB设计,也是更让人信服,layout工程师也可以少走弯路,合理的布局及拉线规划,可以节约PCB设计层数。PCB板的层数一般不会事先确定好,会由工程师综合板子情况给出规划,总层数由信号层数加上电源地的层数构成。下面和小北一起来学习吧!

先看层数规划的要点

1、信号层数的规划;

2、电源、地层数的规划:

一、信号层数规划方法

1、首先评估主要IC部分的出线通道,比如针对有BGA器件的设计项目,考虑BGA信号线的深度及BGA的PIN间距,去规划出线层数,一般1.0mm焊盘间距及1.0mm以上间距的,一般过孔间可以过2根线,0.8mm焊盘间距及以下的一般BGA过孔间只能过一根线。比如有连接器,需要考虑连接器的深度,需要考虑其2个管脚间的过线数来评估出线层数。

在BGA扇出时,我们可以把最外的焊盘拉出来再打孔。

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2、评估好板子上的高速信号布线通道,一般PCB设计时,高速信号线宽线距有严格的要求,限制条件较多,要考虑跨分割、STUB线长度、线间距等内容,计算好高速信号区域需要的通道数和需要的布线层数,在接最重要的线时,我们要求尽可能的短并伴随两面有地参考。

3、评估瓶颈区域布线通道,在基本布局处理好之后,对于比较狭窄的瓶颈区域需要重点关注。综合考虑差分线、敏感信号线、特殊信号拓扑等情况来具体计算瓶颈区域最多能出多少线,多少层才能让需要的所有线通过这个区域。这些线我们最好是第一时间接出来。

二、电源、地层数的规划

1、电源的层数主要由电源的种类数目、分布情况、载流能力、单板的性能指标以及单板的成本决定。电源平面层数评估一般考虑电源互不交错、相邻层重要信号不跨分割。PCB在设计电流能力时,我们1oz的铜,一般1mm宽的铜片,能过1A的电流,0.5oz的铜,2mm宽的铜片,过1A的电流。这个时候我们要考电流瓶颈。

2、地的层数设置则需要注意以下几点:主要器件面对应的第二层要有比较完整的地平面;高速、高频、时钟等重要信号要参考地平面;主要电源和地平面紧耦合,降低电源平面阻抗等等。如果可以的话,所有的信号线夹在两个地平上。

综合考虑了以上两点,基本上不会出现有部分线走不通,有人比喻说:pcb设计就像一个建高楼大厦的过程,布线层数规划就是其中的设计图纸,规划好了,布线就自然而然可以水到渠成了。

没规划的人生叫拼图,有规划的人生叫蓝图;没目标的人生叫流浪,有目标的人生叫航行!


上拉电阻

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你说的应该是上拉电阻。上拉电阻一般起限流,提高IO驱动作用。

1.直接将VCC接到单片机引脚,通过的电流可能会超过单片机引脚承受的电流大小,会直接烧毁单片机,加个电阻,起限流作用,从而保护单片机。

2.电阻的另一侧(跟单片机相连的)自然是高电平。

3.电阻一般10k,太大对提高驱动作用不大,太小起不了限流作用。 1:首先,单片机IO口方向是可变的,现在是输入,等会可能又是输出,一旦变成输出后输出低电平,就相当于把电源和地短路,立即烧坏IO口。所以加个电阻保护

2:作为输入的时候IO口有着很高的输入阻抗,输入电流大概只有1uA左右,所以你串联一个几K的电阻根本不会影响什么。

3:上面说到输入电流有1uA左右,所以只要保证电平正常,大点没有关系,也不是越大越好10K左右


铝基板和FR-4的区别

一.什么是铝基板

铝基板是一种具有良好散热功能的金属基覆铜板,一般单面板由三层结构所组成,分别是电路层(铜箔)、绝缘层和金属基层。用于高端使用的也有设计为双面板,结构为电路层、绝缘层、铝基、绝缘层、电路层。极少数应用为多层板,可以由普通的多层板与绝缘层、铝基贴合而成。

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二:铝基板的层别构造

1.线路层:线路层(一般采用电解铜箔)经过蚀刻形成印制电路,用于实现器件的装配和连接。与传统的FR-4相比,采用相同的厚度,相同的线宽,铝基板能够承载更高的电流。

2.绝缘层:绝缘层是铝基板最核心的技术,主要起到粘接,绝缘和导热的功能。铝基板绝缘层是功率模块结构中最大的导热屏障。绝缘层热传导性能越好,越有利于器件运行时所产生热量的扩散,也就越有利于降低器件的运行温度,从而达到提高模块的功率负荷,减小体积,延长寿命,提高功率输出等目的。

3.金属基层:绝缘金属基板采用何种金属,需要取决于金属基板的热膨胀系数,热传导能力,强度,硬度,重量,表面状态和成本等条件的综合考虑。

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三.什么是PCB板

一.PCB ( Print Circuit Board )印刷电路板,又叫PWB (Printed Wiring Board)。通常把在绝缘材上,按预定设计,制成印制线路、印制元件或两者组合而成的导电图形称为印制电路。而在绝缘基材上提供元器件之间电气连接的导电图形,称为印制线路。这样就把印制电路或印制线路的成品板称为印制线路板,亦称为印制板或印制电路板。按层数也可分为:a.单面板. b.双面板. c.多层板.,按结构分:也可分为普通孔板以及盲埋孔板。

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四:铝基板和pcb板的区别

对于一些刚刚从事铝基板行业的小伙伴总会有这样的疑问,那就是铝基板与pcb板有什么区别,针对与这个疑问下面小编就具体的给大家说一说两者之间到底有那些区别?

pcb板与铝基板在设计上都是按照pcb板的要求来设计的,目前在市场的铝基pcb板一般情况都是单面的铝基板,pcb板是一个大的种类,铝基板只是pcb板的一个种类而已,是铝基金属板,因其具备良好的导热性能,一般运用在LED行业。

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pcb板一般而言就是铜基板,其也分为单面板 与双面板,两者之间使用的材料是有很明显的区别的,铝基板的主要的材料是铝板,而pcb板主要的材料是铜。铝基板因其PP材料特殊。散热比较好。价格也比较贵

两者在散热方面的比较,铝基板在散热方面的性能是要更加优越与pcb板的,其导热性能也是不一样铝基板是PCB的一种,价格铝基板比较贵。


两种板材的基本结构在不同的主要特征上是不同的

比较铝基板和FR-4板的主要特性:铝基板和FR-4板的散热量与基板的耐热性相比:基板为铝基板,FR-4板为晶体管PCB ,由于基板的散热不同,导致工作温度上升的测试数据不同。

性能:不同基板材料上的导线(铜线)和熔丝电流的比较如图1所示。从铝基板和FR-4板的比较来看,由于金属基板散热量高,导线明显改善,从另一个角度说明了铝基板的高散热特性。 铝基板的散热与其绝缘层厚度和导热性有关。绝缘层越薄,铝基板的导热率越高(但耐压性越低)。

可加工性:

铝基板具有较高的机械强度和韧性,优于FR-4板。为此,可以在铝基板上制作大面积的印制板,在这种基板上可以安装大型元件。

电磁屏蔽:

为了保证电路的性能,电子产品中的某些元件需要防止电磁波的辐射和干扰。铝基板可以作为屏蔽板来屏蔽电磁波。

热膨胀系数:

由于一般FR-4的热膨胀,特别是板厚度的热膨胀,金属化孔和线的质量受到影响。主要原因是原材料中铜的热膨胀系数厚度热膨胀系数为17 * 106cm / cm-C,FR-4板材为110 * 106cm / cm-C,差异较大,易产生加热的基板膨胀和铜线的变化以及金属孔破裂对产品可靠性的损害作用。铝基板的热膨胀系数为50×106cm / cm-C,比普通FR-4板小,接近铜箔的热膨胀系数。这有利于保证印刷电路板的质量和可靠性。

应用电路不同,应用领域不是,FR-4板适用于一般电路设计和普通电子产品。