PCB设计问题的改善方法和技巧

在设计PCB时，我们通常会依赖以前在网上找到的经验和技巧。某些规则在设计时是通用的，也有部分规则只能用于特定设计。

例如，模数转换器PCB规则不适用于RF，反之亦然。但是，某些准则对于任何PCB设计都可以视为通用的。今天，给大家介绍一些可以显著改善PCB设计基本问题的方法和技巧。

一、电源和信号分配

电源分配是任何电气设计中的关键要素。所有的组件都依靠电源来发挥其功能。根据您的设计，某些元件可能具有较好的电源连接，而在同一块板上的某些元件可能具有较差的电源连接。

例如，如果所有组件都由一条走线供电，则每个组件将观察到不同的阻抗，从而导致多个接地参考。例如，如果您有两个ADC电路，一个在开始，另一个在末尾，并且两个ADC都读取一个外部电压，则每个模拟电路将读取相对于它们自己的不同电势。

我们可以用三种可能的方式总结功率分布：单点源、星形源、多点源。

1、单点电源

每个组件的电源和地线均彼此分开，所有组件的电源走线仅在单个参考点汇合，单点被认为是适合功率的。但对于复杂或大型/中型项目，这是不可行的。

2、星源

星源可以看作是单点源的改进。由于其关键特性，它有所不同：组件之间的走线长度相同。

星型连接通常用于带有各种时钟的复杂高速信号板。在高速信号PCB中，信号通常来自边缘，然后到达中心。所有信号都可以从中心传到电路板的任何区域，并且区域之间的延迟。

3、多点源

在任何情况下都被认为是比较差的设计类型，但它容易在任何电路中使用。多点源可能会在元件之间，以及公共阻抗耦合中产生参考差异。

这种设计风格还允许高频开关IC，时钟和RF电路在共享连接的附近电路中引入噪声。

当然，在我们的日常生活中，我们将无法总是拥有单一类型的分布。我们可以取得的折衷是将单点源与多点源混合在一起。可以将模拟敏感设备和高速/ RF系统放在一个点中，同时将所有其他不那么敏感的外围设备都放在一个点中。

二、电源平面

您是否想过是否应该使用电源平面？答案是肯定的。电源平面是传递电源并降低任何电路噪声的方法之一。

电源平面缩短了接地路径，降低了电感，提高了电磁兼容性（EMC）性能。还应归功于，两侧的电源平面还会产生一个平行板去耦电容器，从而防止了噪声传播。

电源平面还有一个明显的优势：由于面积较大，它允许更大的电流通过，从而增加了PCB的工作温度范围。

但需要注意的是，电源层可改善工作温度，但也必须考虑走线。跟踪规则由IPC-2221和IPC-9592给出，对于带有RF源的PCB（或任何高速信号应用），必须具有完整的接地层以提高电路板的性能。信号必须位于不同的平面上，并且使用两层板几乎不可能同时达到两个要求。

如果要设计天线或任何低复杂度的RF板，则可以使用两层来实现。下图显示了PCB如何更好地使用这些平面的图示：

在混合信号设计中，通常建议将模拟地与数字地分开。灵敏的模拟电路很容易受到高速开关和信号的影响，如果模拟和数字接地不同，则接地平面将分开。

但有如下缺点，我们应该注意主要是由接地平面的不连续性造成的分割地面的串扰和环路区域。

下图显示了两个分开的接地平面的示例。在左侧，返回电流无法沿着信号走线直接通过，因此会出现环路区域，而不会在右侧环路区域进行设计。

三、电磁兼容性和电磁干扰（EMI）

对于高频设计（例如RF系统），EMI可能是一个很大的缺点。前面讨论的接地层有助于减轻EMI，但根据您的PCB，接地层可能会带来其他问题。在具有四层或更多层的叠层板中，飞机的距离至关重要。

当平面间电容小时，电场将在板上扩展。同时，两个平面之间的阻抗减小，允许返回电流流到信号平面。这将对穿过平面的任何高频信号产生EMI。

避免产生EMI的简单解决方案是：防止高速信号穿越多层。添加去耦电容器；并在信号走线周围放置接地过孔。

下图显示了具有高频信号的良好PCB设计：

四、滤除噪音

旁路电容器和铁氧体磁珠是用于过滤任何组件产生的噪声的器件。基本上，如果在任何高速应用中使用，则任何I / O引脚都可能成为噪声源。

为了更好地利用这些内容，我们还需要注意以下几点：

● 始终将铁氧体磁珠和旁路电容器放置在尽可能靠近噪声源的位置；

● 当我们使用自动放置和自动布线时，应该考虑距离来进行检查；

● 避免过孔和过滤器与组件之间的任何其他走线；

● 如果有接地层，请使用多个通孔将其正确接地。

审核编辑：郭婷