pcb设计实例讲解

这是一个电子线路设计里的一个PCB设计实例——人体红外报警电路的详细过程，包括原理图设计、电路分析、Multisim 仿真、PCB布线等等的内容。并且附件里还附带 Sch 格式的原理图文件、PCB文件、Multisim 仿真文件以及报告文档。

1、红外报警电路总体方案

本设计是以热释红外传感器为核心设计的，由信号检测电路、信号放大电路、电压比较电路以及报警电路组成。其电路设计框图如图所示。

本设计的红外报警电路工作流程如图所示。红外报警器上电时立即进入到检测模式，不停循环检测有没有人，如果有人的话就发出报警，然后持续报警一分钟，一分钟之后重新检测是否有人，如此重复。

2、电路设计

（1）信号检测电路

信号检测电路以红外传感器为核心，将人体红外信号转换为电信号，传送给信号调理电路进行处理。图是信号检测电路。红外传感器选用的是应用较为广泛和成熟的人体热释红外传感器 RE200B。该传感器有三个引脚 1 引脚是接电源；2 引脚是信号输出，电路中将其下拉到地，当检测到人体热释红外信号时输出高电平；3 引脚是接地端。

（2）信号放大电路

由于热释红外传感器的输出信号十分微弱，不能直接驱动报警电路进行工作。因此需要利用信号放大电路来对输出信号进行放大。本模块电路设计成了两级的放大电路，第一级放大电路是基于 9014 三极管设计的，而第二级放大电路则是选用了 TI 公司的 LM358 放大器，LM358 可以使用 3-32V 单电源供电，可以简化电源电路。LM358 内部集成了两个运算放大器，在本模块电路中只应用其中一个。经过两级放大电路处理后，信号已经达到了驱动电路的要求。

（3）电压比较电路

信号经过信号放大电路处理之后输入到电压比较电路。电压比较电路如图所示。其由集成运放 LM358 设计实现，此时运放工作于开环状态下，同样选择单电源供电，正相输入端作为比较器的电压基准端，通过调节变阻器 R17 可以改变其基准电压；反相输入端接的是信号放大电路的输出信号。这样就形成了一个可以调节红外报警电路的灵敏度的电压比较电路。

（4）延时电路

延时电路主要由充电电容和一个比较器组成。如图所示。其中比较器选用的是 TI 公司的 LM393，这是一个集成了两个差动比较器，并且可以由 2-36V 的单电源供电进行工作。当热释红外传感器检测到人时，其输出信号经过处理后传输到延时电路使得电容 C6 经过整流二极管迅速放电，使得 LM393 电压比较器正相输入端的电压比反相输入端的电压高，从而使其输出高电平驱动报警电路。当检测不到人时，输入到延时电路的信号重新变成高电平，整流二极管反向截止，电容 C6 开始充电，一段时间后，LM393 的正相输入端的电压比反相输入端的电压低，使其输出低电平。该延时电路的延时时间大概为一分钟。

（5）报警电路

报警电路主要由三极管、蜂鸣器和红色 LED 组成。其电路图如图所示。输入高电平使得三极管导通，从而使得 LED 和蜂鸣器导通发出报警。输入低电平时，三极管截止，报警停止。其中三极管选用的是常见的小功率 NPN 型三极管 8050。

3、PCB设计

（1）完整电路原理图

最终设计的完整的红外报警电路原理图如图所示。

（2）PCB 尺寸及板层

根据焊盘数量 87 以及封装选择，设定PCB外形尺寸为 30mm*40mm。因为电路并不 复杂，单位密度并不高，所以PCB板层选择为成本较低较常见的双层板。

（3）元件布局

PCB的元件布局如图所示。所有元件都放置在顶层。其中 DC5.5 插座 P1、红外传感器 U1、变阻器 R17、蜂鸣器 B1 以及 LED1 都尽量靠近边缘摆放。

（4）布线

PCB 顶层布线图如图所示；底层布线图如后图所示。其中，普通信号线都选择为 10mil 线宽；部分驱动电路的线则选择为 20mil 线宽；6V 电源线选择的是 30mil 的线宽，并对其进行局部加粗。

（5）敷铜

敷铜后PCB的效果如图所示。