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電路板設計范文1
關鍵詞：
在電子設備中,地線設計是印制板布線設計的重要環節,是抑制噪聲和防止干擾的重要組成部分,不合理的地線設計會使印制板產生干擾,達不到設計指標,甚至無法工作。地線是電路中電位的參考點，又是電流公共通道。地地位理論上是零電位，實際上由于導線阻抗的存在，地線各處不都等于零，即存在非零電位點。
一、模擬電路的地線設計——單點接地
1．理論計算
例如：印制板上寬度為1.5mm，長50mm的地線銅箔，若銅箔厚度為0.05mm，則可根據公式R=ρL/S，該段導線電阻為0.013Ω，若流過這段地線電流為2A，則這段地線兩端電位差為26mV，在微弱信號電路中，這26mV足以干擾信號正常工作。
可見，對印制板設計者來說，地線只要有一定長度，就不是一個處處為零的等電位點。地線不僅是必不可少的電路公共通道，又是產生干擾的一個渠道。如同修筑一條道路帶來交通便利的同時也帶來污染一樣。
2．應用舉例
在一個由傳感器、運算放大器、功率放放大器、伺服電機及直流穩壓電源等組成的工控系統中，對每一級來說都有接地問題，這里所說的“地”并非大地，可以理解為等電位點，即電路或系統的基準零電位點。在由若干級運放串接組成的低頻或直流放大器中，每一級都有自己的基準地電位。其輸入、輸出信號的大小和極性也都是相對這個基準地電位而言的。因此，當放大器前后級之間以及放大器與傳感器相連時，它們的基準地都應該連在一起，即應是等電位的。而這些放大器與傳感器又都由各自的直流電源供電，所以這些電源的地也應與放大器的地連接在一起。在大多數工控系統中，來自傳感器的信號經電壓放大、功率放大后去控制執行機構，在有些情況下伺服電機控制繞組的一端也需要接地。這樣，當另一端來的是正信號時，控制電流經電樞流入地使電機正轉；負信號時則電機反轉。所以電機控制繞組的一端也應與放大器有一個公用的等電位基準地。
在單電源供電時，由于各級電路中的所有電流最終都要流回到電源負端，通常我們也是把它作為“地”電位的基準。在圖2中每級放大器都采用一點接地、各級放大器之間通過地線接到電源負端，由于各級放大器的工作點電流和信號電流幅度是逐級增大的。因而流過最后一段地線的電流包括前三極的信號電流，其中第三級信號電流已經包括自己在內的前三級放大，因而電流最大，在此段地線上的電壓降U3也最大；根據同樣的道理U1最小。
3．基本原則——一點接地
如果能將電路中所有的接地點全部接在一個點上，即“一點接地”，也就不存在地線阻抗（此時地線阻抗極低），那么地線干擾也就不存在了。但是實際應用中，真正的一點接地是很難做到的，所以我們只能盡量的減小地線阻抗。我們可以在實際布線時，盡量縮短地線的長度并且使其具有足夠的寬度，或者可以進行鍍銀處理（匯流條設計），通過這樣的設計，我們可以將地線干擾盡量降低。
通過上面的應用我們還可以發現，同樣的一點接地，如果適當改變其接地點的位置，還能夠進一步的減小線路干擾，提高工作精度和穩定性。
當然如果電路是一個多單元、多板電路，需要連接的元器件，單元電路較多時，應將這些接地元器件盡可能就近接到公共地線的一段或一個區域，也可以接到一個分支地線上。
二、高頻電路的地線設計——就近多點接地
1．理論計算
在高頻電路中（幾十兆以上頻率）導線不公有電阻，還有電感，以平均自感量為0.8uH/m計算，50mm長的地線上自感為0.04uH,若電路工作頻率為60MHz，則感抗為16Ω，在這段地線上流過10mA電流時即可產生0.16V的干擾電壓。這足以將有用信號淹沒。
2．解決措施
通過計算我們可以發現，在高頻電路中，頻率越高，地線阻抗越大。為了盡量降低地線阻抗，我們可以采用就近多點接地的方法，且地線設計成大面積接地。這種布線方式元器件一般都采用不規則排列并按信號流向依次布設，以求最短的傳輸線和最大面積接地，注意在高頻電路中是不能采用分地線設計的。
在上述是模擬電路和高頻電路地線設計我們都可以認為這是運用了一點接地的基本原則，所不同的是模擬電路大多采用單點接地，而高頻電路采用的是就近多點接地。而這個地就是一點接地的“點”，所以，一點接地中的“點”并非是幾何意義上的點，在印制電路板地線設計當中，也無法真正做到幾何意義上的一點，這里所說的點是忽略電阻的幾何導線圖形，它可以是匯流排，粗導線、或大面積接地等。
三、混合接地
混合接地和單點接地、就近多點接地的地線設計大不一樣。混合接地是在地線系統內使用電感、電容連接，利用電感、電容器件在不同頻率下有不同阻抗的特性，使地線系統在不同的頻率具有不同的接地結構這樣接地設計在普通的電路設計當中應用并不太多。
電路板設計范文2
關鍵詞：PCB 多層電路板 Protel DXP 電路板設計 EMC
中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416(2011)12-0066-02
繼2002年Altium公司推出第七代Protel系列軟件----Protel DXP后，該公司于2004年迅速推出Protel DXP的升級版本Protel DXP 2004。Protel DXP 2004為用戶提供全面的設計解決方案，其改進的自動布線規則和算法提高了布線的成功率和準確率。目前，Protel DXP 2004成為電子電路人員首選的計算機輔助設計軟件，是用戶群最大，實際工程應用最廣泛的版本。
本文結合作者對設計多層電路板的經驗和體會，圖文并茂的方式講述多層電路板設計的基本思路和流程，力求注重設計要領和設計方法的介紹，并以四層板的設計為具體實例，在邊講述邊操作中分析設計者的思路，幫助讀者建立正確、清晰的多層電路板設計理念。
1、多層電路板設計基本流程
多層電路板的設計流程與普通的PCB板的設計步驟基本相同，不同之處是需要進行中間信號層的走線與內電層的分割，綜合來看，多層電路板的設計基本分為以下幾步（如圖1所示）。本文先將這幾個步驟做簡單的介紹。
電路原理圖的設計，主要目的之一是給PCB板的設計提供網絡表，并為PCB板的設計做準備基礎。
電路板的規劃，主要是要規劃PCB板的物理尺寸，元件的封裝形式，元件安裝方式，板層結構，即單層板、雙層板和多層板。
工作參數設置，主要是指工作環境參數設置和工作層參數設置。正確合理的設置PCB環境參數，能給電路板的設計帶來極大的方便，提高工作效率。
元件布局與調整，當前期工作準好后，可以將網絡表導入到PCB內，或者可以在原理圖中直接通過更新PCB的方式導入網路表。用過Protel DXP的讀者都知道，系統自帶了自動布局的功能，但是，自動布局功能的效果往往不太理想，一般應采用手工布局，尤其是對于復雜的電路和有特殊要求的元器件。元件布局和調整是PCB設計中比較重要的工作，直接影響到后面的布線和內電層的分割等操作。
中間層的定義與設置，該操作重點是在軟件的層堆棧管理器里設置具體的層結構，主要是設置中間信號層和內電層的數目，上下結構等。
內電層分割，通常內電層，往往不止一個電源網絡，常常需要將內部電源層分割成幾個相互隔離的區域，并將每個區域連接到特定的電源網絡，這是多層板與普通板的最大區別，也是多層電路板設計中重要的環節。內電層分割的結構，往往直接影響到電源和地網格的走線，同時受到元件布局和走線的影響。
布線規則設置，主要是設置電路布線的各種規范，導線線寬、平行線間距、導線與焊盤之間的安全間距及過孔大小等，無論采取何種布線方式，布線規則是必不可少的一步，良好的布線規則能保證電路板走線的安全，又符合制作工藝要求，節約成本。
布線與調整，系統提供了自動布線方式，但往往不能滿足設計者的要求，實際應用中，設計者往往依靠手工布線，或者是部分自動布線結合手工交互式布線的方式完成布線工作。特別要注意的是布局和布線以及PCB具有內電層這一特點，布局和布線雖有先后，但在設計工程中往往會根據布線和內電層分割的需要調整電路板的布局，或者根據布局調整布線，他們之間是一個相互兼顧、相互調整的過程。
其他輔助操作，比如敷銅和補淚滴等操作，還有報表輸出與存盤打印等文檔處理工作，這些文件可以用來檢查和修改電路板，也可以用來作為采購元件的清單。
多層電路板的信號層的布局和布線與普通板的要求一樣，因此本文不再討論，本文重點討論內電層的分割與多層板的電磁兼容設計問題。
2、多層電路板中間層設置與內電層的分割
2.1 中間層的創建與設置
多層PCB板與一般的PCB不同之處在于，多層PCB除了頂層和底層之外，還有若干中間層，這些中間層可以是信號層(Mid Layer)，也可以是內部電源/接地層(Internal Plane)。中間層的作用與頂底層相似樣，只是不能放置元件。內部電源/接地層為一層銅膜層，可以被分割成相互隔離的區域，每個區域銅膜都與特定的電源/地網絡通過焊盤或過孔聯通，其作用是可以簡化電源和底網格的連線、減少線路阻抗、增強電源網絡的抗干擾能力。
中間層的創建方法，可以通過專門的層設置與管理工具----Layer Stack Manager（層堆棧管理器）實現，具體操作選擇菜單命令【設計】/【層堆棧管理器】，在彈出的對話框內可以方便的設置需要的層。以四層板為例，設置的兩個中間層分別為電源層（Power表示）和地線層（GND表示），所連接的網絡號不設置。值得注意的是，對于四層板，一般的選擇層的方式是信號層、電源層、地層、信號層。更好的選擇層的方式是信號層、電源層、信號層、地層。
2.2 內電層的分割方法
規劃和設置好中間層，元件布局完成后，就可以進行內電層的分割，Protel DXP 2004的內電層的分割比以前的版本簡單和方便得多。具體操作方法，選擇菜單命令【設計】/【PCB層次顏色】或者直接按快捷字母鍵L，即可調出【板層和顏色】面板，這樣可以將不需要的層關掉（比如頂層、底層、其他中間層），顯示需要的分割層，以電源層為例，將電源層【Power】打鉤以在PCB界面上顯示“Power”層。 回到PCB操作界面，選擇菜單命令【放置】/【直線】或者快捷鍵P/L，調出畫線工具，選中要分割的電源焊盤（如VCC），形成一個閉合曲面，雙擊閉合的框，彈出對話框，選擇分割出來的這個閉合區域所連接的網絡（VCC）。一個分割好的內電層已完成，其他的電源網絡（VDD）的操作類似。
3、多層電路板電磁兼容設計
3.1 多層電路板電磁兼容的一般原則
多層電路板電磁兼容設計時，需要從PCB材料與板層數、元器件、元器件布局等因素考慮，PCB材料上，一般的電子產品選擇FR4環氧玻璃樹脂基板，對于高頻電路，需要選擇介電常數高，介質損耗小的材料，比如聚四氟乙烯玻璃纖維基板；對于元器件的選擇原則，要選擇元器件的封裝類型小、電源腳與遞交成對配置、輸入輸出管腳均勻分布的元件，高頻元器件還需要注意其他問題；多層電路板的布局原則，確定PCB的總體結構，選擇合適的傳輸線模型和合理的分層來抑制PCB上的電磁干擾，要比外屏蔽好的多。另外，要確定包括高頻器件、高壓器件、可調器件以及大型、異型器件在內的特殊元器件的布局。
3.2 多層PCB電源和地部分的電磁兼容設計
由于高速電路工作時，電源供電存在瞬間變化的供電電流，電磁干擾容易耦合到其他功能單元。對于電源部分的設計應遵循幾個原則：選擇合理的供電方式導線要粗，供電環路面積應最小，不同電路的供電環不能重疊等；添加濾波器或者去耦電容，電源輸入端使用大容量電解電容（10-100μF）作為低頻濾波，并聯一個小陶瓷電容（0.01-0.1μF）做高頻濾波，一般至少每3片集成塊有一個去耦電容；另外，對電源也應進行有效的隔離。
地線的實質是電路返回電源的低阻抗途徑，接地是有效消除干擾的重要方法，一般要從以下方面著手控制：正確選擇單點接地與多點接地，頻率小于1MHz使用單點接地方式，工作頻率大于10MHz時，使用多點接地方式；將數字地與模擬地分開；盡量加粗地線并使接地線構成封閉環路；地層上的分割縫不能阻擋高頻回流的通路，避免將連接器安裝在地層分割縫上。具體設置方法選擇菜單命令【設計】/【規則】，在彈出的選項框內點擊High Speed，可以設計高速PCB的電磁兼容設置。
4、結語
Protel DXP 2004電路板設計功能較以往版本強大很多，在多層板的設計方面，但有些設計完全靠軟件完成，顯然不盡人意，尤其多層板的內電層的分割，元器件的布局，電磁兼容設計的考慮上，導線的走線上，還需要設計者手工操作，多層板的設計，很多教材和書籍介紹不多，通過本文的介紹希望能對PCB設計的學習者和工作者帶來幫助。
參考文獻
[1]劉剛,彭榮群.Protel DXP 2004 SP2原理圖與PCB設計[M].北京:電子工業出版社,2007.6.
[2]程路,鄭毅,向先波.Protel 99 SE多層電路板設計與制作[M].北京:人民郵電出版社,2007.4.
[3]曾小波.一種在Protel99SE中非層次原理圖子電路元件的自動編號方法[J].電腦知識與技術,2010(04).
[4]周春陽.基于Protel DXP的印刷電路板設計[J].沈陽工程學院學報 (自然科學版),2006(01).
[5]王芳.PCB電磁兼容設計原則及其實例分析[J].印制電路信息,2010(06).
[6]林若波.PCB電磁兼容設計中的電源和接地研究[J].電子測試,2007(01).
電路板設計范文3
關鍵詞: Protel 99SE印制電路板電路原理圖基本流程
一、前言
隨著計算機技術的飛速發展,各行各業無不在尋求計算機技術的支持,特別是電子信息制造業。利用計算機進行產品設計的CAD軟件也日益豐富,使產品設計人員能夠高效率地進行各自領域的產品分析和設計等工作。
利用EDA工具,可以使電子產品從電路設計、性能分析到IC版圖或PCB版圖設計的整個過程都在計算機上自動處理完成,從而減少手工設計中繁重勞動,并保證設計的規范。Protel 99SE則是EDA軟件的杰出代表,該軟件基于Windows平臺的32位EDA設計系統,具有豐富多樣的編輯功能、強大便捷的自動化設計能力、完善有效的檢測工具等。下面筆者以一個具體的555振蕩器的例子,系統地討論如何應用Protel 99SE軟件進行印制電路板的設計。
二、印制電路板(PCB)設計
印制電路板(PCB)設計主要包括電路原理圖設計和PCB電路板設計兩部分。
1.電路原理圖設計的一般步驟
電路原理圖設計流程見圖1。
2.印制電路板設計的基本流程(見圖2)
該555振蕩器電路的原理圖見圖3。
(1)規劃印制電路板
規劃電路板主要是確定電路板的物理邊界、電氣邊界、板層結構和布局要求等任務。
首先,定義電路板的形狀和尺寸(物理邊界),其次,用戶在4個機械層中的一個上確定電路板物理邊界,而在其它的機械層上放置尺寸、角標、參考孔位置。該555振蕩器電路的物理邊界設置成30 mm×40 mm。最后,定義電路板的電氣邊界。
(2)設置參數
參數設置包括工作層的參數、PCB編輯器的工作參數、自動布局和布線參數的設置等。
在進行印制電路板設計時,確定其工作層,包括信號層(Signal layers)、內部電源/接地層(Internal Planes)、機械層(Mechanical layers)等。印制電路板分為單層板、雙層板和多層板。
(3)加載網絡表
網絡表是自動布線的關鍵,是連接電路原理圖和PCB圖的橋梁。
(4)元器件的放置與布局
元器件的放置要符合元器件布局的一般規則;布局是指將元件的封裝整齊、合理地放置在電路板所限定的范圍內。布局有兩種方式:手工布局和自動布局。
(5)布線(Routing) 規則設置
元器件的封裝在印制電路板上布局完成后,就可以布線了。
布線同布局一樣,可分為手工布線和自動布線,復雜的電路一般都是采用自動布線的,然后手工進行調整,以達到最佳效果。在進行自動布線之前,首要工作就是設置“自動線規則”。
在該555振蕩器電路中,走線間距設置成15 mil,走線轉角方式為45度。本電路圖布線工作層面選擇底層,線寬中將一般走線設成25 mil。為了提高電路的抗干擾能力,增強系統的可靠性,往往需要將電源/接地線加寬,因此電源和接地網絡設成50 mil。
(6)自動布線和手工調整
只要元器件的布局合理,布線參數設置得當,系統就可完成自動布線。Protel 99SE自動布線的成功率可達到100%,但是線路中存在許多令人不滿意的地方,因此,必須經過手工調整,完善電路板。最終自動布線和調整后的圖如圖4所示。
(7)生成各種PCB報表及輸出
PCB報表是為方便用戶查詢和管理電路板而建,印制電路板詳細信息可以記錄在各種不同報表中。PCB可生成“已選管腳報表”(Selected Pins)“電路板信息報表”(Board Information)、“元件報表”(Bill 0f Materials)、“設計文檔報表”、“網絡狀態報表”(Netlist Status)、“鉆孔文檔”等文檔。 電路板布線完畢,就可以輸出電路板圖,并將輸出結果送到廠家進行制作。
(8)文件的保存和輸出
完成PCB設計后,應將文件保存,然后利用各種圖形輸出設備,輸出PCB圖。
三、結語
使用Protel 99SE不僅可以繪制電路原理圖和設計印制電路板,而且可以進行電路仿真。
參考文獻:
[1]胡春花.基于PROTEL99的印制電路板設計[J].鎮江高專學報,2007.4.
[2]熊建平.Protel99SEEDA技術及應用[M].北京:機械工業出版社,2008.
電路板設計范文4
【關鍵詞】單片機；存儲顯示；AD采集電路板
一、設計目的
電子愛好者在業余條件下進行實驗，有時需連續進行大量數據測量，如測試充電電池的放電容量，但人工測量讀取大量數據，測試周期短時會手忙腳亂，而周期長時要受長時間等待之苦。這時就要有一臺自動測量記錄儀該多好?。〉珜I的AD采集模塊價格較貴，且操作比較復雜。于是很多電子愛好者想到了用單片機測量和記錄，但目前市場多數單片機實驗板或學習板都采用8位精度的AD轉換芯片如ADC0832和PCF8591，精度較低，且存儲數據多用串行EEPROM 24C02或24C04，容量十分有限，為此，本人設計了一種結構簡單的帶存儲顯示功能的AD采集電路板，方便廣大電子愛好者測量和采集使用。
二、電路結構和原理
電路原理圖如圖1所示，主要由單片機和液晶顯示器構成，單片機采用STC 12C5410AD，DIP封裝有20腳和28腳兩種選擇，由于液晶屏并口連接占用較多引腳，所以本設計采用28腳封裝。之所以選用STC單片機，主要因該類單片機有如下優點：一是同價位下STC單片機內部EEPROM容量大，5410系列為2K，5620系列為4K，省去了另配EEPROM的麻煩；二是將對外通信串口和ISP在線編程接口合二為一，減小了引腳占用，相比AVR系列可節約3個I/O口；三是內部集成了復位電路和時鐘電路，可使電路更簡單。
由于STC單片機I/O口驅動電流可達25mA，因此蜂鳴器和發光二極管均直接驅動。為了安全起見，在蜂鳴器電路上加了22歐的限流電阻R7，實驗表明，對發聲強度影響不大。
為了能實時顯示測試數據，采用LCD1602液晶屏作為顯示器件，比LED數碼管顯示來說，功耗較低，顯示字符較多，且為靜態顯示，占用系統資源少。由于顯示功能較全，所以在采集數據量較小時可直接在顯示屏上讀取，而不一定與上位計算機連接。
由于定時采集的周期準確性和與上位機通信的要求，本電路采用11.0592MHz外部晶振作為系統時鐘，若對定時要求不高，也可用內部RC振蕩電路作為時鐘。
由于單片機的AD基準電壓即為其供電電壓，所以要求供電電壓是確定的值，不同的電腦USB輸出電壓雖然也穩定，但可能會有所不同，多在4.5-5.1V之間，因此采用HT7144低壓差穩壓電路進行穩壓，該電路1腳為地，2腳為輸入，3腳輸出，輸入輸出最小壓差僅0.1v，輸出電壓4.4V，電流約30mA。
S1為電源開關，S2-S4用來調整采集周期和采集數據個數。
R1-R3和DW1-DW3為限壓保護用，RW1用來調節液晶屏對比度。
為了便于擴展功能，本電路板設計兩路繼電器輸出，并帶發光二極管指示，方便單片機愛好者進行開發，如進行溫度控制、電壓控制等，讀者自制時可根據需要進行取舍。
圖1 采集板電路原理圖
三、采集板的主要指標：
1.采集回路共有二路，每路分0-4.4V，0-44V兩檔。
2.采集數據量20-1000個，設定值200以下，以10為單位改變，200-1000，以50為單位改變。
3.采集數據周期1-600s，設定值60以下，以1為單位改變，60-600，以10為單位改變。
4.采集精度：10位二進制。
5.工作電壓4.5-5V，工作電流20-30mA。
四、單片機程序原理
單片機程序采用C語言編制，主程序包括液晶屏顯示程序、按鍵處理程序、讀寫EEPROM程序、AD采集程序、串口發送程序等，各子程序讀者可在其它雜志和網上搜索。
五、采集板使用方法及注意事項
1.與上位機連接時采用USB轉TTL下載線，既可省去MAX232轉換電路和供電電路，又能適用于無串行口的筆記本電腦。使用USB轉TTL信號線前要安裝好PL-2303HX的驅動程序，下載地址：安裝方法有說明，裝上以后就會虛擬出一個COM口，記下該串口號，下載或接收數據都要用到這個端口。
2.按順序接好線：若不用專用電源，只需將USB轉TTL線的一端插入電腦中的一個USB口中，另一端的紅、黒、綠、白四根線分別接采集板上VCC，GND，RXD TXD，若使用另外的穩壓電源，一定注意正負極不要搞錯，并且USB轉TTL線的紅色電源線一定不要接，防止兩路電壓相差過大而損壞其中之一。
3.打開采集板配套的應用程序”配套接收程序.exe”，設置好接收端口號，填上采集板電源電壓、電壓衰減倍數、并選擇接收方式為16進制接收，打開串口等待單片機采集完成后發來數據。
4.按下采集板上電源按鈕S1送電，液晶屏上顯示”zhouqi 60s”，這時按S2按鈕，周期增加，按S3按鈕，周期減小，按S4確定，液晶顯示屏上顯示”cishou 200”，按S2按鈕，采集次數增加，按S3按鈕，采集次數減小，按S4確定，蜂鳴器響一聲，開始進行延時等待。
5.過一段時間后，采集板采集到兩個數據，第一行顯示”001 XXXX V”，第二行顯示”002 XXXX V”，001/002為序號，XXXX是單片機采集到電壓值，所有數據采集完畢，蜂鳴器長響一聲，藍色指示燈亮，表示單片機正在將采集到的數據發往上位計算機，發送完畢，指示燈熄滅。上位機從收到第1個數據后約5S，字符串直接顯示在左側接收區內，并自動進行合并和換算處理，保存于文本文件或EXCEL表格中。
6.傳送數據完成后，按下S4按鈕，液晶顯示屏從1號開始重新顯示剛才采集到的數據，每3s變化一次，方便小數據量時的人工讀數，免除接上位計算機之煩。
7.讀取完畢，本次程序結束。
8.本板子單片機芯片采用活動IC插座，方便使用者作為編程器使用，下載編程軟件用STC_ISPV4.83版，程序下載地址：http：///
9.上位機程序采用Visual Basic開發，為EXE可直接執行文件，不用安裝。但360等殺毒軟件往往會提示為木馬或危險程序，當出現警告時，選擇繼續運行或允許使用即可。若經常大量接收數據，應及時刪除或另外保存以前的數據，防止該文件過大，打開和查看都不方便。
10.由于上位機有很強的計算能力，因此可對不同分壓比的測量電壓進行換算，讀者可在輸入電路上串入任意阻值的限流電阻，然后在接收程序中自行設定取樣電路分壓比，由上位機進行換算.但為了便于在液晶屏上顯示，板上電壓擴展電路的分壓比采用10倍，這樣在人工讀取時若需要量程換算，只需將顯示值乘10即可。
參考文獻
[1]宏晶科技.STC12C5410AD系列單片機器件手冊[S].2005，12.
電路板設計范文5
【關鍵詞】高速電路 板級電路 電源完整性
現代電子產品為了應對市場的需求，在電路的設計及其應用板級電路上都有著顯著的提高，但也正因為如此，致力于系統工作頻率、芯片開關的速率的提高，導致產生了多種系統性的問題，嚴重影響了設計出來后產品的質量。因此文章在高速電路設計及其在板級電路中的最初，將例如電源系統完整性、SI、PI等問題提出，分析并擬定相關的解決辦法。
1 高速電路的含義與現狀
1.1 高速電路的含義
高速電路在含義上主要有兩方面，分別是設計電路頻率高與數字信號跳變快。⑴當數字邏輯電路的頻率達到了50MHz以上時，且占到了整個系統的三分之一可稱為高速電路；⑵當數字信號上升或下降的時間與信號周期相比的比率大于5%時，即可稱為是高速電路。
1.2 高速電路的現狀
當前的電子技術一般是應用在通用系統中，電子技術也隨著時光的推移，一步步的向前邁進。92年的電子系統期間的工作頻率只有40%是在30MHz以上，且體積大，管腳少；94年有50%的工作頻率達到了50MHz，使用封裝方式的器件開始大量的出現在市場上。在96年以后，大部分電子系統的工作頻率已經達到了100MHz以上，且體積小與管腳數多。但也是因為高速發展的因素，電子系統設計在對體積改變的同時，電路在布局的時候，布線的密度就會增大，信號頻率就在提高，信號邊沿也呈現出不斷變陡的狀態。
以印刷電路板（PCB）為例，其是高度電路設計應用在板級電路中的一個代表性產品，其線跡互連是和板層特性跟系統電子性能是有著非常重要的影響的，在進行評定系統性能的設計時，必須要對PCB板材的電參數進行考量，如使用傳統的方法進行設計，將無法促使PCB得到很好的運作。
2 高速電路的理想傳輸線設計
在上文了解到，以PCB為例，需采用高速電路設計才可讓PCB運作。PCB的走線是作為傳輸高速電路的傳輸線，且PCB上傳輸線的時序問題是成為整個PCB時序裕量的重要組成部分。高速電路應用在板級電路上傳輸線的設計時，分別是微帶線與帶狀線。通過現實案例，可以確定系統時鐘的特性阻抗、傳輸延遲與時鐘單板疊層的方式。
（1）在計算特性阻抗時，可通過仿真結果進行表示，如將特性阻抗控制在30歐姆～80歐姆之間時，即可正常工作。
（2）在確定傳輸延遲時，根據相差最壞的情況進行計算，微帶線的傳導延遲為150PS/in，帶狀線為180PS/in。系統時鐘的傳導時間公式為T長=13*0.18=2.34ns，T短=5*0.15=0.75ns。
（3）在計算單板疊層時，設時鐘板為8層，4個信號層與4個平面層，板厚為2mm。在進行疊層設計時，需要考量板材的介電常數、層間介質厚度以及布線寬度。
3 高速電路的非理想互聯
在高速電路的設計中，電子產品頻率的損耗、阻抗不連續以及拐角影響都是屬于非理想互聯。該部分在過去高速電路設計中，經常會被忽略，在現代技術的高速發展中，該種問題就顯得非常的嚴峻。
3.1 傳輸線損耗
在上文了解到，由于電子技術的發展是朝著更加小，更加快的方向發展，傳輸線的尺寸與原件也處于不斷縮小的態勢中。傳輸線一旦受到損耗，將會直接影響電子數字系統的性能，從而減少信號幅度，影響時間裕量。而傳輸線的損耗也可分為導體直流損耗、介質直流損耗、集膚效應以及頻率的介質損耗[4]。
3.2 碼間干擾
一旦信號沿著傳輸線進行傳輸時，因為反射、串擾等信號跳變的原因，總線上的噪聲會對傳輸線上的信號產生影響，促使其時序與信號質量出現惡化，最終超過允許的容縣。在進行高速電路設計時，為避免碼間干擾，首先需要仔細分析碼間干擾對性能產生的作用。其次是在每次跳變時，對碼間干擾的時序進行采樣。
3.3 90°影響
在進行每一塊PCB設計中，中部分連線以及所有的連線都會出現彎曲的現象。在進行設計時，需考慮哪一些因素會對建立模型造成影響，并采用經驗測量的方式，對得到的集總參數電容模型是否適合系統有個充分的認識，從而了解到在何時可對模型進行修正。針對于90°彎線的經驗模型，就相當于是在傳輸線上加上一個方塊的額外電容，在進行計算時，90°的額外電容值應當是要加到模擬發生彎曲的傳輸線上。
4 高速電路設計的三方面
4.1 電源系統完整性
電源系統的完整性是由SI、PI以及EMI所組成的。SI常見的問題有反射、串擾、抖動以及同時開關噪聲。在進行SI設計時，需要將上述問題限定在系統噪聲的裕量當中，才能夠實現驅動器與接收器之間的穩定傳輸。PI是需要能夠滿足最大瞬態的電流供應，電壓變化在最大容許波動范圍內，電源系統自身能夠阻抗最大值。在對EMI進行設計時，為了確保電子產品各個模塊能夠滿足的電磁兼容特性，在設計標準中，需對測試項目、測試時的環境、測試設備以及不同頻段的對應限制進行設計。
4.2 非理想回路
在進行非理想回路設計的時候，最為基本的設計原則就是盡量的減少非理想回流路徑。在選擇上可選電感最小路徑，選擇該路徑，其回流路徑的不連續所引起的最基本效應，能夠增加串聯電感。第二個則是選擇信號跨越地平面上的溝槽，因為是有很小很少的一部分的地回流是通過溝槽電容穿過溝槽，剩余部分繞過溝槽。假設溝槽非常的長，那么信號線在跨越溝槽的時候就會成為開路，促使串聯電感增加，到地電容減小，阻抗也得到增加。
5 結語
綜上所述，現代社會的高速電路發展跟半導體工藝改進技術有著非常明顯的聯系，通過工藝改進技術，板級電路芯片集成度越高，功能就越強，相應的，芯片的面積也會越小。文章簡要的對設計之初的幾個問題進行了分析，其最終目的是設法促使設計出的電子系統整體性能達到最優效果。
參考文獻
[1]張靈松.高速電路中板級PI和EMI的分析與設計[D].浙江大學，2013.
[2]商世偉.高速電路設計及其在板級電路中的應用[D].上海交通大學，2014.
作者簡介
王東霞（1979-），女，山東省寧津縣人，山東大學工學碩士，現為德州職業技術學院講師。研究方向為電路與系統。
電路板設計范文6
關鍵詞：電子實訓 Multisim 10 仿真 PCB設計
中圖分類號：TN02 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2013）05-0164-02
電子實訓是電子類專業學生必修的一門實踐課程，通過該課程的學習，使學生在電子元器件選用、電子電路分析設計、計算機仿真測試、電路板焊接與裝配，電子產品調試以及編寫技術文件等方面受到一次綜合訓練。我校在《模擬電子》、《數字電子》課程結束后都安排了電子專項實訓，教師提出設計要求，讓學生自己從設計到裝配、調試都經歷一遍，所以電子專項實訓既鞏固了學生的理論知識，又提高了他們的操作技能。
1 Multisim 10和Protel DXP軟件的比較
在電子實訓過程中使用較廣的EDA軟件是Multisim和Protel ，這兩個軟件都具有電路設計和仿真功能，但是Multisim軟件的長處是電子仿真，而Protel軟件的長處是PCB設計。美國NI公司推出的Multisim 10軟件具有強大的仿真能力，既可對模擬電路或數字電路進行仿真，也可進行數模混合仿真，尤其新增了射頻電路的仿真功能。Altium公司的Protel DXP軟件具有強大的電路設計自動化功能，其印刷電路板設計模塊的設計規則和檢查工具比Protel 99 SE更加完善，為設計高質量的印刷電路板提供了可靠的保障。本文以設計一個模擬聲響電路為例，論述Multisim 10和Protel DXP在電子實訓課程中的綜合運用。
2 電路設計和仿真
2.1 電路設計
電子實訓中要求設計一個模擬聲響的電路，這個電路主要是通過兩片555定時器結合簡單的器件來實現。按照設計要求，學生通過查閱資料可以設計出較多方案，模擬不同的聲響，這樣學生在電路設計中發揮的空間比較大，不局限于一個電路，電路初步設計好之后，通過Multisim 10來仿真。圖1所示為其中一個電路，555定時器U1、U2分別構成一個多諧振蕩器，元器件參數確定后，根據多諧振蕩器的頻率計算公式，U1的輸出波形頻率是680Hz，U2的輸出波形頻率是9.345KHz。由于U1的輸出端接U2的復位端，故只有U1輸出為高電平時，U2振蕩器才振蕩，U1輸出為低電平時，U2停止振蕩，通過U1的輸出來控制電路最終的輸出，使揚聲器發出9.345KHz “嗚嗚”的間歇聲響。
2.2 Multisim 10仿真分析
因為電子仿真是Multisim軟件的長處，所以圖1的電路在設計時，要求學生用Multisim 10軟件來繪制，這樣就把設計和仿真貫穿起來。電路繪制結束后，選擇虛擬儀表雙通道示波器來仿真U1、U2的輸出波形。示波器的控制面板可以根據需要來調節，微調時間基準（time base），設定通道A（channel A）和通道B（channel B）的量程如圖2所示，設置完畢后通過示波器觀察到波形如圖2所示。由于在設計時已經理論計算出波形頻率，根據仿真波形圖測算出的頻率與理論值基本相等，設計得到驗證。
3 網絡表生成和PCB板設計
3.1 網絡表生成和修改
根據實訓要求，電路原理圖設計好之后學生需進行電路板的布局布線設計，這就需要使用Protel DXP軟件，而采用Multisim 10繪制的原理圖的數據要導入PCB設計系統中需要一座橋梁——網絡表。由于Multisim中選取的元件部分是虛擬元件，仿真所用儀器也是虛擬儀器，這就會出現和Protel不兼容的情況，所以在生成網絡表之前要先去掉虛擬儀器，部分虛擬元件也要用連接器代替。在本例電路中，虛擬示波器XSC1需去除，5個虛擬電容也要用連接器代替。電路修改之后執行菜單“Transfer/Export to PCB Layout”，在彈出的對話框中選擇保存類型“Protel（*.net）”，輸入文件名之后就生成了電路對應的網絡表，如網絡表無法生成，一般問題都在虛擬器件上，根據提示修改即可。
網絡表生成后，運行Protel DXP軟件，新建工程，調用網絡表并把它添加入新建的工程中?？紤]網絡表中原有元器件封裝與設計要求不符，需要修改封裝，元器件封裝的選取根據設計的實際情況來定。
3.2 PCB板設計
作為橋梁的網絡表修改確定后，在工程中添加一個PCB文件并且設定電路板尺寸，執行菜單“Design/Import Changes From *.PriPCB”導入網絡表，所有元件就被更新到PCB板上，檢查元件正確后，根據設計和工藝要求布局布線，從而完成PCB板的設計工作。圖1中電路的PCB版圖如圖3所示。
4 結語
把Multisim仿真和Protel 制版的結合作為電子實訓的輔助設計工具，既可以幫助學生高效進行方案選擇和參數確定，又可以練習印刷電路板的制作。在電子實訓中引入這種設計方法，大大豐富和優化了實訓教學內容，使學生掌握更多新知識，得到更多鍛煉。
參考文獻
[1]王連英.基于Multisim 10的電子仿真實驗與設計[M].北京：北京郵電大學出版社，2009.8.
