开关电源设计
分类: 电源
关键词：电源开关电源
开关电源工作在高频率，高脉冲状态，属于模拟电路中的一个比较特殊种类。布板时须遵循高频电路布线原则。
一、布局：
脉冲电压连线尽可能短，其中输入开关管到变压器连线，输出变压器到整流管连接线。脉冲电流环路尽可能小如输入滤波电容正到变压器到开关管返回电容负。输出部分变压器出端到整流管到输出电感到输出电容返回变压器电路中X电容要尽量接近开关电源输入端，输入线应避免与其他电路平行，应避开。Y电容应放置在机壳接地端子或FG连接端。共摸电感应与变压器保持一定距离，以避免磁偶合。如不好处理可在共摸电感与变压器间加一屏蔽，以上几项对开关电源的EMC性能影响较大。
输出电容一般可采用两只一只靠近整流管另一只应靠近输出端子，可影响电源输出纹波指标，两只小容量电容并联效果应优于用一只大容量电容。发热器件要和电解电容保持一定距离，以延长整机寿命，电解电容是开关电源寿命的瓶劲，如变压器、功率管、大功率电阻要和电解保持距离，电解之间也须留出散热空间，条件允许可将其放置在进风口。
控制部分要注意：高阻抗弱信号电路连线要尽量短如取样反馈环路，在处理时要尽量避免其受干扰、电流取样信号电路，特别是电流控制型电路，处理不好易出现一些想不到的意外，其中有一些技巧，现以3843电路举例见图（1）图一效果要好于图二，图二在满载时用示波器观测电流波形上明显叠加尖刺，由于干扰限流点比设计值偏低，图一则没有这种现象、还有开关管驱动信号电路，开关管驱动电阻要靠近开关管，可提高开关管工作可靠性，这和功率 MOSFET高直流阻抗电压驱动特性有关。
二、布线
走线电流密度：现在多数电子线路采用绝缘板缚铜构成。常用线路板铜皮厚度为35μm，走线可按照1A/mm经验值取电流密度值，具体计算可参见教科书。为保证走线机械强度原则线宽应大于或等于0.3mm （其他非电源线路板可能最小线宽会小一些）。铜皮厚度为70μm 线路板也常见于开关电源，那么电流密度可更高些。
补充一点，现常用线路板设计工具软件一般都有设计规范项，如线宽、线间距，旱盘过孔尺寸等参数都可以进行设定。在设计线路板时，设计软件可自动按照规范执行，可节省许多时间，减少部分工作量，降低出错率。
一般对可靠性要求比较高的线路或布线线密度大可采用双面板。其特点是成本适中，可靠性高，能满足大多数应用场合。
模块电源行列也有部分产品采用多层板，主要便于集成变压器电感等功率器件，优化接线、功率管散热等。具有工艺美观一致性好，变压器散热好的优点，但其缺点是成本较高，灵活性较差，仅适合于工业化大规模生产。
单面板，市场流通通用开关电源几乎都采用了单面线路板，其具有低成本的优势，在设计，及生产工艺上采取一些措施亦可确保其性能。
今天谈谈单面印制板设计的一些体会，由于单面板具有成本低廉，易于制造的特点，在开关电源线路中得到广泛应用，由于其只有一面缚铜，器件的电器连接，机械固定都要依靠那层铜皮，在处理时必须小心。
为保证良好的焊接机械结构性能，单面板焊盘应稍微大一些，以确保铜皮和基板的良好缚着力，而不至于受到震动时铜皮剥离、断脱。一般焊环宽度应大于 0.3mm。焊盘孔直径应略大于器件引脚直径，但不宜过大，保证管脚与焊盘间由焊锡连接距离最短，盘孔大小以不妨碍正常查件为度，焊盘孔直径一般大于管脚直径0.1-0.2mm。多引脚器件为保证顺利查件，也可更大一些。
电气连线应尽量宽，原则宽度应大于焊盘直径，特殊情况应在连线于与焊盘交汇必须将线加宽（俗称生成泪滴），避免在某些条件线与焊盘断裂。原则最小线宽应大于0.5mm。
单面板上元器件应紧贴线路板。需要架空散热的器件，要在器件与线路板之间的管脚上加套管，可起到支撑器件和增加绝缘的双重作用，要最大限度减少或避免外力冲击对焊盘与管脚连接处造成的影响，增强焊接的牢固性。线路板上重量较大的部件可增加支撑连接点，可加强与线路板间连接强度，如变压器，功率器件散热器。
单面板焊接面引脚在不影响与外壳间距的前题条件下，可留得长一些，其优点是可增加焊接部位的强度，加大焊接面积、有虚焊现象可即时发现。引脚长剪腿时，焊接部位受力较小。在台湾、日本常采用把器件引脚在焊接面弯成与线路板成45度角，然后再焊接的工艺，的其道理同上。今天谈一谈双面板设计中的一些事项，在一些要求比较高，或走线密度比较大的应用环境中采用双面印制板，其性能及各方面指标要比单面板好很多。
双面板焊盘由于孔已作金属化处理强度较高，焊环可比单面板小一些，焊盘孔孔径可比管脚直径略微大一些，因为在焊接过程中有利于焊锡溶液通过焊孔渗透到顶层焊盘，以增加焊接可靠性。但是有一个弊端，如果孔过大，波峰焊时在射流锡冲击下部分器件可能上浮，产生一些缺陷。
大电流走线的处理，线宽可按照前帖处理，如宽度不够，一般可采用在走线上镀锡增加厚度进行解决，其方法有好多种
1.将走线设置成焊盘属性，这样在线路板制造时该走线不会被阻焊剂覆盖，热风整平
时会被镀上锡。
2. 在布线处放置焊盘，将该焊盘设置成需要走线的形状，要注意把焊盘孔设置为零。
3. 在阻焊层放置线，此方法最灵活，但不是所有线路板生产商都会明白你的意图，需用文字说明。在阻焊层放置线的部位会不涂阻焊剂
线路镀锡的几种方法如上，要注意的是，如果很宽的的走线全部镀上锡，在焊接以后，会粘接大量焊锡，并且分布很不均匀，影响美观。一般可采用细长条镀锡宽度在1~1.5mm，长度可根据线路来确定，镀锡部分间隔0.5~1mm
双面线路板为布局、走线提供了很大的选择性，可使布线更趋于合理。关于接地，功率地与信号地一定要分开，两个地可在滤波电容处汇合，以避免大脉冲电流通过信号地连线而导致出现不稳定的意外因素，信号控制回路尽量采用一点接地法，有一个技巧，尽量把非接地的走线放置在同一布线层，最后在另外一层铺地线。输出线一般先经过滤波电容处，再到负载，输入线也必须先通过电容，再到变压器，理论依据是让纹波电流都通过旅滤波电容。
电压反馈取样，为避免大电流通过走线的影响，反馈电压的取样点一定要放在电源输出最末梢，以提高整机负载效应指标。
走线从一个布线层变到另外一个布线层一般用过孔连通，不宜通过器件管脚焊盘实现，因为在插装器件时有可能破坏这种连接关系，还有在每1A电流通过时，至少应有2个过孔，过孔孔径原则要大于0.5mm，一般0.8mm可确保加工可靠性。
器件散热，在一些小功率电源中，线路板走线也可兼散热功能，其特点是走线尽量宽大，以增加散热面积，并不涂阻焊剂，有条件可均匀放置过孔，增强导热性能。
今天谈谈铝基板在开关电源中的应用和多层印制板在开关电源电路中的应用。
铝基板由其本身构造，具有以下特点：导热性能非常优良、单面缚铜、器件只能放置在缚铜面、不能开电器连线孔所以不能按照单面板那样放置跳线。
铝基板上一般都放置贴片器件，开关管，输出整流管通过基板把热量传导出去，热阻很低，可取得较高可靠性。变压器采用平面贴片结构，也可通过基板散热，其温升比常规要低，同样规格变压器采用铝基板结构可得到较大的输出功率。铝基板跳线可以采用搭桥的方式处理。铝基板电源一般由由两块印制板组成，另外一块板放置控制电路，两块板之间通过物理连接合成一体。
由于铝基板优良的导热性，在小量手工焊接时比较困难，焊料冷却过快，容易出现问题现有一个简单实用的方法，将一个烫衣服的普通电熨斗（最好有调温功能），翻过来，熨烫面向上，固定好，温度调到150℃左右，把铝基板放在熨斗上面，加温一段时间，然后按照常规方法将元件贴上并焊接，熨斗温度以器件易于焊接为宜，太高有可能时器件损坏，甚至铝基板铜皮剥离，温度太低焊接效果不好，要灵活掌握.
最近几年，随着多层线路板在开关电源电路中应用，使得印制线路变压器成为可能，由于多层板，层间距较小，也可以充分利用变压器窗口截面，可在主线路板上再加一到两片由多层板组成的印制线圈达到利用窗口，降低线路电流密度的目的，由于采用印制线圈，减少了人工干预，变压器一致性好，平面结构，漏感低，偶合好。开启式磁芯，良好的散热条件。由于其具有诸多的优势，有利于大批量生产，所以得到广泛的应用。但研制开发初期投入较大，不适合小规模生。
开关电源分为，隔离与非隔离两种形式，在这里主要谈一谈隔离式开关电源的拓扑形式，在下文中，非特别说明，均指隔离电源。隔离电源按照结构形式不同，可分为两大类：正激式和反激式。反激式指在变压器原边导通时副边截止，变压器储能。原边截止时，副边导通，能量释放到负载的工作状态，一般常规反激式电源单管多，双管的不常见。正激式指在变压器原边导通同时副边感应出对应电压输出到负载，能量通过变压器直接传递。按规格又可分为常规正激，包括单管正激，双管正激。半桥、桥式电路都属于正激电路。
正激和反激电路各有其特点，在设计电路的过程中为达到最优性价比，可以灵活运用。一般在小功率场合可选用反激式。稍微大一些可采用单管正激电路，中等功率可采用双管正激电路或半桥电路，低电压时采用推挽电路，与半桥工作状态相同。大功率输出，一般采用桥式电路，低压也可采用推挽电路。
反激式电源因其结构简单，省掉了一个和变压器体积大小差不多的电感，而在中小功率电源中得到广泛的应用。在有些介绍中讲到反激式电源功率只能做到几十瓦，输出功率超过100瓦就没有优势，实现起来有难度。本人认为一般情况下是这样的，但也不能一概而论，PI公司的TOP芯片就可做到300瓦，有文章介绍反激电源可做到上千瓦，但没见过实物。输出功率大小与输出电压高低有关。
反激电源变压器漏感是一个非常关键的参数，由于反激电源需要变压器储存能量，要使变压器铁芯得到充分利用，一般都要在磁路中开气隙，其目的是改变铁芯磁滞回线的斜率，使变压器能够承受大的脉冲电流冲击，而不至于铁芯进入饱和非线形状态，磁路中气隙处于高磁阻状态，在磁路中产生漏磁远大于完全闭合磁路。
变压器初次极间的偶合，也是确定漏感的关键因素，要尽量使初次极线圈靠近，可采用三明治绕法，但这样会使变压器分布电容增大。选用铁芯尽量用窗口比较长的磁芯，可减小漏感，如用EE、EF、EER、PQ型磁芯效果要比EI型的好。
关于反激电源的占空比，原则上反激电源的最大占空比应该小于0.5，否则环路不容易补偿，有可能不稳定，但有一些例外，如美国PI公司推出的 TOP系列芯片是可以工作在占空比大于0.5的条件下。
占空比由变压器原副边匝数比确定，本人对做反激的看法是，先确定反射电压（输出电压通过变压器耦合反映到原边的电压值），在一定电压范围内反射电压提高则工作占空比增大，开关管损耗降低。反射电压降低则工作占空比减小，开关管损耗增大。当然这也是有前提条件，当占空比增大，则意味着输出二极管导通时间缩短，为保持输出稳定，更多的时候将由输出电容放电电流来保证，输出电容将承受更大的高频纹波电流冲刷，而使其发热加剧，这在许多条件下是不允许的。
占空比增大，改变变压器匝数比，会使变压器漏感加大，使其整体性能变，当漏感能量大到一定程度，可充分抵消掉开关管大占空带来的低损耗，时就没有再增大占空比的意义了，甚至可能会因为漏感反峰值电压过高而击穿开关管。由于漏感大，可能使输出纹波，及其他一些电磁指标变差。当占空比小时，开关管通过电流有效值高，变压器初级电流有效值大，降低变换器效率，但可改善输出电容的工作条件，降低发热。如何确定变压器反射电压（即占空比）
有网友提到开关电源的反馈环路的参数设置，工作状态分析。由于在上学时高数学的比较差，《自动控制原理》差一点就补考了，对于这一门现在还感觉恐惧，到现在也不能完整写出闭环系统传递函数，对于系统零点、极点的概念感觉很模糊，看波德图也只是大概看出是发散还是收敛，所以对于反馈补偿不敢胡言乱语，但有有一些建议。如果有一些数学功底，再有一些学习时间可以再把大学的课本《自动控制原理》找出来仔细的消化一下，并结合实际的开关电源电路，按工作状态进行分析。一定会有所收获，论坛有一个帖子《拜师求学反馈环路设计、调式》其中CMG回答得很好，我觉得可以参考。
今天接着谈关于反激电源的占空比（本人关注反射电压，与占空比一致），占空比还与选择开关管的耐压有关，有一些早期的反激电源使用比较低耐压开关管，如 600V或650V作为交流220V 输入电源的开关管，也许与当时生产工艺有关，高耐压管子，不易制造，或者低耐压管子有更合理的导通损耗及开关特性，像这种线路反射电压不能太高，否则为使开关管工作在安全范围内，吸收电路损耗的功率也是相当可观的。
实践证明600V管子反射电压不要大于100V，650V管子反射电压不要大于120V，把漏感尖峰电压值钳位在50V时管子还有50V的工作余量。现在由于MOS管制造工艺水平的提高，一般反激电源都采用700V或750V甚至 800-900V的开关管。像这种电路，抗过压的能力强一些开关变压器反射电压也可以做得比较高一些，最大反射电压在150V比较合适，能够获得较好的综合性能。
PI公司的TOP芯片推荐为135V采用瞬变电压抑制二极管钳位。但他的评估板一般反射电压都要低于这个数值在110V左右。这两种类型各有优缺点：
第一类：缺点抗过压能力弱，占空比小，变压器初级脉冲电流大。优点：变压器漏感小，电磁辐射低，纹波指标高，开关管损耗小，转换效率不一定比第二类低。
第二类：缺点开关管损耗大一些，变压器漏感大一些，纹波差一些。优点：抗过压能力强一些，占空比大，变压器损耗低一些，效率高一些。
反激电源反射电压还有一个确定因素
反激电源的反射电压还与一个参数有关，那就是输出电压，输出电压越低则变压器匝数比越大，变压器漏感越大，开关管承受电压越高，有可能击穿开关管、吸收电路消耗功率越大，有可能使吸收回路功率器件永久失效（特别是采用瞬变电压抑制二极管的电路）。在设计低压输出小功率反激电源的优化过程中必须小心处理，其处理方法有几个：
1、采用大一个功率等级的磁芯降低漏感，这样可提高低压反激电源的转换效率，降低损耗，减小输出纹波，提高多路输出电源的交差调整率，一般常见于家电用开关电源，如光碟机、DVB机顶盒等。
2、如果条件不允许加大磁芯，只能降低反射电压，减小占空比。降低反射电压可减小漏感但有可能使电源转换效率降低，这两者是一个矛盾，必须要有一个替代过程才能找到一个合适的点，在变压器替代实验过程中，可以检测变压器原边的反峰电压，尽量降低反峰电压脉冲的宽度，和幅度，可增加变换器的工作安全裕度。一般反射电压在110V时比较合适。
3、增强耦合，降低损耗，采用新的技术，和绕线工艺，变压器为满足安全规范会在原边和副边间采取绝缘措施，如垫绝缘胶带、加绝缘端空胶带。这些将影响变压器漏感性能，现实生产中可采用初级绕组包
绕次级的绕法。或者次级用三重绝缘线绕制，取消初次级间的绝缘物，可以增强耦合，甚至可采用宽铜皮绕制。
文中低压输出指小于或等于5V的输出，像这一类小功率电源，本人的经验是，功率输出大于20W 输出可采用正激式，可获得最佳性价比，当然这也不是决对的，与个人的习惯，应用的环境有关系，下次谈一谈反激电源用磁性芯，磁路开气隙的一些认识，希望各位高人指点。
反激电源变压器磁芯在工作在单向磁化状态，所以磁路需要开气隙，类似于脉动直流电感器。部分磁路通过空气缝隙耦合。为什么开气隙的原理本人理解为：由于功率铁氧体也具有近似于矩形的工作特性曲线（磁滞回线），在工作特性曲线上Y轴表示磁感应强度（B），现在的生产工艺一般饱和点在400mT 以上，一般此值在设计中取值应该在200-300mT比较合适、X轴表示磁场强度（H）此值与磁化电流强度成比例关系。磁路开气隙相当于把磁体磁滞回线向X 轴向倾斜，在同样的磁感应强度下，可承受更大的磁化电流，则相当于磁心储存更多的能量，此能量在开关管截止时通过变压器次级泻放到负载电路，反激电源磁芯开气隙有两个作用。其一是传递更多能量，其二防止磁芯进入饱和状态。
反激电源的变压器工作在单向磁化状态，不仅要通过磁耦合传递能量，还担负电压变换输入输出隔离的多重作用。所以气隙的处理需要非常小心，气隙太大可使漏感变大，磁滞损耗增加，铁损、铜损增大，影响电源的整机性能。气隙太小有可能使变压器磁芯饱和，导致电源损坏
所谓反激电源的连续与断续模式是指变压器的工作状态，在满载状态变压器工作于能量完全传递，或不完全传递的工作模式。一般要根据工作环境进行设计，常规反激电源应该工作在连续模式，这样开关管、线路的损耗都比较小，而且可以减轻输入输出电容的工作应力，但是这也有一些例外。
需要在这里特别指出：由于反激电源的特点也比较适合设计成高压电源，而高压电源变压器一般工作在断续模式，本人理解为由于高压电源输出需要采用高耐压的整流二极管。由于制造工艺特点，高反压二极管，反向恢复时间长，速度低，在电流连续状态，二极管是在有正向偏压时恢复，反向恢复时的能量损耗非常大，不利于变换器性能的提高，轻则降低转换效率，整流管严重发热，重则甚至烧毁整流管。由于在断续模式下，二极管是在零偏压情况下反向偏置，损耗可以降到一个比较低的水平。所以高压电源工作在断续模式，并且工作频率不能太高。
还有一类反激式电源工作在临界状态，一般这类电源工作在调频模式，或调频调宽双模式，一些低成本的自激电源（RCC）常采用这种形式，为保证输出稳定，变压器工作频率随着，输出电流或输入电压而改变，接近满载时变压器始终保持在连续与断续之间，这种电源只适合于小功率输出，否则电磁兼容特性的处理会很让人头痛
反激开关电源变压器应工作在连续模式，那就要求比较大的绕组电感量，当然连续也是有一定程度的，过分追求绝对连续是不现实的，有可能需要很大的磁芯，非常多的线圈匝数，同时伴随着大的漏感和分布电容，可能得不偿失。那么如何确定这个参数呢，通过多次实践，及分析同行的设计，本人认为，在标称电压输入时，输出达到50%~60%变压器从断续，过渡到连续状态比较合适。或者在最高输入电压状态时，满载输出时，变压器能够过渡到连续状态就可以了。
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PCB电路板布局、布线基本原则 一、元件布局基本规则 1. 按电路模块进行布局，实现同一功能的相关电路称为一个模块，电路模块中的元件应采用就近集中原则，同时数字电路和模拟电路分开； 2. 定位孔、标准孔等非安装孔周围 1.27mm 内不得贴装元、器件，螺钉等安装孔周围 3.5mm （对于M2.5）、4mm（对于M3内不得贴装元器件； 3. 卧装电阻、电感（插件）、电解电容等元件的下方避免布过孔，以免波峰焊后过孔与元件壳体短路； 4. 元器件的外侧距板边的距离为5mm； 5. 贴装元件焊盘的外侧与相邻插装元件的外侧距离大于2mm； 6. 金属壳体元器件和金属件（屏蔽盒等）不能与其它元器件相碰，不能紧贴印制线、焊盘，其间距应大于2mm定位孔、紧固件安装孔、椭圆孔及板中其它方孔外侧距板边的尺寸大于 3mm； 7. 发热元件不能紧邻导线和热敏元件；高热器件要均衡分布； 8. 电源插座要尽量布置在印制板的四周，电源插座与其相连的汇流条接线端应布置在同侧。特别应注意不要把电源插座及其它焊接连接器布置在连接器之间，以利于这些插座、连接器的焊接及电源线缆设计和扎线。电源插座及焊接连接器的布置间距应考虑方便电源插头的插 拔； 9. 其它元器件的布置： 所有 IC 元件单边对齐，有极性元件极性标示明确，同一印制板上极性标示不得多于两个方向，出现两个方向时，两个方向互相垂直； 10. 板面布线应疏密得当，当疏密差别太大时应以网状铜箔填充，网格大于 8mil（或 0.2mm）； 11. 贴片焊盘上不能有通孔，以免焊膏流失造成元件虚焊。重要信号线不准从插座脚间穿过； 12. 贴片单边对齐，字符方向一致，封装方向一致； 13. 有极性的器件在以同一板上的极性标示方向尽量保持一致。 二、元件布线规则 1画定布线区域距 PCB板边w 1mm的区域内，以及安装孔周围1mm内，禁止布线； 2、电源线尽可能的宽，不应低于18mil ；信号线宽不应低于12mil ；cpu 入出线不应低于10mil （或8mil ）；线间距不低于 10mil ； 3、正常过孔不低于 30mil ； 4、双列直插：焊盘 60mil ，孔径 40mil ； 1/4W电阻：51*55mil （ 0805表贴）；直插时焊盘 62mil，孔径42mil ; 无极电容： 51*55mil （0805表贴）；直插时焊盘 50mil ，孔径 28mil； 5、注意电源线与地线应尽可能呈放射状，以及信号线不能出现回环走线 PCB板布线技巧 在PCB设计中，布线是完成产品设计的重要步骤，可以说前面的准备工作都是为它而做的，在整个PCB 中，以布线的设计过程限定最高，技巧最细、工作量最大。PCB布线有单面布线、 双面布线及多层布线。布线的方式也有两种：自动布线及交互式布线，在自动布线之前，可以用交互式预先对要求比较严格的线进行布线，输入端与输出端的边线应避免相邻平行，以免产生反射干扰。必要时应加地线隔离，两相邻层的布线要互相垂直，平行容易产生寄生耦合。 自动布线的布通率，依赖于良好的布局，布线规则可以预先设定，包括走线的弯曲次数、导通孔的数目、步进的数目等。一般先进行探索式布经线，快速地把短线连通，然后 进行迷宫式布线，先把要布的连线进行全局的布线路径优化，它可以根据需要断开已布的线。并试着重新再布线，以改进总体效果。 对目前高密度的PCB设计已感觉到贯通孔不太适应了，它浪费了许多宝贵的布线通道，
AltiumDesigner PCB布局布线过程与技巧 首先是原理图设计。 原理图设计是前期准备工作，对简单的板子，如果熟练流程，不妨可以跳过。但是对于初学者一定要按流程来，这样一方面可以养成良好的习惯，另一方面对复杂的电路也只有这样才能避免出错。在画原理图时，层次设计时要注意各个文件最后要连接为一个整体，这同样对以后的工作有重要意义。由于，软件的差别有些软件会出现看似相连实际未连（电气性能上）的情况。如果不用相关检测工具检测，万一出了问题，等板子做好了才发现就晚了，这也显示出按顺序来做的重要性了 接下来重点讨论具体制板的过程与技巧 1．制作物理边框 place>line，然后画框并选取框，最后design>board shape>define from selected objects，完成！ 主要是要注意精确，否则以后出现安装问题麻烦可就大了。还有就是拐角地方最好用圆弧，一方面可以避免被尖角划伤，同时又可以减轻应力作用。 2．元件和网络的引入 打开原理图，选择Design>Update PCB Document... 常见问题：元件的封装形式找不到，元件网络问题，有未使用的元件或管脚，对照提示这些问题可以很快搞定的。 3．元件的布局 元件的布局与走线对产品的寿命、稳定性、电磁兼容都有很大的影响，是应该特别注意的地方。一般来说应该有以下一些原则：
（1）放置顺序 先放置与结构有关的固定位置的元器件，如电源插座、指示灯、开关、连接件之类，这些器件放置好后用软件的ＬＯＣＫ功能将其锁定，使之以后不会被误移动。再放置线路上的特殊元件和大的元器件，如发热元件、变压器、IC等。最后放置小器件。 （2）注意散热 元件布局还要特别注意散热问题。对于大功率电路，应该将那些发热元件如功率管、变压器等尽量靠边分散布局放置，便于热量散发，不要集中在一个地方，也不要高电容太近以免使电解液过早老化。 4．布线 通行的布线原则。 ◆高频数字电路走线细一些、短一些好 ◆大电流信号、高电压信号与小信号之间应该注意隔离（隔离距离与要承受的耐压有关，许多情况下为避免爬电，还在印制线路板上的高低压之间开槽。） ◆两面板布线时，两面的导线宜相互垂直、斜交、或弯曲走线，避免相互平行，以减小寄生耦合；作为电路的输人及输出用的印制导线应尽量避免相邻平行，以免发生回授，在这些导线之间最好加接地线。 ◆走线拐角尽量120度拐角 ◆同是地址线或者数据线，走线长度差异不要太大，否则短线部分要人为走弯线作补偿 ◆走线尽量走在焊接面，特别是通孔工艺的ＰＣＢ ◆尽量少用过孔、跳线
开关电源原理及分类 1、12V/5V两路输出开关电源. （1)原理图设计（参考PI软件给出的解决方案）（拓扑图） 采用反激式。 主回路—开关电源中，功率电流流经的通路。主回路一般包含了开关电源中的开关器件、储能器件、脉冲变压器、滤波器、输出整流器、等所有功率器件,以及供电输入端和负载端。 开关电源（直流变换器)的类型很多，在研究开发或者维修电源系统时，全面了解开关电源主回路的各种基本类型,以及工作原理，具有极其重要的意义。 开关电源主回路可以分为隔离式及非隔离式两大类型。 1。非隔离式电路的类型： 非隔离——输入端及输出端电气相通，没有隔离. 1。1. 串联式结构 串联——在主回路中开关器件（下图中所示的开关三极管T）及输入端、输出端、电感器L、负载RL四者成串联连接的关系。 开关管T交替工作于通/断两种状态，当开关管T导通时，输入端电源通过开关管T及电感器L对负载供电,并同时对电感器L充电，当开关管T关断时，电感器L中的反向电动势使续流二极管D自动导通，电感器L中储存的能量通过续流二极管D形成的回路,对负载R继续供电，从而保证了负载端获得连续的电流。 串联式结构，只能获得低于输入电压的输出电压，因此为降压式变换。例如buck拓扑型开关电源就是属于串联式的开关电源 c:\iknow\docshare\data\cur_work\
上图是在图1-1—a电路的基础上,增加了一个整流二极管和一个LC滤波电路。其中L 是储能滤波电感，它的作用是在控制开关K接通期间Ton限制大电流通过，防止输入电压Ui直接加到负载R上,对负载R进行电压冲击，同时对流过电感的电流iL转化成磁能进行能量存储，然后在控制开关T关断期间Toff把磁能转化成电流iL继续向负载R提供能量输出；C是储能滤波电容，它的作用是在控制开关K接通期间Ton把流过储能电感L的部分电流转化成电荷进行存储，然后在控制开关K关断期间Toff把电荷转化成电流继续向负载R 提供能量输出；D是整流二极管,主要功能是续流作用，故称它为续流二极管，其作用是在控制开关关断期间Toff，给储能滤波电感L释放能量提供电流通路. 在控制开关关断期间Toff，储能电感L将产生反电动势，流过储能电感L的电流iL 由反电动势eL的正极流出,通过负载R,再经过续流二极管D的正极，然后从续流二极管D 的负极流出，最后回到反电动势eL的负极。 对于图1-2，如果不看控制开关T和输入电压Ui，它是一个典型的反г型滤波电路,它的作用是把脉动直流电压通过平滑滤波输出其平均值。串联式开关电源输出电压uo的平均值Ua为： 1.2. 并联式结构 并联——在主回路中，相对于输入端而言，开关器件（下图中所示的开关三极管T)及输出端负载成并联连接的关系。 开关管T交替工作于通/断两种状态，当开关管T导通时，输入端电源通过开关管T对电感器L充电，同时续流二极管D关断，负载R靠电容器存储的电能供电;当开关管T关断时，续流二极管D导通,输入端电源电压及电感器L中的自感电动势正向叠加后,通过续流二极管D对负载R供电，并同时对电容器C充电。
高频电路PCBA布局设计的注意事项：电子元器件的布局和走线 1布局的设计 Protel虽然具有自动布局的功能,但并不能完全满足高频电路的工作需要,往往要凭借设计者的经验,根据具体情况,先采用手工布局的方法优化调整部分元器件的位置,再结合自动布局完成PCB的整体设计。布局的合理与否直接影响到产品的寿命、稳定性、EMC(电磁兼容)等,必须从电路板的整体布局、布线的可通性和PCB的可制造性、机械结构、散热、EMI(电磁干扰)、可靠性、信号的完整性等方面综合考虑。 一般先放置与机械尺寸有关的固定位置的元器件,再放置特殊的和较大的元器件,最后放置小元器件。同时,要兼顾布线方面的要求,高频元器件的放置要尽量紧凑,信号线的布线才能尽可能短,从而降低信号线的交叉干扰等。 1.1与机械尺寸有关的定位插件的放置 电源插座、开关、PCB之间的接口、指示灯等都是与机械尺寸有关的定位插件。通常，电源与PCB之间的接口放到PCB的边缘处,并与PCB边缘要有3mm～5mm的间距;指示发光二极管应根据需要准确地放置;开关和一些微调元器件,如可调电感、可调电阻等应放置在靠近PCB边缘的位置,以便于调整和连接;需要经常更换的元器件必须放置在器件比较少的位置,以易于更换。 1.2特殊元器件的放置 大功率管、变压器、整流管等发热器件,在高频状态下工作时产生的热量较多,所以在布局时应充分考虑通风和散热,将这类元器件放置在PCB上空气容易流通的地方。大功率整流管和调整管等应装有散热器,并要远离变压器。电解电容器之类怕热的元件也应远离发热器件,否则电解液会被烤干,造成其电阻增大,性能变差,影响电路的稳定性。 易发生故障的元器件,如调整管、电解电容器、继电器等,在放置时还要考虑到维修方便。对经常需要测量的测试点,在布置元器件时应注意保证测试棒能够方便地接触。 由于电源设备内部会产生50Hz泄漏磁场,当它与低频放大器的某些部分交连时,会对低频放大器产生干扰。因此,必须将它们隔离开或者进行屏蔽处理。放大器各级最好能按原理图排成直线形式,如此排法的优点是各级的接地电流就在本级闭合流动,不影响其他电路的工作。输入级与输出级应当尽可能地远离,减小它们之间的寄生耦合干扰。 考虑各个单元功能电路之间的信号传递关系,还应将低频电路和高频电路分开,模拟电路和数字电路分开。集成电路应放置在PCB的中央,这样方便各引脚与其他器件的布线连接。 电感器、变压器等器件具有磁耦合,彼此之间应采用正交放置,以减小磁耦合。另外,它们都有较强的磁场,在其周围应有适当大的空间或进行磁屏蔽,以减小对其他电路的影响。 在PCB的关键部位要配置适当的高频退耦电容,如在PCB电源的输入端应接一个10μF～100μF的电解电容,在集成电路的电源引脚附近都应接一个0.01pF左右的瓷片电容。有些电路还要配置适当的高频或低频扼流圈,以减小高低频电路之间的影响。这一点在原理图设计和绘制时就应给予考虑,否则也将会影响电路的工作性能。 元器件排列时的间距要适当,其间距应考虑到它们之间有无可能被击穿或打火。 含推挽电路、桥式电路的放大器,布置时应注意元器件电参数的对称性和结构的对称性,使对称元器件的分布参数尽可能一致。 在对主要元器件完成手动布局后,应采用元器件锁定的方法,使这些元器件不会在自动布局时移动。即执行Editchange命令或在元器件的Properties选中Locked就可以将其锁定不再移动。 1.3普通元器件的放置 对于普通的元器件,如电阻、电容等,应从元器件的排列整齐、占用空间大小、布线的可通性和焊接的方便性等几个方面考虑,可采用自动布局的方式。 2布线的设计
本节将使用综合工具(Design Compiler 对一个 8位全加器逻辑综合,并产生一个门级网表;利用该网表使用自动布局布线工具(Silicon Ensemble 生成一个全加器的版图。 首先输入 8位全加器 verilog 代码: module adder8(Cout,S,A,Cin; output Cout; output [7:0]S; input [7:0]A; input [7:0]B; input Cin; reg [8:0]SUM; reg [7:0]S; reg Cout; wire [7:0]A,B; always @(Aor B or Cin begin SUM [8:0]=A+B+Cin; S =SUM [7:0]; Cout =SUM [8];
end endmodule 打开综合工具 DC (psyn_gui& File->Read..
读入代码
File->Setup..设置 3 个相关工艺库将带红色 *号的 3
个库设置如下图 Design->CompileDesign.. 编译 Schematic->NewDesign Schematic View.. 可以看到综合后的顶层结构通过双击 C1模块还可以看到全加器的门级结构 为了后面自动布局布线的需要, 这里我们要将这个综合结果保存为 adder8_nl.v 门级网表。 在 psyn_gui-xg-t> 后输入如下命令 下面进行自动布局布线 (一下有路径出现的地方要特别注意打开 Silicon Ensemble (sedsm & File->Import->LEF… 导入库的转换格式 注意此文件的路径! File->Import->Verilog… 导入工艺库(此库为 verilog 描述的标准单元,包含各种延时信息
开关电源PCB设计流程及布线技巧在任何开关电源设计中，PCB板的物理设计都是最后一个环节，如果设计方法不当，PCB可能会辐射过多的电磁干扰，造成电源工作不稳定，以下针对各个步骤中所需注意的事项进行分析： 一、从原理图到PCB的设计流程 建立元件参数－》输入原理网表-》设计参数设置-》手工布局-》手工布线-》验证设计－》复查-》cam输出。 二、参数设置 相邻导线间距必须能满足电气安全要求，而且为了便于操作和生产，间距也应尽量宽些。最小间距至少要能适合承受的电压，在布线密度较低时，信号线的间距可适当地加大，对高、低电平悬殊的信号线应尽可能地短且加大间距，一般情况下将走线间距设为8mil。焊盘内孔边缘到印制板边的距离要大于1mm，这样可以避免加工时导致焊盘缺损。当与焊盘连接的走线较细时，要将焊盘与走线之间的连接设计成水滴状，这样的好处是焊盘不容易起皮，而是走线与焊盘不易断开。 如图：
三、元器件布局 实践证明，即使电路原理图设计正确，印制电路板设计不当，也会对电子设备的可靠性产生不利影响。例如，如果印制板两条细平行线靠得很近，则会形成信号波形的延迟，在传输线的终端形成反射噪声；由于电源、地线的考虑不周到而引起的干扰，会使产品的性能下降，因此，在设计印制电路板的时候，应注意采用正确的方法。每一个开关电源都有四个电流回路： （1）电源开关交流回路 （2）输出整流交流回路 （3）输入信号源电流回路 （4）输出负载电流回路输入回路 通过一个近似直流的电流对输入电容充电，滤波电容主要起到一个宽带储能作用；类似地，输出滤波电容也用来储存来自输出整流器的高频能量，同时消除输出负载回路的直流能量。所以，输入和输出滤波电容的接线端十分重要，输入及输出电流回路应分别只从滤波电容的接线端连接到电源；如果在输入/输出回
PCB布局方法技巧：布线、焊盘及敷铜的设计 2018-03-09 PCB布线焊盘敷铜设计 随着电子技术的进步, PCB (印制电路板)的复杂程度、适用范围有了飞速的发展。从事高频PCB的设计者必须具有相应的基础理论知识,同时还应具有丰富的高频PCB的制作经验。也就是说,无论是原理图的绘制,还是PCB 的设计,都应当从其所在的高频工作环境去考虑,才能够设计出较为理想的PCB。本文主要从高频PCB 的手动布局、布线两个方面,基于ProtelSE对在高频PCB 设计中的一些问题进行研究。 1 布局的设计 Protel 虽然具有自动布局的功能,但并不能完全满足高频电路的工作需要,往往要凭借设计者的经验,根据具体情况,先采用手工布局的方法优化调整部分元器件的位置,再结合自动布局完成PCB的整体设计。布局的合理与否直接影响到产品的寿命、稳定性、EMC (电磁兼容)等,必须从电路板的整体布局、布线的可通性和PCB的可制造性、机械结构、散热、EMI(电磁干扰) 、可靠性、信号的完整性等方面综合考虑。 一般先放置与机械尺寸有关的固定位置的元器件,再放置特殊的和较大的元器件,最后放置小元器件。同时,要兼顾布线方面的要求,高频元器件的放置要尽量紧凑,信号线的布线才能尽可能短,从而降低信号线的交叉干扰等。 1.1 与机械尺寸有关的定位插件的放置 电源插座、开关、PCB之间的接口、指示灯等都是与机械尺寸有关的定位插件。通常,电源与PCB之间的接口放到PCB的边缘处,并与PCB 边缘要有3 mm～5 mm的间距;指示发光二极管应根据需要准确地放置;开关和一些微调元器件,如可调电感、可调电阻等应放置在靠近PCB 边缘的位置,以便于调整和连接;需要经常更换的元器件必须放置在器件比较少的位置,以易于更换。 1.2 特殊元器件的放置 大功率管、变压器、整流管等发热器件,在高频状态下工作时产生的热量较多,所以在布局时应充分考虑通风和散热,将这类元器件放置在PCB上空气容易流通的地方。大功率整流管和调整管等应装有散热器,并要远离变压器。电解电容器之类怕热的元件也应远离发热器件,否则电解液会被烤干,造成其电阻增大,性能变差,影响电路的稳定性。 易发生故障的元器件,如调整管、电解电容器、继电器等,在放置时还要考虑到维修方便。对经常需要测量的测试点,在布置元器件时应注意保证测试棒能够方便地接触。 由于电源设备内部会产生50 Hz泄漏磁场,当它与低频放大器的某些部分交连时,会对低频放大器产生干扰。因此,必须将它们隔离开或者进行屏蔽处理。放大器各级最好能按原理图排成直线形式,如此排法的优点是各级的接地电流就在本级闭合流动,不影响其他电路的工作。输入级与输出级应当尽可能地远离,减小它们之间的寄生耦合干扰。
布局： 1、顾客指定器件位置是否摆放正确 2、BGA与其它元器件间距是否≥5mm 3、PLCC、QFP、SOP各自之间和相互之间间距是否≥2.5 mm 4、PLCC、QFP、SOP与Chip 、SOT之间间距是否≥1.5 mm 5、Chip、SOT各自之间和相互之间的间距是否≥0.3mm 6、PLCC表面贴转接插座与其它元器件的间距是否≥3 mm 7、压接插座周围5mm范围内是否有其他器件 8、Bottom层元器件高度是否≤3mm 9、模块相同的器件是否摆放一致 10、元器件是否100%调用 11、是否按照原理图信号的流向进行布局，调试插座是否放置在板边 12、数字、模拟、高速、低速部分是否分区布局，并考虑数字地、模拟地划分 13、电源的布局是否合理、核电压电源是否靠近芯片放置 14、电源的布局是否考虑电源层的分割、滤波电容的组合放置等因素 15、锁相环电源、REF电源、模拟电源的放置和滤波电容的放置是否合理 16、元器件的电源脚是否有0.01uF～0.1uF的电容进行去耦 17、晶振、时钟分配器、VCXO\TCXO周边器件、时钟端接电阻等的布局是否合理 18、数字部分的布局是否考虑到拓扑结构、总线要求等因素 19、数字部分源端、末端匹配电阻的布局是否合理 20、模拟部分、敏感元器件的布局是否合理 21、环路滤波器电路、VCO电路、AD、DA等布局是否合理 22、UART\USB\Ethernet\T1\E1等接口及保护、隔离电路布局是否合理 23、射频部分布局是否遵循“就近接地”原则、输入输出阻抗匹配要求等 24、模拟、数字、射频分区部分跨接的回流电阻、电容、磁珠放置是否合理 外形制作： 1、外形尺寸是否正确？ 2、外形尺寸标注是否正确？ 3、板边是否倒圆角≥1.0mm 4、定位孔位置与大小是否正确 5、禁止区域是否正确 6、Routkeep in距板边是否≥0.5mm 7、非金属定位孔禁止布线是否０.3mm以上 8、顾客指定的结构是否制作正确 规则设置： 1、叠层设置是否正确？ 2、是否进行class设置 3、所有线宽是否满足阻抗要求？ 4、最小线宽是否≧5mil 5、线、小过孔、焊盘之间间距是否≥6mil，线到大过孔是否≥10mil
开关电源PCB排版基本要点 作者：瑞士商升特股份有限公司上海代表处 周琛 发布时间：2006-10-14 10:50 出处：https://www.doczj.com/doc/94212498.html, 摘要：开关电源PCB排版是开发电源产品中的一个重要过程。许多情况下，一个在纸上设计得非常完美的电源可能在初次调试时无法正常工作，原因是该电源的PCB排版存在着许多问题．详细讨论了开关电源PC B排版的基本要点，并描述了一些实用的PCB排版例子。 关键词：PCB排版；开关电源 引言 为了适应电子产品飞快的更新换代节奏，产品设计工程师更倾向于选择在市场上很容易采购到的AC／DC适配器，并把多组直流电源直接安装在系统的线路板上。由于开关电源产生的电磁干扰会影响到其电子产品的正常工作，正确的电源PCB排版就变得非常重要。开关电源PCB排版与数字电路PCB排版完全不一样。在数字电路排版中，许多数字芯片可以通过PCB软件来自动排列，且芯片之间的连接线可以通过PCB软件来自动连接。用自动排版方式排出的开关电源肯定无法正常工作。所以，没计人员需要对开关电源PCB排版基本规则和开关电源工作原理有一定的了解。 1 开关电源PCB排版基本要点 l.1 电容高频滤波特性 图1是电容器基本结构和高频等效模型。 电容的基本公式是 式(1)显示，减小电容器极板之间的距离(d)和增加极板的截面积(A)将增加电容器的电容量。
电容通常存在等效串联电阻(ESR)和等效串联电感(ESL)二个寄生参数。图2是电容器在不同工作频率下的阻抗(Zc)。 一个电容器的谐振频率(fo)可以从它自身电容量(C)和等效串联电感量(LESL)得到，即 当一个电容器工作频率在fo以下时，其阻抗随频率的上升而减小，即 当电容器工作频率在fo以上时，其阻抗会随频率的上升而增加，即 当电容器工作频率接近fo时，电容阻抗就等于它的等效串联电阻(RESR)。 电解电容器一般都有很大的电容量和很大的等效串联电感。由于它的谐振频率很低，所以只能使用在低频滤波上。钽电容器一般都有较大电容量和较小等效串联电感，因而它的谐振频率会高于电解电容器，并能使用在中高频滤波上。瓷片电容器电容量和等效串联电感一般都很小，因而它的谐振频率远高于电解电容器和钽电容器，所以能使用在高频滤波和旁路电路上。由于小电容量瓷片电容器的谐振频率会比大电容量瓷片电容器的谐振频率要高，因此，在选择旁路电容时不能光选用电容值过高的瓷片电容器。为了改善电容的高频特性，多个不同特性的电容器可以并联起来使用。图3是多个不同特性的电容器并联后阻抗改善的效果。
PCB设计布局布线技巧分享 工程师往往更关注电路的设计、最新的元器件以及代码，认为这些才是一个电子产品项目中的重要部分，却忽略了PCB布局、布线这个关键的环节。如果PCB布局、布线不当，往往会导致电路工作不正常、不可靠。本文就列出实际PCB布局布线中要注意的一些要点，以帮助你的PCB项目做得更准确、可靠。 走线的尺寸PCB板上的铜线是有阻抗的，也就意味着在电路图上的一根连线在实际的板子上会有电压降、功耗，电流流过的时候也会有温升。阻抗由以下公式定义： PCB设计工程师通常使用走线的长度、厚度和宽度来控制其阻抗。电阻是用于制作PCB 走线的金属铜的物理特性，既然我们无法改变铜的物理特性，就来控制走线的尺寸吧。PCB走线的厚度以多少盎司的铜来计量。如果我们在1平方英尺的区域内均匀涂抹1盎司铜，这个厚度也就是一盎司的铜，这个厚度大致为1.4千分之一英寸。许多PCB设计师使用1盎司或2盎司的铜，但许多PCB制造商可提供6盎司的厚度。但请注意，许多要求精细的场合，比如靠得很近的管脚就很难铺设很厚的铜。在设计的阶段最好咨询PCB 制造商，先了解清楚他们的生产能力。 你可以借助“PCB走线宽度计算器”来确定你的走线厚度和宽度，在计算的时候可以设定升高的温度为5°C。当然如果你的板子空间足够，布线很轻松，不妨使用较宽的走线，因为在不增加成本的情况下可以获得较低的阻抗。 如果你的板子是多层的，外层上的走线肯定会比内层的走线温度更低，因为内层的热量必须通过内部走线、过孔、材料层等较长的路径才能将热散发掉。 环路一定要尽可能小 环路，尤其是高频环路，应尽可能小。较小的环路具有较低的电感和电阻。将环路放置在地平面上面也会进一步降低电感。通过小环路可减少由以下公式引起的高频电压尖峰：小的环路也会降低通过一些节点上的电感感应到的外部干扰，或者从节点广播出去的信号
上期我们谈到了布局方面的注意事项，对于layout 工程师来说电源模块布局完成时，布线也就基本已经规划好，布局做好，布线自然水到渠成。 如下图1所示原理图： 图1 从原理图中我们可以看到a:主电流通道(红色）b：地的区别（电源地、信号地、其他信号地）c：反馈通道（蓝色）d：续流回路。 对于上述开关电源的布线的处理时，我们还是有以下事项需要注意： 开关管部分: 尽量粗短，一般用铺铜实现，考虑大电流通道。 输入输出滤波：注意到电源平面的过孔数目和位置，在滤波电容之后。 输入输出的地：用大铜皮连接到一起，多打地孔到平面（开关管特殊要求除外）。
控制电路的地：模拟地，与大电流地分开，单点接地。 控制电路的采样：模拟信号，采样点在输出滤波之后，如果有电流采样和电压采样，布成差分线的紧耦合形式，采样线尽量短，减小受干扰的空间。 控制电路的调制输出：模拟信号，不要在开关管下走长线，远离大电流的电源和地等区域。 下面我们还是借用芯片的datasheet图例来一起看一下开关电源布线的一些注意事项，如下图2所示： 图2：某电源芯片layout guide 从datasheet要求来看主要需要我们注意： 1.输入输出回路尽量小满足载流且满足共地。 2.模拟地与大电流地分开，单点接地。 3.反馈信号处理以及芯片散热等。 在我们的实际设计应用中对于上述开关电源电路可能会进行优化调整如图3所示原理图，其主要核心部分还是一致，如图3所示是该模块原理图和布线展示的示例：
图3.1：SCH 图3.2：布线展示 我们可以从布线展示图中可以看到基本按照layout guide设计，但我们还需要注意以下细节：大电流通道滤波电路孔的位置和数量；输入输出地的铺铜共地连接；采样电路避免受干扰；芯片模拟地与大电流地的区分与单点相连，以及芯片的散热！ 接着上期的“IPC”PCB设计大赛的开关电源，如下图4原理图和布线展示： 图4-1：原理图
1. Protel DXP2004 中的仿真元件库有哪些？怎样加载到系统中来？ 2. 简述元件在PCB板上布局和布线的总体原则。3．什么是飞线？飞线与导线的区别？ 4. 层次原理图的作用？说明层次原理图的几种设计方法。 5. 网络表是否一定从原理图生成？网络表的主要作用是什么？网络表文件从结构上分为哪几部分？ 6. 请说出PCB设计的三种方法，以及各种方法的优缺点。 7. 请描述如何建立自己的原理图图纸模板，如何调用它。 8. 在印制电路板的选项设置中，可以设置哪几类网格，每类网格的作用是什么？ 2. 设计PCB有哪几种方法？各自优缺点如何？ 3. 原理图仿真的基本流程是什么？仿真要遵循哪些原则？ 4. 简单描述，在手动规划PCB寸，要进行哪几步设置？每步需要注意什么？ 5. 层次原理图的作用？说明层次原理图的几种设计方法。 6. 网络表是否一定从原理图生成？网络表的主要作用是什么？网络表文件从结构上分为哪几部分？ 7. PCB设计完成后，可以生成哪些报表？ 1. Protel DXP 2004 中的仿真元件库有哪些？怎样加载到系统中来 仿真信号源元件库，仿真专用函数元件库，仿真数学函数元件库，信号仿真传输线元件库。
执行Design'Browes Libary 命令，调出元件库编辑管理器，在管理器中 点击"Libaries... ”按钮，弹出Available Libaries 对话框。在对话框中点击“ In stall... ”按钮，系统弹出Libary文件夹中的库文件列表，选择 要加载的库文件安装即可。 2. 简述元件在PCB板上布局和布线的总体原则。 布局：1.元件排列规则，元件平行排列，均匀整齐紧凑的排列在PCB板上，尽量减少和缩短各元件之间的引线和连线 2.按照信号走向布局原则，便于 信号流通，并使信号尽可能保持一致方向，易于焊接和批量生 3.防止电磁 干扰4. 抑制热干扰5.可调元件的布局 1. 布线：连线精简，安全载流，电磁抗干扰，环境效应，安全工作，组装方便规范，经济等原则。 安全间距允许值10mil，布线拐角45度，布线层确定（顶层垂直，底层水平），布线优先级设置为2,以布线的总线长最短为设计原则，过孔类型 （孔径20mil，宽度40mil）走线宽度（电源接地线为20mil,其他为10mil）. 3. 什么是飞线？飞线与导线的区别？ 飞线是在引入网络表后，系统根据规则生成的，用来指引布线的一种连线。 飞线与导线是有本质的区别的。飞线只是一种形式上的连线，它只是形式上表示出各个焊点间的连接关系，没有电气的连接意义。导线则是根据飞线指示的焊点间连接关系布置的，具有电气连接意义的连接线路。 5.网络表是否一定从原理图生成？网络表的主要作用是什么？网络表文件 从结构上分为哪几个部分？ 不是。可以从原理图获得，也可以按规则自己编写。 作用：1.网络表文件可支持印制电路板设计的自动布线及电路模拟程序。 2可以与印制电路板中得到的网络表进行比较，核对查错。 7.请描述如何建立自己的原理图图纸模板，如何调用它？ 1、建立PCB项目文件，并建立原理图文件图纸，然后建一个图纸模板 2、执行菜单命令Desig n/Optio ns ，设置图纸大小 3、在sheet options 选项卡的options 中设置图幅方向为水平选中show border显示板边框线，单击0K按钮 4、按照标准尺寸要求，放置图框线，绘制图框及标题栏格线 5、放置文本内容 6、保存模板文件 7、若想在原理图纸中调用此模板，执行菜单命令Desig n/Template/Set Template File Name 8、在印制电路板的选项设置中，可以设置那几类网络，每类网络的作用是什么？ 工作层设置：决定PCB设计工作能否正常进行。 参数设置：为用户设定个性化的设计环境。 2. 设计PCB有哪几种方法？各自优缺点如何？ 1. 全自动设计，优点：设计的周期短，缺点：因为布局和走线的策略都是利用人工智能判断设计的，但目前人工智能技术还不够完善。
一、元件布局基本规则 1.按电路模块进行布局，实现同一功能的相关电路称为一个模块，电路模块中的元件应采用就近集中原则，同时数字电路和模拟电路分开； 2.定位孔、标准孔等非安装孔周围 1."27mm内不得贴装元、器件，螺钉等安装孔周围 3."5mm（对于M 2."5）、4mm（对于M3）内不得贴装元器件； 3.卧装电阻、电感（插件）、电解电容等元件的下方避免布过孔，以免波峰焊后过孔与元件壳体短路； 4.元器件的外侧距板边的距离为5mm； 5.贴装元件焊盘的外侧与相邻插装元件的外侧距离大于2mm； 6.金属壳体元器件和金属件（屏蔽盒等）不能与其它元器件相碰，不能紧贴印制线、焊盘，其间距应大于2mm。定位孔、紧固件安装孔、椭圆孔及板中其它方孔外侧距板边的尺寸大于3mm； 7.发热元件不能紧邻导线和热敏元件；高热器件要均衡分布； 8.电源插座要尽量布置在印制板的四周，电源插座与其相连的汇流条接线端应布置在同侧。 特别应注意不要把电源插座及其它焊接连接器布置在连接器之间，以利于这些插座、连接器的焊接及电源线缆设计和扎线。电源插座及焊接连接器的布置间距应考虑方便电源插头的插拔； 9.其它元器件的布置： 所有IC元件单边对齐，有极性元件极性标示明确，同一印制板上极性标示不得多于两个方向，出现两个方向时，两个方向互相垂直；
10、"板面布线应疏密得当，当疏密差别太大时应以网状铜箔填充，网格大于8mil(或 0."2mm)； 11、"贴片焊盘上不能有通孔，以免焊膏流失造成元件虚焊。重要信号线不准从插座脚间穿过； 12、"贴片单边对齐，字符方向一致，封装方向一致； 13、"有极性的器件在以同一板上的极性标示方向尽量保持一致。 二、元件布线规则 1、画定布线区域距PCB板边≤1mm的区域内，以及安装孔周围1mm内，禁止布线； 2、"电源线尽可能的宽，不应低于18mil；信号线宽不应低于12mil；cpu入出线不应低于10mil（或8mil）；线间距不低于10mil； 3、正常过孔不低于30mil； 4、双列直插： 焊盘60mil，孔径40mil； 1/4W电阻：51*55mil（0805表贴）；直插时焊盘62mil，孔径42mil； 无极电容：51*55mil（0805表贴）；直插时焊盘50mil，孔径28mil； 5、注意电源线与地线应尽可能呈放射状，以及信号线不能出现回环走线。 如何提高抗干扰能力和电磁兼容性 在研制带处理器的电子产品时，如何提高抗干扰能力和电磁兼容性？ 1、下面的一些系统要特别注意抗电磁干扰： (1)微控制器时钟频率特别高，总线周期特别快的系统。
首先从开关电源的设计及生产工艺开始描述吧，先说说印制板的设计。开关电源工作在高频率,高脉冲状态，属于模拟电路中的一个比较特殊种类。布板时须遵循高频电路布线原则。 1、布局:脉冲电压连线尽可能短,其中输入开关管到变压器连线，输出变压器到整流管连接线。脉冲电流环路尽可能小如输入滤波电容正到变压器到开关管返回电容负。输出部分变压器出端到整流管到输出电感到输出电容返回变 压器电路中X电容要尽量接近开关电源输入端,输入线应避 免与其他电路平行，应避开。 Y电容应放置在机壳接地端子或FG连接端。共摸电感应与变压器保持一定距离，以避免 磁偶合。如不好处理可在共摸电感与变压器间加一屏蔽，以上几项对开关电源的EMC性能影响较大。 输出电容一般可采用两只一只靠近整流管另一只应 靠近输出端子,可影响电源输出纹波指标，两只小容量电容 并联效果应优于用一只大容量电容。发热器件要和电解电容保持一定距离，以延长整机寿命，电解电容是开关电源寿命的瓶劲,如变压器、功率管、大功率电阻要和电解保持距离，电解之间也须留出散热空间,条件允许可将其放置在进风口控制部分要注意:高阻抗弱信号电路连线要尽量短 如取样反馈环路，在处理时要尽量避免其受干扰、电流取样
信号电路，特别是电流控制型电路，处理不好易出现一些想不到的意外，其中有一些技巧 现以3８43电路举例见图（1）图一效果要好于图二，图二在满载时用示波器观测电流波形上明显叠加尖刺，由于干扰限流点比设计值偏低，图一则没有这种现象、还有开关管驱动信号电路，开关管驱动电阻要靠近开关管,可提高开关管工作可靠性，这和功率 MＯＳFET高直流阻抗电压驱动特性有关。 下面谈一谈印制板布线的一些原则。 线间距：随着印制线路板制造工艺的不断完善和提高,一般加工厂制造出线间距等于甚至小于0．１mｍ已经不存在什么问题,完全能够满足大多数应用场合。考虑到开关电源所采用的元器件及生产工艺，一般双面板最小线间距设
1 布局的设计 Protel 虽然具有自动布局的功能,但并不能完全满足高频电路的工作需要,往往要凭借设计者的经验,根据具体情况,先采用手工布局的方法优化调整部分元器件的位置,再结合自动布局完成PCB的整体设计。布局的合理与否直接影响到产品的寿命、稳定性、EMC (电磁兼容)等,必须从电路板的整体布局、布线的可通性和PCB的可制造性、机械结构、散热、EMI(电磁干扰) 、可靠性、信号的完整性等方面综合考虑。 一般先放置与机械尺寸有关的固定位置的元器件,再放置特殊的和较大的元器件,最后放置小元器件。同时,要兼顾布线方面的要求,高频元器件的放置要尽量紧凑,信号线的布线才能尽可能短,从而降低信号线的交叉干扰等。 1.1 与机械尺寸有关的定位插件的放置 电源插座、开关、PCB之间的接口、指示灯等都是与机械尺寸有关的定位插件。通常,电源与PCB之间的接口放到PCB的边缘处,并与PCB 边缘要有3 mm～5 mm的间距;指示发光二极管应根据需要准确地放置;开关和一些微调元器件,如可调电感、可调电阻等应放置在靠近PCB 边缘的位置,以便于调整和连接;需要经常更换的元器件必须放置在器件比较少的位置,以易于更换。 1.2 特殊元器件的放置 大功率管、变压器、整流管等发热器件,在高频状态下工作时产生的热量较多,所以在布局时应充分考虑通风和散热,将这类元器件放置在PCB上空气容易流通的地方。大功率整流管和调整管等应装有散热器,并要远离变压器。电解电容器之类怕热的元件也应远离发热器件,否则电解液会被烤干,造成其电阻增大,性能变差,影响电路的稳定性。 易发生故障的元器件,如调整管、电解电容器、继电器等,在放置时还要考虑到维修方便。对经常需要测量的测试点,在布置元器件时应注意保证测试棒能够方便地接触。 由于电源设备内部会产生50 Hz泄漏磁场,当它与低频放大器的某些部分交连时,会对低频放大器产生干扰。因此,必须将它们隔离开或者进行屏蔽处理。放大器各级最好能按原理图排成直线形式,如此排法的优点是各级的接地电流就在本级闭合流动,不影响其他电路的工作。输入级与输出级应当尽可能地远离,减小它们之间的寄生耦合干扰。 考虑各个单元功能电路之间的信号传递关系,还应将低频电路和高频电路分开,模拟电路和数字电路分开。集成电路应放置在PCB的中央,这样方便各引脚与其他器件的布线连接。 电感器、变压器等器件具有磁耦合,彼此之间应采用正交放置,以减小磁耦合。另外,它们都有较强的磁场,在其周围应有适当大的空间或进行磁屏蔽,以减小对其他电路的影响。 在PCB的关键部位要配置适当的高频退耦电容,如在PCB电源的输入端应接一个10μF～100 μF的电解电容,在集成电路的电源引脚附近都应接一个0.01 pF左右的瓷片电容。有些电路还要配置适当的高频或低频扼流圈,以减小高低频电路之间的影响。这一点在原理图设
布局布线流程介绍 布局布线.....................................................................................................................................- 1 - 1. 布局布线工程师应该具备的能力.........................................................................................- 1 - 2. 布局布线实现使用的EDA工具............................................................................................- 3 - 3. 布局布线实现流程................................................................................................................- 4 - 3.1 数据导入.......................................................................................................................- 4 - 3.2布局规划（Floorplan）...............................................................................................- 7 - 3.3单元放置（Placement）............................................................................................- 13 - 3.4时钟树综合（Clock Tree Synthesis）......................................................................- 15 - 3.5全局与细节布线（NanoRoute）..............................................................................- 17 - 3.6电压衰减分析（IR-drop）........................................................................................- 20 - 3.7 GDSII及网表（netlist）导出并做物理验证............................................................- 20 - 3.8最终功能与时序验证..................................................................................................- 20 - 当一个设计完成了前端逻辑综合并生成了门级网表后，接下来的任务就是门级网表的物理实现，即把门级网表转换成版图（layout）。在半定制设计流程中，所谓的数字后端就是指布局布线物理实现。在半定制设计中所需要的大部分后端数据都是由流片厂家或者相关公司提供，这些数据对于设计者都是透明的，所以设计者只需要做后端布局布线工作。 实际上，布局布线只是后端设计的一个部分。在工程实践中，数字后端设计应该包括标准单元库的设计，宏单元的定制设计以及布局布线实现。 1. 布局布线工程师应该具备的能力 在超深亚微米集成电路设计中，我认为一个好的布局布线工程师应该具备以下几个基本能力： z要深入了解相关布局布线工具的各方面特性及参数。这样才能正确操作布局布线工具。 z要良好把握后端物理实现中标准单元和宏单元的性能指标及物理参数。 这样才能在芯片布局布线初期对预布局有合理地规划，并且可以对芯片 预估的性能有很好把握，最终减少布局布线实现的迭代次数，提高执行 效率。