印制电路板故障排除方法12-6-1

印制电路板故障排除方法为确保印制电路板的高质量和高稳定性，实现全面质量管理和环境控制，必须充分了解印制电路板制造技术的特性，但印制电路板制造技术是综合性的技术结晶，它涉及到物理、化学、光学、光化学、高分子、流体力学、化学动力学等诸多方面的基础知识，如材料的结构、成份和性能：工艺装备的精度、稳定性、效率、加工质量；工艺方法的可行性；检测手段的精度与高可靠性及环境中的温度、湿度、洁净度等问题。这些问题都会直接和间接地影响到印制电路板的品质。由于涉及到的方面与问题比较多，就很容易产生形形色色的质量缺陷。为确保“预防为主，解决问题为辅”的原则的贯彻执行，必须认真地了解各工序最容易出现及产生的质量问题，快速地采取工艺措施加以排除，确保生产能顺利地进行。为此，特收集、汇总和整理有关这方面的材料，编辑这本印制电路板故障排除手册供同行参考。一、基材部分1 问题：印制板制造过程基板尺寸的变化原因解决方法（1）经纬方向差异造成基板尺寸变化；由于剪切时，未注意纤维方向，造成剪切应力残留在基板内，一旦释放，直接影响基板尺寸的收缩。（1）确定经纬方向的变化规律，按照收缩率在底片上进行补偿（光绘前进行此项工作）。同时剪切时按纤维方向加工，或按生产厂商在基板上提供的字符标志进行加工（一般是字符的竖方向为基板的纵方向）。（2）基板表面铜箔部分被蚀刻掉对基板的变化限制，当应力消除时产生尺寸变化。（2）在设计电路时应尽量使整个板面分布均匀。如果不可能也要必须在空间留下过渡段（不影响电路位置为主）。这由于板材采用玻璃布结构中经纬纱密度的差异而导致板材经纬向强度的差异。（3）刷板时由于采用压力过大，致使产生压拉应力导致基板变形。 （3）应采用试刷，使工艺参数处在最佳状态，然后进行刷板。对薄型基材 ，清洁处理时应采用化学清洗工艺或电解工艺方法。（4）基板中树脂未完全固化，导致尺寸变化 。（4）采取烘烤方法解决。特别是钻孔前进行烘烤，温度1200C、4小时，以确保树脂固化，减少由于冷热的影响，导致基板尺寸的变形。（5）特别是多层板在层压前，存放的条件差，使薄基板或半固化片吸湿，造成尺寸稳定性差。（5）内层经氧化处理的基材，必须进行烘烤以除去湿气。并将处理好的基板存放在真空干燥箱内，以免再次吸湿。（6）多层板经压合时，过度流胶造成玻璃布形变所致。（6）需进行工艺试压，调整工艺参数然后进行压制。同时还可以根据半固化片的特性，选择合适的流胶量。2 问题：基板或层压后的多层基板产生弯曲（BOW）与翘曲（TWIST）。原因解决方法（1）特别是薄基板的放置是垂直式易造成长期应力叠加所致。（1）对于薄型基材应采取水平放置确保基板内部任何方向应力均匀，使基板尺寸变化很小。还必须注意以原包装形式存放在平整的货架上，切记勿堆高重压。（2）热熔或热风整平后，冷却速度太快，或采用冷却工艺不当所致。（2）放置在专用的冷却板上自然冷却至室温。（3）基板在进行处理过程中，较长时间内处于冷热交变的状态下进行处理，再加基板内应力分布不均，引起基板弯曲或翘曲。（3）采取工艺措施确保基板在冷热交变时，调节冷、热变换速度，以避免急骤冷或热。（4）基板固化不足，造成内应力集中，致使基板本身产生弯曲或翘曲。（4）A、重新按热压工艺方法进行固化处理。B、为减少基板的残余应力，改善印制板制造中的尺寸稳定性与产生翘曲形变， 通常采用预烘工艺即在温度120-1400C 2-4小时（根据板厚、尺寸、数量等加以选择）。（5）基板上下面结构的差异即铜箔厚度不同所至。（5）应根据层压原理，使两面不同厚度的铜箔产生的差异，转成采取不同的半固化片厚度来解决。3 问题：基板表面出现浅坑或多层板内层有空洞与外来夹杂物。原因解决方法（1）铜箔内存有铜瘤或树脂突起及外来颗粒叠压所至。（1）原材料问题，需向供应商提出更换。（2）经蚀刻后发现基板表面透明状，经切片是空洞。（2）同上处理方法解决之。（3）特别是经蚀刻后的薄基材有黑色斑点即粒子状态。（3）按上述办法处理。4 问题：基板铜表面常出现的缺陷原因解决方法（1）铜箔出现凹点或凹坑，这是由于叠层压制时所使用的工具表面上存有外来杂质。(1)改善叠层和压合环境，达到洁净度指标要求。（2）铜箔表面出现凹点与胶点，是由于所采用压板模具压制和叠层时，存有外来杂质直接影响所至。(2)认真检查模具表面状态，改善叠层间和压制间工作环境达到工艺要求的指标。（3）在制造过程中，所使用的工具不适合导致铜箔表面状态差。(3)改进操作方法，选择合适的工艺方法。（4）叠层时要特别注意层与层间的位置准确性，避免送入压机过程中滑动。直接接触铜箔表面的不锈钢板，要特小心放置并保持平整。(4)叠层时要特别注意层与层间的位置准确性，避免送入压机过程中滑动。直接接触铜箔表面的不锈钢板，要特小心放置并保持平整.（5）基板表面出现胶点，可能是叠层时胶屑落在钢板表面或铜表面上所造成的。(5)为防止胶屑脱落，可将半固化片边缘进行热合处理。（6）铜箔表面有针孔造成压制时熔融的胶向外溢出所至。(6)首先对进厂的铜箔进行背光检查，合格后必须严格的保管，避免折痕或撕裂等。5 问题：板材内出现白点或白斑原因解决方法(1)板材经受不适当的机械外力的冲击造成局部树脂与玻璃纤维的分离而成白斑。(1)从工艺上采取措施，尽量减少或降低机械加工过度的振动现象以减少机械外力的作用。(2)局部板材受到含氟化学药品的渗入，而对玻璃纤维布织点的浸蚀，形成有规律性的白点（较为严重时可看出呈方形）。(2)特别是在退锡铅合金镀层时，易发生在镀金插头片与插头片之间，须注意选择适宜的退锡铅药水及操作工艺。(3)板材受到不当的热应力作用也会造成白点、白斑。(3)特别是热风整平、红外热熔等如控制失灵，会造成热应力的作用导致基板内产生缺陷。“巧妙布局”PCB板一.元件排列规则1).在通常条件下,所有的元件均应布置在印制电路的同一面上，只有在顶层元件过密时，才能将一些高度有限并且发热量小的器件，如贴片电阻、贴片电容、贴IC等放在底层。2).在保证电气性能的前提下，元件应放置在栅格上且相互平行或垂直排列，以求整齐、美观，一般情况下不允许元件重叠；元件排列要紧凑，输入和输出元件尽量远离。3).某元器件或导线之间可能存在较高的电位差，应加大它们的距离，以免因放电、击穿而引起意外短路。4).带高电压的元件应尽量布置在调试时手不易触及的地方。5).位于板边缘的元件，离板边缘至少有2个板厚的距离6).元件在整个板面上应分布均匀、疏密一致。二.按照信号走向布局原则1).通常按照信号的流程逐个安排各个功能电路单元的位置，以每个功能电路的核心元件为中心，围绕它进行布局。2).元件的布局应便于信号流通，使信号尽可能保持一致的方向。多数情况下，信号的流向安排为从左到右或从上到下，与输入、输出端直接相连的元件应当放在靠近输入、输出接插件或连接器的地方。三.防止电磁干扰1).对辐射电磁场较强的元件，以及对电磁感应较灵敏的元件，应加大它们相互之间的距离或加以屏蔽，元件放置的方向应与相邻的印制导线交叉。2).尽量避免高低电压器件相互混杂、强弱信号的器件交错在一起。3).对于会产生磁场的元件，如变压器、扬声器、电感等，布局时应注意减少磁力线对印制导线的切割，相邻元件磁场方向应相互垂直，减少彼此之间的耦合。4).对干扰源进行屏蔽，屏蔽罩应有良好的接地。5).在高频工作的电路，要考虑元件之间的分布参数的影响。四. 抑制热干扰1).对于发热元件，应优先安排在利于散热的位置，必要时可以单独设置散热器或小风扇，以降低温度，减少对邻近元件的影响。2).一些功耗大的集成块、大或中功率管、电阻等元件，要布置在容易散热的地方，并与其它元件隔开一定距离。3).热敏元件应紧贴被测元件并远离高温区域，以免受到其它发热功当量元件影响，引起误动作。4).双面放置元件时，底层一般不放置发热元件。五.可调元件的布局对于电位器、可变电容器、可调电感线圈或微动开关等可调元件的布局应考虑整机的结构要求，若是机外调节，其位置要与调节旋钮在机箱面板上的位置相适应；若是机内调节，则应放置在印制电路板于调节的地方。优秀的PCB文件注意事项龙人专业从事PCB抄板数十年，打造一支精湛的技术团队，颇具丰富经验。对于专业的PCB文件也有自己独到的一套见解。对于优秀的PCB文件，龙人认为要从以下六个方面入手。下面一一道来。1 制作要求对于板材、板厚、铜厚、工艺、阻焊、字符颜色等要求清晰。以上要求是制作一个板子的基础，因此工程师必须写清晰。每个文件的技术要求都写得很清晰，哪怕就是平时我们认为最正常的用绿色阻焊油墨白色字符都写在技术要求有体现，而有些客户则是能免则免，什么都不写，就发给厂家打样生产，特别是有些厂家有些特别的要求都没有写出来，导致厂家在收到邮件之后，第一件事情就是要咨询这方面的要求，或者有些厂家最后做出来的不符要求。2 钻孔方面的设计最直接也是最大的问题，就是最小孔径的设计，一般板内的最小孔径都是过孔的孔径，这个是直接体现在成本上的，有些板的过孔明明可以设计为0.50MM的孔，即只放0.30MM，这样成本就直接大幅上升，厂家成本高了，就会提高报价；另外就是过孔太多，有些DVD以及数码相框上面的过孔真的是整板都放满了，动不动就1000多孔，做过太多这方面的板，认为正常应该在500-600孔，当然有人会说过孔多对板子的信号导通方面，以及散热方面有好处，这就要取一个平衡，在控制这些方面的同时还要不会导致成本上升。举个例子：我们公司有个客户是深圳做DVD的，量很大，在最开始合作的时候也是以上这种情况，后来成本对双方来说，实在是个大问题，经过与 R&D沟通，将过孔的孔径尽量加大，删除大铜皮上的部分过孔，像主IC中间的散热孔用4个3.00MM的孔代替， 这样一来,钻孔的费用就降低了，一平方就可以降几十块钱的钻孔费，对于双方来说达到了双赢；另外就是一些槽孔，比如说1.00MM X 1.20MM的超短槽孔，对于厂家来说，真的是非常之难做，第一很难控制公差，第二钻也来的槽也不是直的，有些弯曲，以前我们也做过部分这样的板子，结果几毛钱人民币的板，由于槽孔不合格，扣款1美金/块，我们也与客户沟通过这方面的问题，后来就直接改用1.20MM的圆孔。3 线路方面的设计对于线宽线距，以及开路短路等，是厂家最常见的，抛开特殊的不说，一些比较常规的板子，线宽线距当然越大越好，有些文件，一条本来可以走得直直的走线，偏偏中间非要出现几个弯，同排好几根宽大小相同走线，间距不一样，比如有些地方间距才0.10MM，有些地方则有0.20MM，R&D在布线时，就要注意这些细节方面；还有一些线路焊盘或者走线与大铜皮的距离只有0.127MM，增加了厂家处理菲林的难度，最好焊盘走线与大铜皮的距离有0.25MM以上；有些走线则距外围或V-CUT处的安全距离很小，厂家能够移还好，有些则必须一定要R&D设计好才能做，甚至有不是同一个网络的走线连在一起，而有些明明是同一个网络的，偏偏又没连，到最后厂家与R&D沟通，就发现是短路开路，然后要重新修改资料，这种情况还不在少数，有经验的工程师或许可以看得出，经验不足的则只跟着设计的文件做，结果是要么修改文件重新打样或者用刀片刮开或者飞线，对于线路有阻抗要求的板，有些R&D也不写，最后也是不符合要求。另外有些板的过孔设计在SMD PAD上，焊接时则漏锡下去。4 阻焊方面的设计在阻焊方面比较易出现的问题，就在有些铜皮或者走线上要露铜这些方面。比如在铜皮上要加开阻焊窗，以利于散热，或者在一些大电流的走线上要露铜，一般这些另外增加的阻焊是放在Soldermask层，但有些R&D则另外新建一层，放在机械层上的，放在禁止布线层的，五花八门，什么都有，这还不说，还不特别说明，很难让人明白。最理想的还是放在TOP Soldermask或者BOTTOMSoldermasK层是最好的，让人最容易理解。另外就要说明IC中间的绿油桥是否要保留，最好也给予说明。5 字符方面的设计字符方面最重要的就是字宽字高设计的要求，有些板这个方面也不是很好，同一种元件甚至出现几种字符大小，厂家都认为不美观，这些必须向那些主板厂家学习，一排一排的元件字符，同样的大小，让人看上去都有赏心悦目的感觉。其实字符最好设计为0.80*0.15MM以上，厂家做丝印工序也比较好印；另外就是一些大的白油块，比如说晶振上的，或者一些排插上的，有些厂家要用白油盖住焊盘，有些则要露出焊盘，这些也是必须说明的；也碰到过一些丝印位置对调错误的，比如电阻和电容的字符对换了，不过这些错误还是很少的；还有就是需要加上的标志，如UL标志，ROHS字样，PB标志，厂家的LOGO以及编号。6 外形方面的设计现在的板子很少是那种长方形之类的，都是不规则的，但主要是有几种线画外框，让人无法选择，另外，现在由于为了提高设备的利用率（比如SMT），都要拼版V-CUT，但拼出来的板间距不同，有些有间距，有些没有间距，给第一家厂打样做批量还好，要是到后面要换供应商就比较麻烦，如果第二家厂不是按照第一家厂来拼，钢网就套不上了。所以在没有特别情况下，最好不要拼有间距；另外就是有些文件设计可能会将要钻出来的槽孔画一个小长方形的孔放在外形层，这种情况在PROTEL软件设计的文件比较常见，相对于来说PADS就比较好，认为放在外形层，在厂家很容易误解为要将此孔冲出来或者做成NPTH属性，对于某些是要PTH属性来说，就容易出问题了。在PCB设计中布置各元件1.1.受力 电路板应能承受安装和工作中所受的各种外力和震动。为此电路板应具有合理的形状，板上的各种孔（螺钉孔、异型孔）的位置要合理安排。一般孔与板边距离至少要大于孔的直径。同时还要注意异型孔造成的板的最薄弱截面也应具有足够的抗弯强度。板上直接伸出设备外壳的接插件尤其要合理固定，保证长期使用的可靠性。1.2.受热对于大功率的、发热严重的器件，除保证散热条件外，还要注意放置在适当的位置。尤其在精密的模拟系统中，要格外注意这些器件产生的温度场对脆弱的前级放大电路的不利影响。一般功率非常大的部分应单独做成一个模块，并与信号处理电路间采取一定的热隔离措施。 1.3.美观 不仅要考虑元件放置的整齐有序，更要考虑走线的优美流畅。由于一般外行人有时更强调前者，以此来片面评价电路设计的优劣，为了产品的形象，在性能要求不苛刻时要优先考虑前者。但是，在高性能的场合，如果不得不采用双面板，而且电路板也封装在里面，平时看不见，就应该优先强调走线的美观。1.4.安装指在具体的应用场合下，为了将电路板顺利安装进机箱、外壳、插槽，不致发生空间干涉、短路等事故，并使指定接插件处于机箱或外壳上的指定位置而提出的一系列基本要求。 1.5.信号 信号的干扰PCB版图设计中所要考虑的最重要的因素。几个最基本的方面是：弱信号电路与强信号电路分开甚至隔离；交流部分与直流部分分开；高频部分与低频部分分开；注意信号线的走向；地线的布置；适当的屏蔽、滤波等措施。这些都是大量的论着反复强调过的，这里不再重复。解析高速DSP系统PCB板的可靠性设计随着微电子技术的高速发展，新器件的应用导致现代EDA设计的电路布局密度大，而且信号的频率也很高，随着高速器件的使用，高速DSP(数字信号处理) 系统设计会越来越多，处理高速DSP应用系统中的信号问题成为设计的重要问题，在这种设计中，其特点是系统数据速率、时钟速率和电路密集度都在不断增加，其PCB印制板的设计表现出与低速设计截然不同的行为特点，即出现信号完整性问题、干扰加重问题、电磁兼容性问题等等。这些问题能导致或者直接带来信号失真，定时错误，不正确数据、地址和控制线以及系统错误甚至系统崩溃，解决不好会严重影响系统性能，并带来不可估量的损失。解决这些问题的方法主要靠电路设计。因此PCB印制板的设计质量相当重要，它是把最优的设计理念转变为现实的惟一途径。下面讨论针对在高速DSP系统中PCB板可靠性设计应注意的若干问题。电源设计高速DSP系统PCB板设计首先需要考虑的是电源设计问题。在电源设计中，通常采用以下方法来解决信号完整性问题。考虑电源和地的去耦随着DSP工作频率的提高，DSP和其他IC元器件趋向小型化、封装密集化，通常电路设计时考虑采用多层板，建议电源和地都可以用专门的一层，且对于多种电源，例如DSP的I/O电源电压和内核电源电压不同，可以用两个不同的电源层，若考虑多层板的加工费用高，可以把接线较多或者相对关键的电源用专门的一层，其他电源可以和信号线一样布线，但要注意线的宽度要足够。无论电路板是否有专门的地层和电源层，都必须在电源和地之间加一定的并且分布合理的电容。为了节省空间，减少通孔数，建议多使用贴片电容。可把贴片电容放在PCB板背面即焊接面，贴片电容到通孔用宽线连接并通过通孔与电源、地层相连。考虑电源分布的布线规则分开模拟和数字电源层高速高精度模拟元件对数字信号很敏感。例如，放大器会放大开关噪声，使之接近脉冲信号，所以在板上模拟和数字部分，电源层一般是要求分开的。隔离敏感信号有些敏感信号(如高频时钟) 对噪声干扰特别敏感，对它们要采取高等级隔离措施。高频时钟(20MHz以上的时钟，或翻转时间小于5ns的时钟)必须有地线护送，时钟线宽至少10mil，护送地线线宽至少20mil，高频信号线的保护地线两端必须由过孔与地层良好接触，而且每5cm 打过孔与地层连接;时钟发送侧必须串接一个22220的阻尼电阻。可避免由这些线带来的信号噪声所产生的干扰。软、硬件抗干扰设计一般高速DSP应用系统PCB板都是由用户根据系统的具体要求而设计的，由于设计能力、实验室条件有限，如不采取完善、可靠的抗干扰措施，一旦遇到工作环境不理想、有电磁干扰就会导致DSP程序流程紊乱，当DSP正常工作代码不能恢复时，将出现跑飞程序或死机现象，甚至会损坏某些元器件。应注意采取相应的抗干扰措施。硬件抗干扰设计硬件抗干扰效率高，在系统复杂度、成本、体积可容忍的情况下，优先选用硬件抗干扰设计。常用的硬件抗干扰技术可归纳为以下几种:(1) 硬件滤波：RC 滤波器可以大大削弱各类高频干扰信号。如可以抑制“毛刺”干扰。(2) 合理接地：合理设计接地系统，对于高速的数字和模拟电路系统来说，具有一个低阻抗、大面积的接地层是很重要的。地层既可以为高频电流提供一个低阻抗的返回通路，而且使EMI、RFI变得更小，同时还对外部干扰具有屏蔽作用。PCB 设计时把模拟地和数字地分开。(3) 屏蔽措施：交流电源、高频电源、强电设备、电弧产生的电火花，会产生电磁波，成为电磁干扰的噪声源，可用金属壳体把上述器件包围起来，再接地，这对屏蔽通过电磁感应引起的干扰非常有效。(4) 光电隔离：光电隔离器可以有效地避免不同电路板间的相互干扰，高速的光电隔离器常用于DSP和其他设备(如传感器、开关等) 的接口。软件抗干扰设计软件抗干扰有硬件抗干扰所无法取代的优势，在DSP 应用系统中还应充分挖掘软件的抗干扰能力，从而将干扰的影响抑制到最小。下面给出几种有效的软件抗干扰方法。(1) 数字滤波：模拟输入信号的噪声可以通过数字滤波加以消除。常用的数字滤波技术有:中值滤波、算术平均值滤波等。(2) 设置陷阱：在未用的程序区内设置一段引导程序，当程序受干扰跳到此区域时，引导程序将强行捕获到的程序引导到指定的地址，在那里用专门程序对出错程序进行处理。(3) 指令冗余：在双字节指令和三字节指令后插入两三个字节的空操作指令NOP，可以防止当DSP系统受干扰程序跑飞时，将程序自动纳入正轨。(4) 设置看门狗定时：如失控的程序进入“死循环”，通常采用“看门狗”技术使程序脱离“死循环”。其原理是利用一个定时器，它按设定周期产生一个脉冲，如果不想产生此脉冲，DSP就应在小于设定周期的时间内将定时器清零;但当DSP程序跑飞时，就不会按规定把定时器清零，于是定时器产生的脉冲作为DSP复位信号，将DSP重新复位和初始化。电磁兼容性设计电磁兼容性是指电子设备在复杂电磁环境中仍可以正常工作的能力。电磁兼容性设计的目的是使电子设备既能抑制各种外来干扰，又能减少电子设备对其他电子设备的电磁干扰。在实际的PCB板中相邻信号间或多或少存在着电磁干扰现象即串扰。串扰的大小与回路间的分布电容和分布电感有关。解决这种信号间的相互电磁干扰可采取以下措施:选择合理的导线宽度由于瞬变电流在印制线条上产生的冲击干扰主要是印制导线的电感成分引起的，而其电感量与印制导线长度成正比，与宽度成反比。所以采用短而宽的导线对抑制干扰是有利的。时钟引线、总线驱动器的信号线常有大的瞬变电流，其印制导线要尽可能短。对于分立元件电路，印制导线宽度在1.5mm左右即可满足要求;对于集成电路，印制导线宽度在0. 2mm1. 0mm之间选择。采用井字形网状布线结构。具体做法是在PCB印制板的一层横向布线，紧挨着的一层纵向布线。散热设计为有利于散热，印制板最好是自立安装，板间距应大于2cm，同时注意元器件在印制板上的布排规则。在水平方向，大功率器件尽量靠近印制板边沿布置，从而缩短传热途径;在垂直方向大功率器件尽量靠近印制板上方布置，从而减少其对别的元器件温度的影响。对温度较敏感的元器件尽量布放在温度比较低的区域，而不能放在发热量大的器件的正上方。在高速DSP应用系统的各项设计中，如何把完善的设计从理论转化为现实，依赖于高质量的PCB印制板，DSP电路的工作频率越来越高，管脚越来越密，干扰加大，如何提高信号的质量很重要。因此系统的性能是否良好，与设计者的PCB印制板质量密不可分。PCB布线设计知识问答自动布线的优缺点以及模拟电路布线的注意事项设计PCB时，往往很想使用自动布线。通常，纯数字的电路板(尤其信号电平比较低，电路密度比较小时)采用自动布线是没有问题的。但是，在设计模拟、混合信号或高速电路板时，如果采用布线软件的自动布线工具，可能会出现一些问题，甚至很可能带来严重的电路性能问题。例如，图1中显示了一个采用自动布线设计的双面板的顶层。此双面板的底层如图2所示，这些布线层的电路原理图如图3a和图3b所示。设计此混合信号电路板时，经仔细考虑，将器件手工放在板上，以便将数字和模拟器件分开放置。采用这种布线方案时，有几个方面需要注意，但最麻烦的是接地。如果在顶层布地线，则顶层的器件都通过走线接地。器件还在底层接地，顶层和底层的地线通过电路板最右侧的过孔连接。当检查这种布线策略时，首先发现的弊端是存在多个地环路。另外，还会发现底层的地线返回路径被水平信号线隔断了。这种接地方案的可取之处是，模拟器件(12位A/D转换器MCP3202和2.5V参考电压源MCP4125)放在电路板的最右侧，这种布局确保了这些模拟芯片下面不会有数字地信号经过。图3a和图3b所示电路的手工布线如图4、图5所示。在手工布线时，为确保正确实现电路，需要遵循一些通用的设计准则：尽量采用地平面作为电流回路；将模拟地平面和数字地平面分开；如果地平面被信号走线隔断，为降低对地电流回路的干扰，应使信号走线与地平面垂直；模拟电路尽量靠近电路板边缘放置，数字电路尽量靠近电源连接端放置，这样做可以降低由数字开关引起的di/dt效应。这两种双面板都在底层布有地平面，这种做法是为了方便工程师解决问题，使其可快速明了电路板的布线。厂商的演示板和评估板通常采用这种布线策略。但是，更为普遍的做法是将地平面布在电路板顶层，以降低电磁干扰。有无地平面时的电流回路设计对于电流回路，需要注意如下基本事项：1. 如果使用走线，应将其尽量加粗PCB上的接地连接如要考虑走线时，设计应将走线尽量加粗。这是一个好的经验法则，但要知道，接地线的最小宽度是从此点到末端的有效宽度，此处“末端”指距离电源连接端最远的点。2. 应避免地环路3. 如果不能采用地平面，应采用星形连接策略(见图6)通过这种方法，地电流独立返回电源连接端。图6中，注意到并非所有器件都有自己的回路，U1和U2是共用回路的。如遵循以下第4条和第5条准则，是可以这样做的。4. 数字电流不应流经模拟器件数字器件开关时，回路中的数字电流相当大，但只是瞬时的，这种现象是由地线的有效感抗和阻抗引起的。对于地平面或接地走线的感抗部分，计算公式为V = Ldi/dt，其中V是产生的电压，L是地平面或接地走线的感抗，di是数字器件的电流变化，dt是持续时间。对地线阻抗部分的影响，其计算公式为V= RI 其中，V是产生的电压，R是地平面或接地走线的阻抗，I是由数字器件引起的电流变化。经过模拟器件的地平面或接地走线上的这些电压变化，将改变信号链中信号和地之间的关系(即信号的对地电压)。解析基于DSP的高速PCB抗干扰设计PCB板在DSP的运行中也起着重要的作用。随着DSP(数字信号处理器)的广泛应用，基于DSP的高速信号处理PCB板的设计显得尤为重要。在一个DSP系统中，DSP微处理器的工作频率可高达数百MHz，其复位线、中断线和控制线、集成电路开关、高精度AD转换电路，以及含有微弱模拟信号的电路都非常容易受到干扰；所以设计开发一个稳定的、可靠的DSP系统，抗干扰设计非常重要。干扰即干扰能量使接收器处在不希望的状态。干扰的产生分两种：直接的(通过导体、公共阻抗耦合等)和间接的(通过串扰或辐射耦合)。很多电器发射源，如光照、电机和日光灯都可以引起干扰，而电磁干扰EMI能产生影响有3个必需的途径，即干扰源、传播途径和干扰受体，只需要切断其中的一个就可以解决电磁干扰问题。1 DSP系统的干扰产生分析为了做出一个稳定可靠的DSP系统，必须从各个方面来消除干扰，即使不能完全消除，也要尽量减少到最小。对于DSP系统而言，主要干扰来自于以下几个方面：输入输出通道干扰。指干扰通过前向通道和后向通道进入系统，如DSP系统的数据采集环节，干扰通过传感器迭加到信号上，使数据采集的误差增大。在输出环节，干扰可以将输出的数据误差增大，甚至完全错误，造成系统崩溃。可以合理利用光耦器件减小输入输出通道干扰，对于传感器和DSP主系统的干扰可利用电气隔离来阻挡干扰进入。电源系统的干扰。整个DSP系统的主要干扰源。电源在向系统提供电能的同时也将其噪声加到供电的电源上，必须在电源芯片电路设计时对电源线进行退耦。空间辐射耦合干扰。经过辐射的耦合通常称为串扰。串扰发生在电流流经导线时产生的电磁场，而电磁场在邻近的导线中感应瞬态电流，造成临近的信号失真，甚至错误。串扰的强度取决于器件、导线的几何尺寸及相隔距离。在DSP布线时，信号线间距越大，距离地线越近，就越可以有效地减小串扰。2 针对产生干扰的原因设计PCB下面给出如何在DSP系统的PCB制作过程中减小各种干扰的方法。2.1 多层板的层叠式设计DSP高速数字电路中，为了提高信号质量，降低布线难度，增加系统的EMC，一般采用多层板的层叠式设计。层叠式设计可以提供最短的回流路径，减小耦合面积，抑制差模干扰。在层叠式设计中，分配专门的电源层和地层，并且地层和电源层紧耦合对抑制共模干扰有好处(利用相邻的平面降低电源平面交流阻抗)。以图1所示的4层板为例来说明层叠式的设计方案。采用这种4层PCB设计的结构有很多优点。在顶层(top层)下面有一层电源层，元器件的电源引脚可以直接接到电源，不用穿过地平面。关键的信号选布在底层(bottorn层)，使重要的信号走线空间更大，器件尽量放在同一层面上。若没有必要，不要做2层零件的板子，这样会增加装配时间和装配复杂度。如top层，只有当top层组件过密时，才将高度有限并且发热量小的器件，像退耦电容(贴片)放在bottom层。对于DSP系统可能有大量的线要布，采用层叠式设计，可以在内层走线。如果按照传统的通孔会浪费很多宝贵的走线空间，可以利用盲埋孔(blindburied via)来增加走线面积。2.2 布局设计为了使DSP系统获得最佳性能，元器件的布局是非常重要的。首先放置DSP、Flash、SRAM和CPLD器件，这耍慎重考虑走线空间，然后按功能独立原则放置其他IC，最后考虑IO口的放置。结合以上布局再考虑PCB的尺寸：若尺寸过大，会使印制线条太长，阻抗增加，抗噪声能力下降，制板费用也会增加；如果PCB太小，则散热不好，而且空间有限，邻近的线条容易受到干扰。所以要根据实际需要选择器件，结合走线空间，大体上算出PCB的大小。在对DSP系统布局时，以下器件的摆放位置要特别注意。(1) 高速信号布局在整个DSP系统中,DSP与Flash、SRAM之间是主要的高速数字信号线，所以器件之间的距离要尽量近，其连线尽可能短，并且直接连接。因此，为了减小传输线对信号质量的影响，高速信号走线应尽量短。还要考虑到很多速度达到几百MHz的DSP芯片，需要做蛇型绕线(delay tune)。这在下面布线中将重点阐述。(2) 数模器件布局在DSP系统中大多不是单一的功能电路，大量应用了CM0S的数字器件和数字模拟混合器件，所以要将数模分开布局。模拟信号器件尽量集中，使模拟地能够在整个数字地中间画出一个独立的属于模拟信号的区域，避免数字信号对模拟信号的干扰。对于一些数模混合器件，如DA转换器，传统上将其看作模拟器件，把它放在模拟地上，并且给其提供一个数字回路，让数字噪声反馈回信号源，减小数字噪声对模拟地的影响。(3) 时钟的布局对于时钟、片选和总线信号，应尽量远离IO线和接插件。DSP系统的时钟输入，很容易受到干扰，对它的处理非常关键。要始终保证时钟产生器尽量靠近DSP芯片，使时钟线尽量短。时钟晶体振荡器的外壳最好接地。(4)退耦布局为了减小集成电路芯片电源上的电压瞬时过冲，对集成电路芯片加退耦电容，这样可以有效地去除电源上毛刺的影响，并减少在PCB上的电源环路反射。加退耦电容可以旁路掉集成电路器件的高频噪声，还可以作为储能电容，提供和吸收集成电路开关门瞬间的充放电能。在DSP系统中，对各个集成电路安放退耦电容，像DSP、SRAM、Flash等，在芯片的每个电源和地之间添加，而且要特别注意，退耦电容要尽量靠近电源提供端(source)和IC的零件脚(pin)。保证从电源提供端(sotlrce端)和进入IC的电流的纯净，并且尽量能让噪音的路径缩短。如图2所示，处理电容时，使用大的过孔或多个过孔，且过孔到电容间的连线应尽量短、粗。2个过孔距离远时，因为路径太大，不好；最好的就是退耦电容的2个过孔越近越好，可以使噪声以最短路径到地。另外在电源输入端或电池供电的地方加上高频电容是非常有利的。一般情况下，对退耦电容的取值不是很严格，一般按C=l，计算，即频率为10 MHz时取01F的电容。(5) 电源的布局在进行DSP系统开发时，电源需要慎重考虑。因为一些电源芯片发热量很大，应优先安排在利于散热的位置，要与其他元器件隔开一定距离。可以利用加散热片或在器件下面铺铜来进行散热处理。注意在开发板底层不要放置发热组件。(6) 其他注意对于DSP系统其他组件的布局应该尽量考虑到焊接方便、调试方便和美观等要求。如对电位器、可调电感线圈、可变电容器、拨码开关等可调器件要结合整体结构放置。对于超过15 g的器件要加固定支架再焊接，特别注意要留出PCB的定位孔及固定支架所占用的位置。PCB边缘的元器件离PCB板边距离一般不要小于2 mm，PCB最好为矩形，长宽比为3：2或4;3。2.3布线设计在综合考虑到增加DSP系统抗干扰性，增强EMC能力进行布局后，布线也要有一些措施和技巧。(1) DSP的布线布线大体上是从核心器件开始，并以其为中心展开。对于DSP这种PQFP(Plastic Quad FIat Pack)或BGA(BaIl Grid Arrayr)封装的器件，如图3所示，应先根据SRAM、Flash和CPLD的布局位置大体判断出走线方向，对引脚进行扇出(fanout)操作。特别是对于QFP&BGA类型的器件，扇出就显得尤其重要。在布线开始之初，就先把BGA类型器件的引脚作扇出，可以为后面的布线节省时间，并可以提高布线的质量和效率。在布线时，合理利用EDA工具的特点，比如power PCB的dynamicc rou-ting，可以最优计划空间。用dynamic的时候，这个功能会自动让线与线之间的空间保持在规则里面，不浪费空间，减少后续修改，提高布线的质量和效率。对于高速DSP还要注意串扰及蛇行(delay tune)走线处理。蛇行走线处理，如图4所示，可以保证信号的完整性，还要保证高速信号参考平面的连续性。在需要作平面分割的时候，一定注意不要让高速线跨不连续的平面；非要跨，就加跨平面的电容，如图5所示。当信号线(trace)间隔3倍信号线宽时，信号间相互串扰(coupling)的几率只有25左右，这样就可以达到抗电磁干扰(EMI)的要求。所以，像CLK和SRAM这些高速信号线，切记与它旁边的信号线远离3倍宽以上，调等长时，即蛇型走线，线与线的宽度也要3倍信号线宽以上，包括对于其本身的信号线也要3倍信号线宽。如图6所示，线宽5 mil*，绕线本身内部的距离是15mil，大于等于3倍的线宽。(2) 时钟的布线对于时钟信号，要使其对于其他信号的走线距离尽量大，保证在4倍线宽以上的距离，并且在时钟(零件)的下面不要走线；对于模拟电压输入线，参考电压端和I0信号线尽量远离时钟。(3) 对系统电源的处理电源是系统中最重要的部分。在PCB的层叠设计中分配了单独的电源层，但由于一个DSP系统有多种数字和模拟器件，这样所用到的电源也有多种，所以对电源层进行了分割，使相同电源特性的器件分割在同一区域内，可就近连接到电源层。但要特别注意，进行分割的时候要注意使参考电源平面的信号连续。经过实验证明，40 mil的线宽，可以通过的电流能保证有l A；对于过孑L，钻径为16 mil的可以通过1 A的电流，所以对于DSP系统，电源线大于20 mil即可。对于电源线上的电磁辐射防护要注意以下几点：用旁路电容限制电路板上交流电流的泄漏；在电源线上串接共模扼流圈(common modechoke)，以抑制流经线中的共模电流；布线靠近，减小磁辐射面积。(4) 对接地的处理在所有的EMC问题中，主要问题都是不适当的接地而引起的。地线处理的好坏直接影响系统的稳定可靠。接地有以下作用：降低输出线上的共模电压VCM；减小对静电(ESD)的敏感；减小电磁辐射。高频数字电路和低频模拟电路的地回路绝对不能混合，必须将数模地分开，因为数字电路高低电位切换时会在电源和地产生噪声；若地平面不分开，模拟信号依然会被地噪声干扰。所以对高频信号应采用多点串联接地，尽量加粗缩短地线，这样除减小压降外，更重要的是降低耦合噪声。但对于一个系统而言，无论怎样分，最终的大地只有一个，只是泻放途径不同而已，所以最后通过磁珠或0 n电阻，将数字地和模拟地连在一起来消除混合信号的干扰。地平面分割时，必须保证参考平面的连续性。像数模共存的PCB板，若模拟信号线走的距离比较远，应尽量使其参考回流路径也是模拟地。这意味着在地层要沿模拟信号的路径割一个模拟地，使其参考模拟地，保证其参考平面的连续性。(5) 其他注意事项在布线时，导线的拐角处一般不要走成90折线，以减小高频信号对外的发射耦合。对PCB铺铜时，尽量避免使用大面积铜箔，否则经过长时间受热，易发生铜箔脱落现象；必须用大面积铜箔的时候可以用栅格替代，这样有利于排除铜箔与基板之间粘合剂受热产生挥发性气体。在贯穿的零件脚上(DIPPIN)铺的铜箔最好也用热焊盘(thermal)处理；应避免虚焊，提高良品率。输入与输出的边线应避免相临平行，以避免产生反射干扰；必要时加地线隔离。两相邻层的布线要互相垂直，平行容易产生耦合。对于I0，最好能够把各自参考平面的不同区域分割开，使不同的IO信号不会相互之间干扰。增强防静电ESD功能的PCB设计方法ESD对PCB板的正常使用带来一定的困扰，因此，在PCB设计过程中，就应注意实现防ESD设计。在PCB板的设计当中，可以通过分层、恰当的布局布线和安装实现PCB的抗ESD设计。在设计过程中，通过预测可以将绝大多数设计修改仅限于增减元器件。通过调整PCB布局布线，能够很好地防范ESD。来自人体、环境甚至电子设备内部的静电对于精密的半导体芯片会造成各种损伤，例如穿透元器件内部薄的绝缘层；损毁MOSFET和CMOS元器件的栅极；CMOS器件中的触发器锁死；短路反偏的PN结；短路正向偏置的PN结；熔化有源器件内部的焊接线或铝线。为了消除静电释放(ESD)对电子设备的干扰和破坏，需要采取多种技术手段进行防范。在PCB板的设计当中，可以通过分层、恰当的布局布线和安装实现PCB的抗ESD设计。在设计过程中，通过预测可以将绝大多数设计修改仅限于增减元器件。通过调整PCB布局布线，能够很好地防范ESD。以下是一些常见的防范措施。尽可能使用多层PCB，相对于双面PCB而言，地平面和电源平面，以及排列紧密的信号线-地线间距能够减小共模阻抗和感性耦合，使之达到双面PCB的1/10到1/100。尽量地将每一个信号层都紧靠一个电源层或地线层。对于顶层和底层表面都有元器件、具有很短连接线以及许多填充地的高密度PCB，可以考虑使用内层线。对于双面PCB来说，要采用紧密交织的电源和地栅格。电源线紧靠地线，在垂直和水平线或填充区之间，要尽可能多地连接。一面的栅格尺寸小于等于60mm，如果可能，栅格尺寸应小于13mm。确保每一个电路尽可能紧凑。尽可能将所有连接器都放在一边。如果可能，将电源线从卡的中央引入，并远离容易直接遭受ESD影响的区域。在引向机箱外的连接器(容易直接被ESD击中)下方的所有PCB层上，要放置宽的机箱地或者多边形填充地，并每隔大约13mm的距离用过孔将它们连接在一起。在卡的边缘上放置安装孔，安装孔周围用无阻焊剂的顶层和底层焊盘连接到机箱地上。PCB装配时，不要在顶层或者底层的焊盘上涂覆任何焊料。使用具有内嵌垫圈的螺钉来实现PCB与金属机箱/屏蔽层或接地面上支架的紧密接触。在每一层的机箱地和电路地之间，要设置相同的“隔离区”；如果可能，保持间隔距离为0.64mm。在卡的顶层和底层靠近安装孔的位置，每隔100mm沿机箱地线将机箱地和电路地用1.27mm宽的线连接在一起。与这些连接点的相邻处，在机箱地和电路地之间放置用于安装的焊盘或安装孔。这些地线连接可以用刀片划开，以保持开路，或用磁珠/高频电容的跳接。如果电路板不会放入金属机箱或者屏蔽装置中，在电路板的顶层和底层机箱地线上不能涂阻焊剂，这样它们可以作为ESD电弧的放电极。要以下列方式在电路周围设置一个环形地：(1)除边缘连接器以及机箱地以外，在整个外围四周放上环形地通路。(2)确保所有层的环形地宽度大于2.5mm。(3)每隔13mm用过孔将环形地连接起来。(4)将环形地与多层电路的公共地连接到一起。(5)对安装在金属机箱或者屏蔽装置里的双面板来说，应该将环形地与电路公共地连接起来。不屏蔽的双面电路则应该将环形地连接到机箱地，环形地上不能涂阻焊剂，以便该环形地可以充当ESD的放电棒，在环形地(所有层)上的某个位置处至少放置一个0.5mm宽的间隙，这样可以避免形成一个大的环路。信号布线离环形地的距离不能小于0.5mm。几种光源控制电路设计介绍1、八路流水灯控制器的设计本控制器的主要功能是完成八路彩灯（包括桥梁灯、护栏灯以及各种大型广告招牌的霓虹灯）的控制。本控制器电路可分为5V电源、555振荡电路、计数器、程序存储器EPROM、可控硅触发电流驱动电路。555振荡电路如图所示，一个脉冲周期中高电平脉冲宽度T1=ln*（R1+R2）*C，低电平宽度T2=ln*R2*C，脉冲周期Tw=T1+T2。用NPN型三极管9013放大可控硅的触发电流。D为高电平时9013饱和导通，电流经过可控硅的T1、G极和9013的集射极流向地端；低电平时9013截止，可控硅关断。为了使9013工作在开关状态，其基极限流电阻不宜取得过大，一般取100或200欧姆。为了减轻7805的负载，9013集电极电源VCC由变压器输出的9V电压经过4个二极管桥整提供，而不是由7805提供，集电极限流电阻为100欧，其消耗功率为P=（0.9*V）*（0.9*V）/R=0.64W,驱动电流I为0.81A，V为变压器输出电压9V。2、霓虹灯的7彩渐变控制器的设计7彩渐变的主要原理是，三基色混色实现7种颜色的变化，渐变则采用输出波形的脉宽调制，即霓虹灯导通的占空比，在扫描速度很快的情况下利用人眼的惰性达到渐变的效果。此电路的电源、计数、程序存储部分与前面的一样。由于可控硅的性能，即使在触发电压电流都变为零时，只有交变电压到来是才会关断，固输出控制开关采用N沟道的场效应开关管IRF460，驱动也由原来的电流驱动改为电压驱动。如图，当D为高电平时，9013饱和导通，Vce约为零伏，场效应开关管的栅源极电压也为零伏，场效应开关管关断；当D为低电平时，9013截止，Vce等于VCC的电压，场效应开关管的栅源电压也为VCC，此时场效应开关管导通。由于此电路输出的是直流电，固不能接变压器是电感的霓虹灯变压器，只能接电子变压器。解析PCB电源供电系统设计电源供电系统(PDS)的分析与设计在高速电路设计领域，特别是在计算机、半导体、通信、网络和消费电子产业中正变得越来越重要。随着超大规模集成电路技术不可避免的进一步等比缩小，集成电路的供电电压将会持续降低。随着越来越多的生产厂家从130nm技术转向90nm技术，可以预见供电电压会降到1.2V，甚至更低，而同时电流也会显着地增加。从