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退耦电容PCB布局
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退耦电容PCB布局
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protel布线规则
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1布局的设计Protel99SE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布线的设计布线是在合理布局的基础上实现高频PCB设计的总体要求。布线包括自动布线和手动布线两种方式。通常,无论关键信号线的数量有多少,首先对这些信号线进行手动布线,布线完成后对这些信号线布线进行仔细检查,检查通过后将其固定,再对其他布线进行自动布线。即采用手动和自动布线相结合来完成PCB的布线。在高频PCB的布线过程中应特别注意以下几个方面问题。2.1布线的走向电路的布线最好按照信号的流向采用全直线,需要转折时可用45°折线或圆弧曲线来完成,这样可以减少高频信号对外的发射和相互间的耦合。高频信号线的布线应尽可能短。要根据电路的工作频率,合理地选择信号线布线的长度,这样可以减少分布参数,降低信号的损耗。制作双面板时,在相邻的两个层面上布线最好相互垂直、斜交或弯曲相交。避免相互平行,这样可以减少相互干扰和寄生耦合。高频信号线与低频信号线要尽可能分开,必要时采取屏蔽措施,防止相互间干扰。对于接收比较弱的信号输入端,容易受到外界信号的干扰,可以利用地线做屏蔽将其包围起来或做好高频接插件的屏蔽。同一层面上应该避免平行走线,否则会引入分布参数,对电路产生影响。若无法避免时可在两平行线之间引入一条接地的铜箔,构成隔离线。在数字电路中,对于差分信号线,应成对地走线,尽量使它们平行、靠近一些,并且长短相差不大。2.2布线的形式在PCB的布线过程中,走线的最小宽度由导线与绝缘层基板之间的粘附强度以及流过导线的电流强度所决定。当铜箔的厚度为0.05mm、宽度为1mm～1.5mm时,可以通过2A电流。温度不会高于3℃,除一些比较特殊的走线外,同一层面上的其他布线宽度应尽可能一致。在高频电路中布线的间距将影响分布电容和电感的大小,从而影响信号的损耗、电路的稳定性以及引起信号的干扰等。在高速开关电路中,导线的间距将影响信号的传输时间及波形的质量。因此,布线的最小间距应大于或等于0.5mm,只要允许,PCB布线最好采用比较宽的线。印制导线与PCB的边缘应留有一定的距离(不小于板厚),这样不仅便于安装和进行机械加工,而且还提高了绝缘性能。布线中遇到只有绕大圈才能连接的线路时,要利用飞线,即直接用短线连接来减少长距离走线带来的干扰。含有磁敏元件的电路其对周围磁场比较敏感,而高频电路工作时布线的拐弯处容易辐射电磁波,如果PCB中放置了磁敏元件,则应保证布线拐角与其有一定的距离。同一层面上的布线不允许有交叉。对于可能交叉的线条,可用“钻”与“绕”的办法解决,即让某引线从其他的电阻、电容、三极管等器件引脚下的空隙处“钻”过去,或从可能交叉的某条引线的一端“绕”过去。在特殊情况下,如果电路很复杂,为了简化设计,也允许用导线跨接解决交叉问题。当高频电路工作频率较高时,还需要考虑布线的阻抗匹配及天线效应问题。
作者：未知 点击：440次
本文标签：protel布线规则
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功放电路PCB布线的问题及防治措施
图中R1、R2是输入落地电阻，C2是直流反馈电容，接地点是小信号地，标记为蓝色，;C3、C4、C6、C7是退耦电容，接地端标记为红色，属电源地。正确的接地方式为：三个小信号接地点可混合在一条地线上，四个电源地汇集为另一条地线，电源地与小信号地在总 接地点处汇合，除总接地点外，两种地不得有其他连通点!
2)功放输出端的茹贝尔(zobel)移相网络(R5、C5)接地点处理方法较特殊，该接地点如并入电源地，地线电压扰动将经R4反馈至LM1875反相输入端，引起交流声;而并入小信号地的话，由于信号的相位、强度不一致，将导致音乐信号质量严重下降。因此，如印 刷电路板空间允许，最好能单独走线。下面结合几张实际的PCB板图来详细说明：
TDA2030 PCB图
这张PCB图中，存在明显的地线设计错误，小信号地与电源地完全重合，因此该板必然存在交流噪声，且不受音量电位器控制。图中C2、C3、C4、C5是退耦电容，C7、R2、C6、JP1第一脚、JP2第三脚等五个接地点则属小信号地，大小信号地重叠后通过跳线引至C8、C9的总接地点。同时，zobel移相网络接地点(C1第二脚)也混杂在一条地线上，必然使 实际情况更加复杂。
LM4766 PCB图
该图中，C5、C11、C12为OP退耦电容，接地端属电源地，图中用红色细线标记出电流走向;而R5、R6、R7、R9等HPF电路电阻接地端属小信号地，与C5、C11、C12等退耦地共用一条地线走线的话，退耦电容工作电流与地线内阻引起的压降势必会叠加在R5、R6、 R7、R9接地端，引发交流声甚至自激。
3)一张地线布线正确的PCB图，如下图：
地线布线PCB图
这张PCB中，大小信号地严格分开，同时采用了一些其他降噪手段，信噪比例很高，输入端开路时，实测输出端残留噪音不高于0.3mV,夜深人静时耳朵贴在扬声器单元上也没有任何噪声。为看图方便，仅画出一声道的地线做示范。C9、R1、C10及信号输入插座接地端是小信号地，通过红色地线接至总接地点，左侧地线是扬声器及zobel网络地，右侧地线是退耦电容的电源地，三条地线在主滤波电容C4的2脚汇合，实现真正意义上的&一点接 地&.
三、机械杂音及防治措施
1.机械噪声
有源音箱将音箱与放大器集成在一起，因此有部分噪声是特有的。最常见的机械噪音来源是电源变压器。前面说过，电源变压器工作过程是&电-磁-电&转换的过程，电磁转换过程中，除产生磁泄露外，交变磁场会引起铁芯震动。老式镇流器日光灯工作时镇流器会发出嗡嗡声，使用日久后声音还会增大，就是因为铁芯受交变磁场吸斥而引发震动。
制作精良的变压器，铁芯压的很紧，同时在下线前要经过真空浸漆工艺处理，交变磁场引起的铁芯震动很小;如变压器铁芯松动、未压实，通电时引起的振动会比较强(想象一下理发店的电推子)。许多低价变压器为节约工时仅做&蘸&漆而未做&真空浸漆&处理，铁芯振动更严重。音箱箱体有一定的助声腔作用，变压器振动引起的空气扰动传导到扬声器振膜上，听起来与电磁干扰引起的噪音非常相似。年前修理一套交流声严重的有源音箱，遍查电路找不到原因，无意中将扬声器连线碰断，噪音几乎未降低，最终确认是变压器作怪。
这种情况在有源音箱上是普遍存在的，变压器品质高低只对最终引起的振幅大小有影响，即使价格非常昂贵的电源变压器也存在振动，因此绝大多数有源音箱主箱噪音水平逊于副箱。
2.电源变压器导致的机械杂音防治措施：
1)选择品质较好、工艺严谨的变压器，降低变压器自身振动，这也是最有效的措施
2)在变压器与固定板之间增加减震层，选用弹性的软性材料如橡胶、泡棉等，切断变压器与箱体之间的震动耦合通道。
3)选择有一定功率裕量的变压器，变压器工作越接近额定上限，震动越大。功率裕量大的变压器不易出现磁饱和，长期工作稳定性好，发热量相对较小。
还有种常见的机械噪声来源于电位器。市售有源音箱绝大多数使用旋转式碳膜电位器，随使用时间的推移，电位器金属刷与膜片之间会因灰尘沉积、膜片磨损产生接触不良，在转动电位器时会有很大的噪音产生，磨损严重的电位器甚至在不转动时也会有噪声。
另外，还有些较特殊的动态杂音需简述一下：部分有源音箱箱板之间接合不牢靠，或是用家自行拆箱后未压紧安装螺丝，在播放动态稍大的音乐时有杂音产生;或是由于加工手段不完善，箱体存在不同程度的漏气;倒相管两端未做双R或指数型开口，大动态时气流在此急剧压缩、膨胀产生噪声。
上文从噪音产生根源与机理方面简要分析一下，并提出一些经实践检验行之有效的防治措施，以期能对所需要的人带来帮助。
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