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苏州医疗器械展医疗电子设计必看:PCB布板所需的通用方法

2022-09-29

本方法适用于模拟电路(对数字噪声敏感)和数字电路混合时,尤其是包含高频和大电流电路时。

一、器件布局

• 模拟电路应该与数字电路分开,使得它远离开关噪声。
• 高噪声和高频器件应该布局在靠近连接器/电源。

图 1 推荐的器件布局
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二、地的处理
• 每个部分(模拟和数字)使用独立的地
• 尽量使用地平面
• 如果没有地平面,各个地的连接可使用” 星” 形布线
― 尽量提供独立的地电流回路
― 对于小电流/低速信号的器件,回路可以共享(如U1和U2)
― 从头到尾,地线应尽量宽(最窄要达到布线的有效宽度)
― 避免地线环路
― 数字电流不要穿过模拟器件
― 大电流和高速电流不要穿过模拟和低速器件。
― 任何情况下,布线长度尽量短,降低有效电感和电阻
• 当有地平面时,尽量使用其作为电流回路
• 为模拟部分提供独立的地平面,模拟地平面和数字地平面分隔开。
• 避免因顶层的地平面和底层的地平面布线形成环路。
• 在地平面上,地电流会走最短的路径;如果信号线需要在地平面一边走线,应该尽量短,且垂直于地电流回路。
• 即使模拟和数字部分有独立的地,只有一个电气点能作为系统级的参考地,比如两个地应该单点连接;这个点通常作为参考的地。连接最好使用一个磁珠或者电感,可以起到去耦作用

图 2 星形地连接
三、旁路和去耦电容

• 旁路电容给高频电流提供一个低阻抗的通路,降低电源线上的噪声电流。通常, 0.1uF电容可以满足,并应该离器件尽量近。
• 一个去耦电容将两个电路隔开;这样可以有效的防止噪声从一个电路传到另一个。可以和一个电感一起使用,形成一个低通滤波。这种情况建议使用10uF电容,并应该离电源较近。

图 3 旁路和去耦电容
苏州医疗器械展Medtec China自2016年起布局医疗电子,从最初的电子部件、电机&传动控制展区到2021年首开的高端医疗设备设计与制造专区,目前已经有包括日立金属投资(中国)有限公司 、砷泰中国 、东莞市雨菲电子科技有限公司、上海孚蕊哲静电科技有限公司 、深圳市格兰拓普电子有限公司和杭州通鉴科技有限公司等多家企业入驻参展。 点击快速预登记。

四、电源层

• 尽管不如地平面那么重要,当然有电源平面会更好。
• 对于两层板,电源平面可以用宽的走线来替代(宽度为其他走线的2到3倍)
• 重要和复杂的设计需要多层板。
• 这种情况下,建议地和电源平面使用不同的层。
• 由于很多元件是贴片器件,它们的连接位于电路板的外面一边上(通常是顶层),所以内部层可以被指定为电源和地平面,从而利用层间分布电容。
• 如果超过4层板, 高速信号可以被保护在地和电源层之间。低速信号放在外层。

五、信号走线不同部分(模拟和数字)的信号/电源/地不要重叠。否则,重叠部分的分布电容可能把高速的数字噪声耦合到模拟电路。图 4 信号走线

苏州医疗器械展Medtec China了解到让数字信号(尤其是高频,高噪I/O或大电流)远离模拟信号。即使走线和平面之间很小的电容也会耦合进足够大的噪声,不仅是基频还有谐波。高阻抗的电线对电容耦合进来的噪声非常敏感,尤其是来自临近的走线上快速变化的电压(比如数字时钟)。为了减少电容,要增加两条走线间的距离,减少两条走线的长度和厚度。

图 5 走线的推荐距离
• 为了使寄生电感电容最小,信号线通常来说应该尽量短。
• 为了使串扰最小,应该尽量避免信号线平行布线。如果不可避免,应扩大平行线间距为信号线宽度的3倍。
• 使电源和地线之间环路最小(当没有地平面时),避免” 回路天线” 效应。

图 6 推荐的回流路径
• 通过圆形倒角来使辐射效应最小。

图 7 通过圆形倒角来使辐射效应最小
来源: 南山扫地僧

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