pcb的地線,電源線,信號線

pcb的地線,電源線,信號線2015-08-13一、布線的總原則：

(1)按照電路的流程安排各個功能電路單元的位置，使布局便于信號流通，并使信號盡可能保持一致的方向。

(2)以每個功能電路的核心元件為中心，圍繞它來進行布局。元器件應(yīng)均勻、整齊、緊湊地排列在PCB上，盡量減少和縮短各元器件之間的引線和連接。

(3)在高頻下工作的電路，要考慮元器件之間的分布參數(shù)。一般電路應(yīng)盡可能使元器件平行排列。這樣，不但美觀。而且裝焊容易，易于批量生產(chǎn)。

(4)位于電路板邊緣的元器件，離電路板邊緣一般不小于2mm。電路板的最佳形狀為矩形。長寬比為3:2成4:3.電路板面尺寸大于200×150mm時。應(yīng)考慮電路板所受的機械強度。

(5)電源線與地線（或者中性線）要按照“井”字形布線。

二、導(dǎo)線寬度與間距的選擇與確定：

根據(jù)印制電路板電流的大小，盡量加粗電源線寬度，減少環(huán)路電阻。

印制導(dǎo)線的最小寬度主要由導(dǎo)線與絕緣基扳間的粘附強度和流過它們的電流值決定。當銅箔厚度為0.05mm，寬度為1~1.5mm時。通過2A的電流，溫度不會高于3℃，導(dǎo)線寬度為1.5mm可滿足要求。對于集成電路，尤其是數(shù)字電路，通常選0.02~0.3mm導(dǎo)線寬度。當然，只要允許，還是盡可能用寬線．尤其是電源線和地線。導(dǎo)線的最小間距主要由最壞情況下的線間絕緣電阻和擊穿電壓決定。對于集成電路，尤其是數(shù)字電路，只要工藝允許，導(dǎo)線可使間距小至5~8mm。

線寬太小,則印刷導(dǎo)線電阻大,線上的電壓降也就大,影響電路的性能,線寬太寬,則布線密度不高,板面積增加,除了增加成本外,也不利于小型化.

地線，電源線，信號線之間的關(guān)系：

地線＞電源線＞信號線，通常信號線寬為：0.2～0.3mm,最細寬度可達0.05～0.07mm,電源線為1.2～2.5mm。

但是對大電流的話，如果電流負荷以20A/平方毫米計算,當覆銅箔厚度為0.5MM時,(一般為這么多,)則1MM(約40MIL)線寬的電流負荷為1A,因此,線寬取1--2.54MM(40--100MIL)能滿足一般的應(yīng)用要求,大功率設(shè)備板上的地線和電源,根據(jù)功率大小,可適當增加線寬,而在小功率的數(shù)字電路上,為了提高布線密度,最小線寬取0.254--1.27MM(10--15MIL)就能滿足.

同一電路板中,電源線.地線比信號線粗.

按上面所說的計算，可以算出20A的電流要20MM

這是由于當電流密度確定后，線路的截面積必須與通過的電流成正比。當流通的電流過大時，線路將發(fā)熱而縮短壽命，嚴重時會影響周邊元器件的的穩(wěn)定性，或者被燒斷。

地線，電源線，信號線之間的關(guān)系：

地線一般在1.5～3mm。對數(shù)字電路的PCB可用寬的地導(dǎo)線組成一個回路,即構(gòu)成一個地網(wǎng)來使用(模擬電路的地不能這樣使用)用大面積銅層作地線用,在印制板上把沒被用上的地方都與地相連接作為地線用。

（1）、高低壓電源線之間的布線

在印制線路板上同時有高壓電路和低壓電路，高壓電路部分的元器件與低壓部分要分隔開放置，隔離距離與要承受的耐壓有關(guān)，通常情況下在2000V時板上要距離20mm，在此之上以比例算還要加大，例如若要承受3000V的耐壓測試，則高低壓線路之間的距離應(yīng)在35mm以上，許多情況下為避免爬電，還在印制線路板上的高低壓之間開槽。我們做的電路板也有高低壓電路，把高低壓之間的電路間距用了10mm。

（2）、導(dǎo)線之間的間距

相鄰導(dǎo)線間距必須能滿足電氣安全要求，而且為了便于操作和生產(chǎn)，間距也應(yīng)盡量寬些。最小間距至少要能適合承受的電壓。這個電壓一般包括工作電壓、附加波動電壓以及其它原因引起的峰值電壓。如果有關(guān)技術(shù)條件允許導(dǎo)線之間存在某種程度的金屬殘粒，則其間距就會減小。因此設(shè)計者在考慮電壓時應(yīng)把這種因素考慮進去。在布線密度較低時，信號線的間距可適當?shù)丶哟螅瑢Ω?、低電平懸殊的信號線應(yīng)盡可能地短且加大間距。

（3）、地線的走線

印制導(dǎo)線的屏蔽與接地：印制導(dǎo)線的公共地線，應(yīng)盡量布置在印制線路板的邊緣部分。在印制線路板上應(yīng)盡可能多地保留銅箔做地線，這樣得到的屏蔽效果，比一長條地線要好，傳輸線特性和屏蔽作用將得到改善，另外起到了減小分布電容的作用。印制導(dǎo)線的公共地線最好形成環(huán)路或網(wǎng)狀，這是因為當在同一塊板上有許多集成電路，特別是有耗電多的元件時，由于圖形上的限制產(chǎn)生了接地電位差，從而引起噪聲容限的降低，當做成回路時，接地電位差減小。另外，接地和電源的圖形盡可能要與數(shù)據(jù)的流動方向平行，這是抑制噪聲能力增強的秘訣；多層印制線路板可采取其中若干層作屏蔽層，電源層、地線層均可視為屏蔽層，一般地線層和電源層設(shè)計在多層印制線路板的內(nèi)層，信號線設(shè)計在內(nèi)層和外層。

（4）、信號線

首先信號線要盡量的短，這個基本準則將降低無關(guān)信號耦合到信號路徑的可能性。一般標準元器件兩腿之間的距離為0.1英寸(2.54mm),所以信號線系統(tǒng)的基礎(chǔ)一般就定為0.1英寸(2.54mm)或小于0.1英寸的整倍數(shù)，如：0.05英寸、0.025英寸、0.02英寸等。

（5）、接地方式

A）.串聯(lián)單點接地是指各個單元電路的接地線串聯(lián)后連向接地點，串聯(lián)單點接地的方式如圖2（a）所示，接地點由工作地線串聯(lián)起來，然后接地，圖2（b）則為其相對應(yīng)的等效電路圖。

圖2

由以上三式可知A，B，C點的電位并不為零，且受其他電路電流的影響。從防止噪聲和抑制干擾的角度出發(fā)，這種接地方式是最不適用的。雖然這種接地方式很不合理．但由于比較簡單，采用這種接地方式的地方仍然很多，當各電路的電平相差不大時可以便用。在各電路的電平相差很大時，就不能使用，因為高電平電路將會產(chǎn)生根大的地電流，形成很大的地電位差并干擾到低電平電路中去。

串聯(lián)單點接地因各單元共用一條地線，易引起公共地阻干擾。如圖三（a）所示．因中印制電路板上單元電路A是低電平模擬放大器，單元電路B是數(shù)字電路集成芯片，兩者接地點串聯(lián)后引出印制電路板外接地。而Z1，Z2是相應(yīng)各段地線的阻抗。工作地線在這里既做電源的回流線又做信號的回流線，數(shù)字電路單元B的電源回流含有高頻成分，在地線阻抗z1上的壓降將與輸入模擬信號疊加，加到低電平模擬放大器上，從而產(chǎn)生了共在阻抗干擾。

為了消除圖三（a）中所示電路的共地阻抗干擾，可以對此進行改進成如圖三

(b)所示的結(jié)構(gòu)，即將模擬電源回路與數(shù)字電源回路完全分離。

使用單點接地方式時，要把低電平電路放在距接地點最近的地方，即圖二中的A點，因為該點員接近于地電位。

圖三

B)．并聯(lián)接地

并聯(lián)單點接地是指各個單元電路的接地線各自分別引向接地點。獨立地線并聯(lián)單點接地的方式如圖四所示，圖中各單元電路分別用地線接于一個接地點，而圖四（b）則為其相對應(yīng)的等效電路圖。

圖四

由于并聯(lián)單點接地方式需要很多根地線，在印制電路板設(shè)計時采用起來是比較麻煩而且笨重的。由于分別接地，勢必會增加地線長度，進而增加了地線阻抗。另外，這種接地方式還會造成各地線相互之間的電感藕合，地線相互之間的分布電容也在地線之間形成電容藕合。隨著頻率增加，地線阻抗、地線間的電感鍋臺及電容鍋臺都會增大，因此這種接地方式不適用于高頻。當頻率升高，特別是當?shù)鼐€長度是1／4波長的奇數(shù)倍時，地線阻抗變得很高，地線就變成了天線，向外輻射干擾信號。所以地線長度不應(yīng)超過信號波長的1倍，以防止輻射，并降低地線阻抗。

在采用并聯(lián)單點接地方式時，還必須注意要把最低電平的單元電路布置在靠近接地點的A處，以使B點及C點的電位受影響最小。

一般我們都是把這兩種接地方式結(jié)合起來用，其基本原則為：首先，把容易產(chǎn)生相互干擾的電路各自分成小組，如把模擬電路和數(shù)字電路、小功率和大功率電路、低噪聲電路和高噪聲電路等區(qū)分開來；在每一個小組內(nèi)采用單點串聯(lián)方式把小組內(nèi)各電路的接地點串聯(lián)起來，選擇在電平最低的電路處作為小組接地點。

在頻率較低，地線阻抗不大，組內(nèi)各電路的電平又相差不大的情況下這種方式用得比較多，因為比較簡單，走線和電路圖相似，所以電路布線時比較容易。分組后再把各小組的接地點按單點并聯(lián)的方式分別連接到一個獨立的總接地點，混合接法的示意圖如下圖所示。

單點串聯(lián)和并聯(lián)混合接地方式

一般電子系統(tǒng)與設(shè)備中的地線至少有三種：信號地線、噪聲地線和金屬件地線。信號地線一般用于功率較小的電路，又可以進一步分為模擬電路地線和數(shù)字電路地線。噪聲地線用在高功率電路例如晶間管、繼電器、電動機等容易產(chǎn)生較高噪聲的電路。金屬件地線指設(shè)備機殼、機架和底板等，交流電源中的保護地線應(yīng)與金屬件地線相連。電路板布線的基本知識既適用于模擬電路，也適用于數(shù)字電路。一個基本的經(jīng)驗準則是使用不間斷的地平面，這一常識降低了數(shù)字電路中的dI/dt(電流隨時間的變化)效應(yīng)，這一效應(yīng)會改變地的電勢并會使噪聲進入模擬電路，數(shù)字和模擬電路的布線技巧基本相同，但有一點除外。對于模擬電路，還有另外一點需要注意，就是要將數(shù)字信號線和地平面中的回路盡量遠離模擬電路。這一點可以通過如下做法來實現(xiàn)：將模擬地平面單獨連接到系統(tǒng)地連接端，或者將模擬電路放置在電路板的最遠端，也就是線路的末端。這樣做是為了保持信號路徑所受到的外部干擾最小。對于數(shù)字電路就不需要這樣做，數(shù)字電路可容忍地平面上的大量噪聲，而不會出現(xiàn)問題。

對于一個板子上包含高低頻信號，要將高頻和低頻分開，高頻元件要靠近電路板的接插件。

三、電路板地線設(shè)計原則

(1)印制電路板布線中的“分地”原則

所謂“分地”是指在設(shè)計印制電路板時首先應(yīng)根據(jù)不同的電源電壓、數(shù)字電路和模擬電路、高速電路和低速電路以及大電流電路和小電流電路來分別布設(shè)地線分地的主要目的就是為了防止共地線阻抗耪合干擾。

根據(jù)電路功能模塊進行“分地”設(shè)計時的一般原則是：

①低頻電路的地應(yīng)盡量采用單點并聯(lián)接地，或采用部分串聯(lián)后再并聯(lián)接地；

②高頻電路宜采用多點串聯(lián)接地，地線應(yīng)短而粗；

③高頻元件周圍盡量用柵格狀大面積地箔。

若印制電路板上既有邏輯電路又有線性電路，應(yīng)使它們盡量分開。低頻電路的地應(yīng)盡量采用單點并聯(lián)接地，實際布線有困難時可部分串聯(lián)后再并聯(lián)接地。高頻電路宜采用多點串聯(lián)接地，地線應(yīng)短面粗，高頻元件周圍盡量用柵格狀大面積地箔。

（2）接地線應(yīng)盡量加粗

如果接地線采用很細的印制導(dǎo)線，則接地電位隨電流的變化而變化，從而降低了抗噪性能。因此應(yīng)將接地線盡可能加粗，并且至少使它能通過三倍于印制電路板上的允許電流。當然，如有可能，接地線應(yīng)在2mm一3