駱雪匯 李亮賢

摘要： 本文主要介紹了在電子CAD課程教學(xué)中幾個PCB設(shè)計(jì)技巧應(yīng)用問題，對傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了相應(yīng)改革，提高了電子CAD課程教學(xué)的質(zhì)量，增強(qiáng)了技能課程的實(shí)踐性。

關(guān)鍵詞： 《電子CAD》課程PCB 設(shè)計(jì)技巧

《電子電路設(shè)計(jì)》課程是一門理論與實(shí)際聯(lián)系密切，且極具實(shí)踐性的新興課程，是電子專業(yè)的核心技能課程之一。近年來，高職院校的項(xiàng)目教學(xué)改革中發(fā)現(xiàn)，在《電子CAD》課程的教學(xué)過程中，往往只是將重點(diǎn)放在對電子電路CAD應(yīng)用軟件的熟練操作上，卻忽視了對PCB板設(shè)計(jì)的一些技巧應(yīng)用，與企業(yè)的生產(chǎn)實(shí)踐脫節(jié)。

實(shí)踐證明，如果在電路原理圖設(shè)計(jì)中，這些都沒有問題，但印制電路板設(shè)計(jì)不合理，同樣會對電子產(chǎn)品的可靠性產(chǎn)生嚴(yán)重影響。比如，如果在印制板中存在兩條細(xì)平行線走線且靠得很近，就會形成信號波形的延遲，在傳輸線的終端產(chǎn)生干擾。因此，在設(shè)計(jì)印制電路板的時候，應(yīng)學(xué)會掌握各種電路設(shè)計(jì)技巧，注意采用正確的設(shè)計(jì)方法。為此，我們在《電子CAD》課程的教學(xué)內(nèi)容方面進(jìn)行了全面的創(chuàng)新，增加了PCB設(shè)計(jì)技巧應(yīng)用技能，充分提高了課程的教學(xué)質(zhì)量，增強(qiáng)了技能課程的實(shí)踐性。

一、PCB布線技巧應(yīng)用

1.輸入與輸出分開走。當(dāng)輸入是一個小信號，而輸出是一個被放大了的比較強(qiáng)的功率信號，布板時應(yīng)避免輸入信號與輸出信號走得太近，萬不得已時，小信號與功率信號也不能平行走線。

2.模擬和數(shù)字分開走。如果線路板上既有數(shù)字電路又有模擬電路，那么就要盡可能分開走線。這是因?yàn)閿?shù)字信號頻率往往比較高，而模擬信號的敏感度比較強(qiáng)。因此，高頻的數(shù)字信號線盡可能遠(yuǎn)離敏感的模擬電路器件。

3.信號與電源分開走。在系統(tǒng)工作的時候，電源的成分并不純凈，為防止引起干擾，信號線應(yīng)避免與電源的正極平行走線，尤其是以開關(guān)電源供電的高頻電路。（如圖1）

4.高頻與低頻分開走，高頻信號輻射也能引起低頻部分的穩(wěn)定和噪聲。比如：低頻的電路中，小信號與功率信號的地線盡量分開走，到電源輸出端處匯合，也就是我們常說的一點(diǎn)接地，避免大面積鋪地，高頻電路中要盡量就近接地，最好是大面積鋪銅，以防止高頻信號的肌膚效應(yīng)造成地之間的電位差引起的系統(tǒng)不穩(wěn)定。

5.此外在PCB布線時還有如下細(xì)節(jié)需要注意：IC電源腳輸入端需要接電容濾波；防止靜電干擾：機(jī)殼接大地，即能滿足要求。特殊情況下，電源輸入、數(shù)字量輸入串接專用的防靜電器件；布線方向應(yīng)規(guī)劃，盡量不要在模擬信號與數(shù)字信號線隔開時，才用一點(diǎn)接地法，總之，需要靠經(jīng)驗(yàn)才能Layout完美的電路板。

二、PCB布局技巧應(yīng)用

在PCB設(shè)計(jì)中，布局同樣是一個非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。布局情況的好壞將直接關(guān)系到布線效果的優(yōu)劣，因此在板的整個設(shè)計(jì)過程中，合理的布局是PCB設(shè)計(jì)成功的第一步。而由于市場產(chǎn)品的多樣化，我們還要考慮整體美觀，因?yàn)橐粋€產(chǎn)品的成功與否，除了要注重內(nèi)在質(zhì)量，還要兼顧整體的美觀，只有兩者都較完美，才能認(rèn)為該產(chǎn)品是成功的，才能獲得市場的認(rèn)可。

這里以“DSP控制接口電路”為例。因此在這里，以功能模塊布局是該電路布局的一個重要原則。這個原則就是布局按照信號的流向關(guān)系使關(guān)鍵的高速信號走線最短，其次考慮電路板的整齊、美觀。時鐘信號應(yīng)盡可能短，如果不行，則應(yīng)在時鐘信號線的兩側(cè)加屏蔽地線。對于比較敏感的信號線，也應(yīng)考慮屏蔽措施。時鐘電路具有較大的對外輻射，會對一些較敏感的電路，特別是模擬電路產(chǎn)生較大的影響，因此在電路布局時應(yīng)讓時鐘電路遠(yuǎn)離其他無關(guān)的線路。為了防止它的對外輻射，一般設(shè)計(jì)時就應(yīng)讓它遠(yuǎn)離I70電路和電纜連接器。低頻數(shù)字I70電路和模擬I70電路應(yīng)靠近連接器，時鐘電路、高速電路和存儲器等器件常布放在電路板最靠里（遠(yuǎn)離拉手條）的位置。中低速邏輯電路一般布放在電路板的中間位置。如果有A/D、D7A電路，則應(yīng)放在電路板最中間的位置。（見圖2）

三、高頻電路布線技巧應(yīng)用

隨著數(shù)字器件朝著高速、低功耗、小體積、高效率、高抗干擾性、高穩(wěn)定度和高集成度的方向發(fā)展，必然對印刷電路板的設(shè)計(jì)提出了更多新要求。這本身是因?yàn)楦哳l電路與低頻電路會存在諸多干擾，比如有電源噪聲、傳輸線干擾、耦合、電磁干擾等方面。那么如何在電子CAD課程教學(xué)中讓學(xué)生掌握這些技能就顯得相當(dāng)重要了。這里就利用Protel軟件的PCB設(shè)計(jì)功能來有效地解決這些問題。

1.采用多層板以降低干擾高頻電路，這樣集成度較高，布線密度大。所以采用多層板既是布線所必需的，又是降低干擾的有效手段。Protel軟件提供了16個銅線層和4個電源層。合理選擇層數(shù)能大幅度降低印版尺寸和提高電路的抗干擾能力。

2.電源線與地線布線的處理。多級電路為防止局部電流產(chǎn)生地阻干擾，各級電路應(yīng)分別一點(diǎn)接地（或盡量集中接地），高頻電路在30MHz以上時，則采用大面積接地，這時各級的內(nèi)部元件也應(yīng)集中一小塊區(qū)域接地。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們通常用專用電源層和地層，這樣就能更好地實(shí)現(xiàn)就近接地，并有效地降低寄生電感，縮短了信號的傳輸長度，可以大幅度地降低信號間的交叉干擾等問題，所有這些都對高頻電路的可靠工作是有利的。

3.集成芯片的布線。在集成電路塊的附近可以設(shè)置一個高頻退耦電容，由于電子CAD軟件在自動放置元件時不會考慮退耦電容與被退耦的集成電路間的位置關(guān)系，而是由軟件隨意放置，可能會導(dǎo)致兩者間相距太遠(yuǎn)，退耦效果不好，這時必須用手工移動元件的辦法事先干預(yù)兩者位置，使之靠近。（見圖3）

4.敷銅處理。敷銅的主要目的是提高電路的抗干擾能力，同時對于PCB散熱和PCB的強(qiáng)度有很大好處，敷銅接地又能起到屏蔽的作用。在安全間隔設(shè)計(jì)上要求小信號間0.1mm以上均可以、不含耦合因素。但對諧振、發(fā)射來講就有銅泊之間安全距離要求，原則1mm間隔約1千V以內(nèi)。另外還需考慮阻抗變化、寄生耦合、自激等問題。需專門問題專門處理。

這些PCB技巧在我們的平時課堂教學(xué)中及高職教材上面很容易被忽視，可是對PCB專業(yè)人員來說卻是必須掌握的。因此，在本課程的教學(xué)中，我們增加了這些PCB設(shè)計(jì)技巧，達(dá)到了對課程改革的職業(yè)目標(biāo)要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]比秀梅，周南權(quán).電子線路板設(shè)計(jì)項(xiàng)目化教程[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

[2]王國玉.電子線路CAD基本功[M].北京：中國郵電出版社，2009.

[3]王炳艷.電子CAD課程教學(xué)方法改革[D].《科教文匯》，2011（10）.