单片机控制板PCB设计原则

中信华

　　单片机控制板PCB设计原则

3 [: r; M% t& l/ D# i! B　　设计电路板最基本的过程可以分为三大步骤：电路原理图的设计，产生网络表，印制电路板的设计。不管是板上的器件布局还是走线等等都有着具体的要求。
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5 M8 O7 Q& n: F! E/ I　　例如，输入输出走线应尽量避免平行，以免产生干扰。两信号线平行走线必要是应加地线隔离，两相邻层布线要尽量互相垂直，平行容易产生寄生耦合。电源与地线应尽量分在两层互相垂直。线宽方面，对数字电路PCB可用宽的地线做一回路，即构成一地网(模拟电路不能这样使用)，用大面积铺铜。
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　　下面这篇文章就单片机控制板PCB设计需要注意的原则和一些细节问题进行了说明。

9 ~1 X5 p+ P4 e9 K　　1.元器件布局
　　在元器件的布局方面，应该把相互有关的元件尽量放得靠近一些，例如，时钟发生器、晶振、CPU的时钟输入端都易产生噪声，在放置的时候应把它们靠近些。对于那些易产生噪声的器件、小电流电路、大电流电路开关电路等，应尽量使其远离单片机的逻辑控制电路和存储电路(ROM、RAM)，如果可能的话，可以将这些电路另外制成电路板，这样有利于抗干扰，提高电路工作的可靠性。

　　2.去耦电容
　　尽量在关键元件，如ROM、RAM等芯片旁边安装去耦电容。实际上，印制电路板走线、引脚连线和接线等都可能含有较大的电感效应。大的电感可能会在Vcc 走线上引起严重的开关噪声尖峰。防止Vcc走线上开关噪声尖峰的唯一方法，是在VCC与电源地之间安放一个0.1uF的电子去耦电容。如果电路板上使用的是表面贴装元件，可以用片状电容直接紧靠着元件，在Vcc引脚上固定。最好是使用瓷片电容，这是因为这种电容具有较低的静电损耗(ESL)和高频阻抗，另外这种电容温度和时间上的介质稳定性也很不错。尽量不要使用钽电容，因为在高频下它的阻抗较高。

　　在安放去耦电容时需要注意以下几点：
" u7 x1 L. }9 ?$ S  }: C　　a.在印制电路板的电源输入端跨接100uF左右的电解电容，如果体积允许的话，电容量大一些则更好。
# r+ z8 n9 S/ [8 |+ G7 y　　b.原则上每个集成电路芯片的旁边都需要放置一个0.01uF的瓷片电容，如果电路板的空隙太小而放置不下时，可以每10个芯片左右放置一个1-10的钽电容。
9 W$ w- J9 z& ?4 {. H9 T　　c. 对于抗干扰能力弱、关断时电流变化大的元件和RAM、ROM等存储元件，应该在电源线(Vcc)和地线之间接入去耦电容。
　　d.电容的引线不要太长，特别是高频旁路电容不能带引线。

　　3.地线设计
　　在单片机控制系统中，地线的种类有很多，有系统地、屏蔽地、逻辑地、模拟地等，地线是否布局合理，将决定电路板的抗干扰能力。在设计地线和接地点的时候，应该考虑以下问题：
7 N4 i& _7 l: d% m$ ^0 D　　a.逻辑地和模拟地要分开布线，不能合用，将它们各自的地线分别与相应的电源地线相连。在设计时，模拟地线应尽量加粗，而且尽量加大引出端的接地面积。一般来讲，对于输入输出的模拟信号，与单片机电路之间最好通过光耦进行隔离。
　　b.在设计逻辑电路的印制电路版时，其地线应构成闭环形式，提高电路的抗干扰能力。
　　c.地线应尽量的粗。如果地线很细的话，则地线电阻将会较大，造成接地电位随电流的变化而变化，致使信号电平不稳，导致电路的抗干扰能力下降。在布线空间允许的情况下，要保证主要地线的宽度至少在2-3mm以上，元件引脚上的接地线应该在1.5mm左右。
　　d.要注意接地点的选择。当电路板上信号频率低于1MHz时，由于布线和元件之间的电磁感应影响很小，而接地电路形成的环流对干扰的影响较大，所以要采用一点接地，使其不形成回路。当电路板上信号频率高于10MHz时，由于PCB布线设计的电感效应明显，地线阻抗变得很大，此时接地电路形成的环流就不再是主要的问题了。所以应采用多点接地，尽量降低地线阻抗。
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　　4.其他
3 o. }. f8 u$ @+ s# e: g8 V　　a.电源线的布置除了要根据电流的大小尽量加粗走线宽度外，在PCB布线设计时还应使电源线、地线的走线方向与数据线的走线方身一致在PCB布线设计工作的最后，用地线将电路板的底层没有走线的地方铺满，这些方法都有助于增强电路的抗干扰能力。
+ p- v& D, N  F& W0 q+ T　　b.数据线的宽度应尽可能地宽，以减小阻抗。数据线的宽度至少不小于0.3mm(12mil)，如果采用0.46~0.5mm(18mil~20mil)则更为理想。
- P- l9 }9 ^* D　　c.由于电路板的一个过孔会带来大约10pF的电容效应，这对于高频电路，将会引入太多的干扰，所以在PCB布线设计的时候，应尽可能地减少过孔的数量。再有，过多的过孔也会造成电路板的机械强度降低。
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例如，输入输出走线应尽量避免平行，以免产生干扰。两信号线平行走线必要是应加地线隔离，两相邻层布线要尽量互相垂直，平行容易产生寄生耦合。电源与地线应尽量分在两层互相垂直。线宽方面，对数字电路PCB可用宽的地线做一回路，即构成一地网(模拟电路不能这样使用)，用大面积铺铜。