PCB焊盤、過(guò)孔,、走線,、去耦技術(shù)

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來(lái)源：黃智偉. 印制電路板(PCB)設(shè)計(jì)技術(shù)與實(shí)踐[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2009.8

【再流焊】這種焊接技術(shù)的焊料是焊錫膏,。預(yù)先在電路板的焊盤上涂上適量和適當(dāng)形式的焊錫膏,，再把SMT元器件貼放到相應(yīng)的位置；焊錫膏具有一定粘性,，使元器件固定,；然后讓貼裝好元器件的電路板進(jìn)入再流焊設(shè)備。

【波峰焊】波峰焊是讓插件板的焊接面直接與高溫液態(tài)錫接觸達(dá)到焊接目的,其高溫液態(tài)錫保持一個(gè)斜面,并由特殊裝置使液態(tài)錫形成一道道類似波浪的現(xiàn)象,。

一,、焊盤的設(shè)計(jì)

1.推薦元器件之間的最小距離

2.測(cè)試探針觸點(diǎn)：圓形40mil,，方形36mil，與元器件距離大于200mil,。

3.過(guò)孔型圓形焊盤尺寸一般為孔徑尺寸的兩倍,。矩形焊盤通常用來(lái)標(biāo)識(shí)第一個(gè)引腳。對(duì)于一些發(fā)熱量較大,、受力較大和電流較大的焊盤,，可以將其設(shè)計(jì)成淚滴狀。

4. (1)標(biāo)準(zhǔn)孔徑尺寸：

導(dǎo)通孔孔徑：  10mil,，16 mil,，20 mil，24 mil,；

其他標(biāo)準(zhǔn)孔徑：28 mil,，32 mil，36 mil,，40 mil,，51 mil，63 mil,，79 mil,。

  (2)一般焊盤環(huán)寬取10mil。

  (3)標(biāo)準(zhǔn)安裝孔距：

     優(yōu)先選用：2.5 mm,，5.0 mm,，10.0 mm；

     其他：2.0mm,，3.5 mm,， 7.5 mm， 12.5 mm,，15.0 mm,，17.5 mm，20.0 mm,，22.5 mm,，25.0 mm

二、過(guò)孔

1.(1)過(guò)孔電容：過(guò)孔對(duì)地有寄生電容,。在低頻情況下可以不考慮,，在高速數(shù)字電路中，過(guò)孔寄生電容影響數(shù)字信號(hào)的上升沿減慢或者變差,。

  (2)過(guò)孔電感,，在IC電源旁路電路中，將電容連接到電源面或者地面的每一個(gè)過(guò)孔都引入一個(gè)小電感,，降低了旁路電容的有效性,，電源濾波效果變差,。

2. 過(guò)孔焊盤與孔徑尺寸設(shè)計(jì)（mil）

  *測(cè)試卡可兼做導(dǎo)通孔，焊盤直徑不小于25mil,，測(cè)試孔中心距不小于50mil,。

3. 過(guò)孔與元件焊盤的距離應(yīng)當(dāng)不小于20mil，不能設(shè)計(jì)在焊盤上,。

   過(guò)孔焊盤上有阻焊劑,，則距離可小至4mil。無(wú)阻焊導(dǎo)通孔焊盤之間的間隔大于20mil,。

三,、走線

1. 天線

    產(chǎn)生電磁波輻射的兩個(gè)必要條件是：天線和流過(guò)天線的交變電流。天線的兩種基本形式：電流環(huán)天線和電偶極天線（兩個(gè)導(dǎo)體之間存在電壓為偶級(jí)天線,，一個(gè)導(dǎo)體和大地之間存在電壓為單級(jí)天線）。

   (1)對(duì)于電偶極天線：屏蔽結(jié)構(gòu)和搭接結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)依據(jù)即消除導(dǎo)體之間的電壓,。

   (2)對(duì)于電流環(huán)天線：無(wú)處不在,，減小的方法即控制電流回路的面積。

2. 減小走線之間的串?dāng)_的措施：

   (1) 走線盡可能短

   (2) 使高頻信號(hào)線遠(yuǎn)離敏感信號(hào)線線

   (3) 盡量使用輸入阻抗較低的敏感電路,，必要時(shí)使用旁路電容降低敏感電路的輸入阻抗,。

   (4) 在互相干擾的的線中間布一根地線，可減少互容干擾,。

   (5) 增加相互干擾的線之間的距離,，避免平行，減小互感,。

3. PCB布線的一般原則

(1) 相鄰層走線方向成正交結(jié)構(gòu),，無(wú)法避免時(shí)，用地線或者地層隔離,。

(2) 檢查走線的開(kāi)閉環(huán),。不允許出現(xiàn)一段浮空的布線。防止信號(hào)線在不同層之間形成自環(huán),。

(3) 走線長(zhǎng)度盡可能的短,。對(duì)于數(shù)字電路系統(tǒng)，需要考慮走線長(zhǎng)度與延時(shí)的問(wèn)題,。

(4) 線與線的夾角應(yīng)該大于135度,，采用45度拐角或者圓角代替90度拐角，拐角長(zhǎng)度大于等于3倍線寬,。

(5) 接地保護(hù)線,，在敏感信號(hào)兩邊平行布一對(duì)接地走線，串?dāng)_減少一個(gè)等級(jí),。

(6) 布線長(zhǎng)度不得為波長(zhǎng)的整數(shù)倍,，以免產(chǎn)生諧振現(xiàn)象,。

(7) 布線密度（線寬/間距）：12/10；8/8,；6/6,；5/5

(8) 線寬大于12mil的導(dǎo)線必須從焊盤中心引出；0805及其以下的片類式SMD之間需要通過(guò)一段“隔熱路徑”,，線長(zhǎng)大于20mil,，線寬小于16mil。

(9) 連接SOIC,，PLCC,，QFP，SOT,，建議將導(dǎo)線從焊盤兩端引出再連接,。

(10) 不同厚度、不同寬度的銅箔的載流量（降額50%使用）

四,、接地

（1）接地：電流返回其源的低阻抗通道,。

（2）接地干擾：因?yàn)樽杩沟拇嬖冢虼说鼐€上各點(diǎn)電位一定相等的假設(shè)不成立,。從而產(chǎn)生接地干擾,。若連接導(dǎo)線和地線構(gòu)成地環(huán)路，地環(huán)路中存在的電流將產(chǎn)生RF,。

（3）不同的接地分別設(shè)置：

模擬地（弱電地）：模擬電路零電位的公共基準(zhǔn)地線,。

數(shù)字地（弱電地）：數(shù)字電路零電位的公共基準(zhǔn)地線。

電源地：電源零電位的公共基準(zhǔn)地線,，通常是電源負(fù)極,。

功率地（強(qiáng)電地）：負(fù)載電路或者功率驅(qū)動(dòng)電路零電位的公共基準(zhǔn)地線。電路電流強(qiáng),，若地線電阻大會(huì)產(chǎn)生顯著的壓降,，從而產(chǎn)生干擾。

屏蔽地：屏蔽網(wǎng)絡(luò)的接地,，用于抑制變化的電磁場(chǎng)的干擾,。

設(shè)備地：設(shè)備外殼接地。弱電地和強(qiáng)電地絕緣，信號(hào)地和安全地可以采用浮地式（不連接）,，單點(diǎn)接地式（直接連接）或者通過(guò)一直3uF電容連接,。其他地最后匯聚在安全地，然后連接至接地極,。

系統(tǒng)地：為了使系統(tǒng)及與之相連的電子設(shè)備均能可靠運(yùn)行而設(shè)置的接地,。若與大地相連，不受外界電磁場(chǎng)的影響,，但需要注意共地線干擾和地環(huán)路干擾,。若不與大地相連，則相對(duì)零電位不穩(wěn)定,。

（4）接地方式：

1. 單點(diǎn)接地：

1) 串聯(lián)單點(diǎn)接地

   各電路接地引線短,，阻抗小，可采用該方式接地,。把最怕干擾的電路放置在離接地點(diǎn)最近的地方。

2) 并聯(lián)單點(diǎn)接地

   可有效避免個(gè)單元之間的地阻抗干擾,，但增加地線的長(zhǎng)度,，各地線之間的耦合，因此不適用與高頻（大于1MHz）,。

在實(shí)際設(shè)計(jì)電路時(shí),，一般相同類型的地之間采用串聯(lián)單點(diǎn)接地，不同租的地采用并聯(lián)單點(diǎn)的方式接到接地點(diǎn),。當(dāng)電路板上有分開(kāi)的模擬地和數(shù)字地時(shí),，應(yīng)用二極管背靠背互連，防止電路板上的靜電累積,。 

2. 多點(diǎn)接地：某一系統(tǒng)中,，需要接地的電路都直接接到距離最近的接地平面上。接地線阻抗最小,。在高頻是由于趨膚效應(yīng),，高頻電流直流經(jīng)導(dǎo)體表面，因此通常用矩形截面導(dǎo)體作為接地導(dǎo)體帶,。適用于高頻電路（大于10MHz）,。但多點(diǎn)接地存在環(huán)路，容易對(duì)設(shè)備內(nèi)的敏感電路產(chǎn)生環(huán)地干擾,。

3. 混合接地：一般是在單點(diǎn)接地的基礎(chǔ)上,，利用電容或者電感實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)接地,，從而使得接地系統(tǒng)在低頻和高頻呈現(xiàn)不同的特性。適用于高低頻混合的電路系統(tǒng),。

4. 懸浮接地：信號(hào)地與安全地隔離,。抑制來(lái)自地線的干擾，沒(méi)有環(huán)路電流的影響,。設(shè)備地與公共地之間容易產(chǎn)生靜電累積,，可通過(guò)電阻接地避免。

（5）接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則（沒(méi)有絕對(duì)正確的接地方案,，靠經(jīng)驗(yàn) =,。= 頭疼！）

***書(shū)中此部分討論給予多層板,，即有獨(dú)立的地面和電源面,，選擇性跳過(guò)部分內(nèi)容。

1.地線網(wǎng)絡(luò)：

1）將多根導(dǎo)線并聯(lián)起來(lái)降低地線電感,。對(duì)于雙層PCB,，在兩面分別鋪設(shè)水平和垂直的地線，交叉的地方用金屬化過(guò)孔連接起來(lái),，要求每根平行導(dǎo)線之間的距離要大于1cm,。

2）地線不一定要很寬，有比沒(méi)有強(qiáng),。

3）在布局時(shí),，應(yīng)先鋪設(shè)好地線，在鋪設(shè)信號(hào)走線,。因?yàn)榈鼐€時(shí)信號(hào)穩(wěn)定工作的基礎(chǔ),，無(wú)論空間怎樣的緊張，地線的位置必須要保證。

4）高速數(shù)字電路避免采用梳狀地線,，應(yīng)加上橫向走線變?yōu)榫W(wǎng)格結(jié)構(gòu),。

2.電源和地線柵格

1）電源線垂直分布在板子的頂層，地線水平分布在板子的底層,。

2）網(wǎng)格面積小于3.8cm²,，每個(gè)交叉點(diǎn)用退耦電容連接。頻率越高,，柵格面積越小,。

3）注意保持走線距離，減小互感,。

4）可采用輻射狀連線縮短導(dǎo)線長(zhǎng)度,，地線和電源線相隔排列，減小公共返回路徑（,？）,。

3.指狀布局

1）如圖所示,。這種布局的優(yōu)勢(shì)為可在單層PCB上實(shí)現(xiàn)電源和地線的布局,，信號(hào)線走另外一層。但引入大量的自感和互感,，高速數(shù)字邏輯電路避免采用,。

2）相鄰的電源線和地線之間布退耦電容,。

4.最小化面積：信號(hào)線與其回路構(gòu)成的環(huán)形面積盡可能要小，以避免潛在的天線,。

5.按電路功能分割接地面：如圖,，每個(gè)電路的電源輸入都用LC濾波，減少電源面之間的耦合,。

實(shí)例：

五,、去耦合

去耦電容的PCB布局設(shè)計(jì)：

1.去耦電容應(yīng)當(dāng)布局在相對(duì)IC靠近電源的一側(cè)，才能有效的去耦,。否則電源的變化和噪聲會(huì)先作用于IC,。

2.最小化去耦電容和IC之間的電流回路，最大限度的降低電流環(huán)路的輻射,。

3.去耦電容和電源引腳共用一個(gè)焊盤,，使IC和去耦電容之間形成的間隔距離最小。電源線先連接到電容上,，再連IC,。

4.當(dāng)去耦電容因?yàn)槟撤N原因不能靠近IC電源引腳時(shí),，可以在IC和去耦電容之間采用一個(gè)小面積的電源平面來(lái)代替電源線。

5.在每一個(gè)電源引腳斷都連接去耦電容,。

6.并聯(lián)一個(gè)大電容,，一個(gè)小電容，大電容用于抵制低頻噪聲,，小電容抵制高頻噪聲,。但可能在某個(gè)頻率產(chǎn)生反諧振效應(yīng)。