原创 PCB设计之单片机控制板设计原则

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。 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。 下面这篇文章就单片机控制板设计需要注意的原则和一些细节问题进行了说明。 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： ·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。 ·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。 · 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。 ·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： ·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。 ·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。 ·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。 · 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，由于布线的电感效应明显，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。 4．其他 ·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，在布线时还应使电源线、地线的走线方向与数据线的走线方身一致在布线工作的最后，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。 ·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。 ·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，所以在布线的时候，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。