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单片机控制板设计中问题

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文章附图

控制板设计的最基本步骤可分为三个主要步骤:电路原理图设计,生成网表,印刷电路板设计。无论是板卡的设备布局还是走线等都有特定的要求。

举例来说,输入和输出走线应该尽量避免平行,以避免干扰。并联两信号线时,应为加地线隔离,且两相邻层布线尽可能地垂直,并易产生寄生耦合。尽可能将电力和地线分成两层彼此垂直。线宽方面,对于数字电路 PCB可作一回路,即构成一地网(模拟电路不能这样使用),用大面积铺铜。

PCB的单片机控制板有什么设计的原则

本文就单片机控制板设计中应注意的原则和一些细节问题作了阐述。

1.元器件布局

对于组件的布置,应尽可能接近彼此相关的元件,如时钟发生器、晶振、 CPU时钟输入端等,都容易产生噪音,放置时要尽量靠近。对容易产生噪声的器件、例如微小电流电路、大电流电路、开关频率电路等,设计时应尽可能使其离开单片机的控制电路和存储电路(ROM、 RAM)的线路,如有可能,可额外制作电路板,以利于抗干扰,提高电路工作的可靠性。

2.去耦电容

试着将去耦电容安装到关键器件的旁边,比如 ROM, RAM等。事实上,印刷线路板走线、插脚连接、接线等都可能包含较大的电感效应。较高的电感会在 电源电路中上产生严重的开关噪声尖峰。阻止 Vcc走线上切换噪音尖峰的唯一办法是在 VCC和电源地点之间放置0.1 uF的电子去耦电容。若在线路板上使用表面贴装元件,则可采用片状电容直接紧贴元件,并将其固定在 Vcc管脚上。控制板设计中尽量采用瓷片电容,这是因为瓷片电容具备较低的静电损耗(ESL)且有高频阻抗,另外,在这个电容的温度和时间中,介质的稳定性非常好。切忌使用钽电容,因为在高频时它的阻抗更高。

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应该加入100uF左右的电解电容,如果尺寸允许的话,电容量大尽量大一些。

·原则上在进行集成电路芯片的旁边电路设计中放置一个0.01uF的瓷片电容,如果电路板的空间太小而放置不下时,可以每10个集成电路电路设计上放置一个1~10的钽电容。

· 对控制板设计中抗干扰能力弱、关断时电流变化大的元件、 RAM、 ROM等存储元件,应在电源线与地线之间接入适当的去耦电容。。

·控制板设计中电容尽量不要使用引线,引线不要太长,特别是高频旁路电容不容许带引线。

3.地线设计

单片机控制系统中,地线的种类很多,有系统地、屏蔽地、逻辑地、模拟式等,地线是否合理,将决定控制板的抗干扰能力。地线及接地点的设计应注意下列几点:

合理地布线和模拟布线应分开,不可同时使用,应将其各自的地线分别连接到相应的电源地线。当设计时,模拟地线应尽可能粗化,并尽可能增加引出端的接地面积。一般说来,对于输入输出的模拟信号,最好是通过光耦与单片机电路之间隔离。

:在逻辑电路印刷电路版设计时,地线应构成闭环式,以提高电路的抗干扰能力。

地面线应尽可能粗壮。若地线很细,则地电阻就会较大,从而引起地电阻随电流变化,造成信号电平不稳定,从而使电路抗干扰能力降低。如果元件的地线间距允许,应保证主地线宽度至少为2~3 mm,元件的接地线应为1.5 mm。

· 选择接点要注意。在板频小于1 MHz的情况下,由于布线与元件之间的电磁感应影响很小,并且由接地电路形成的环流对干扰有很大的影响,因此应采用一点接地措施,以防止产生回路。在线路板上信号频率超过10 MHz时,由于接线的电感效应明显,地线阻抗变得非常大,此时由接地电路形成的环流不再是主要问题。因此应采用多点接地,尽可能减小地线阻抗。

4.其他

:电路设计中电源线的布置除根据控制板设计要求中电流大小尽量加粗走线宽度外,在布线时还应使电路设计中电源线和地线的走线方向与数据线的走线方向一致,在布线工作的末尾,用地线将线板的底层铺满,这些方法有助于增强电路的抗干扰能力。

:数据线的宽度应尽可能宽以减少阻抗。当数据线在0.46~0.5 mm范围内(12 mil)时,其宽度至少不低于0.3 mm (18 mil~20 mil)就比较理想。

:由于线路板上的一个过孔会产生约10 pF的电容效应,这对高频电路会引入过多的干扰,因此在布线时,应尽量减少过孔的数量。再者,过孔量过大也会导致线路板的机械强度下降。