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如何设计一片好的印制电路板
作者：　日期：日　来源：本站原创 浏览： 次
　　大家都知道理做PCB板就是把设计好的原理图变成一块实实在在的PCB电路板,请别小看这一过程,有很多原理上行得通的东西在工程中却难以实现,或是别人能实现的东西另一些人却实现不了,因此说做一块PCB板不难,但要做好一块PCB板却不是一件容易的事情。
　　微电子领域的两大难点在于高频信号和微弱信号的处理,在这方面PCB制作水平就显得尤其重要,同样的原理设计,同样的元器件,不同的人制作出来的PCB就具有不同的结果,那么如何才能做出一块好的PCB板呢?根据我们以往的经验,想就以下几方面谈谈自己的看法:
　　一:要明确设计目标
　　接受到一个设计任务,首先要明确其设计目标,是普通的PCB板、高频PCB板、小信号处理PCB板还是既有高频率又有小信号处理的PCB板，如果是普通的PCB板,只要做到布局布线合理整齐,机械尺寸准确无误即可,如有中负载线和长线,就要采用一定的手段进行处理,减轻负载,长线要加强驱动,重点是防止长线反射。 当板上有超过40MHz的信号线时，就要对这些信号线进行特殊的考虑，比如线间串扰等问题。如果频率更高一些，对布线的长度就有更严格的限制，根据分布参数的网络理论，高速电路与其连线间的相互作用是决定性因素，在系统设计时不能忽略。随着门传输速度的提高，在信号线上的反对将会相应增加，相邻信号线间的串扰将成正比地增加，通常高速电路的功耗和热耗散也都很大，在做高速PCB时应引起足够的重视。
　　当板上有毫伏级甚至微伏级的微弱信号时，对这些信号线就需要特别的关照，小信号由于太微弱，非常容易受到其它强信号的干扰，屏蔽措施常常是必要的，否则将大大降低信噪比。以致于有用信号被噪声淹没，不能有效地提取出来。
　　对板子的调测也要在设计阶段加以考虑，测试点的物理位置，测试点的隔离等因素不可忽略，因为有些小信号和高频信号是不能直接把探头加上去进行测量的。
　　此外还要考虑其他一些相关因素，如板子层数，采用元器件的封装外形，板子的机械强度等。在做PCB板子前，要做出对该设计的设计目标心中有数。
　　二。了解所用元器件的功能对布局布线的要求
　　我们知道，有些特殊元器件在布局布线时有特殊的要求，比如LOTI和APH所用的模拟信号放大器，模拟信号放大器对电源要求要平稳、纹波小。模拟小信号部分要尽量远离功率器件。在OTI板上，小信号放大部分还专门加有屏蔽罩，把杂散的电磁干扰给屏蔽掉。NTOI板上用的GLINK芯片采用的是ECL工艺，功耗大发热厉害，对散热问题必须在布局时就必须进行特殊考虑，若采用自然散热，就要把GLINK芯片放在空气流通比较顺畅的地方，而且散出来的热量还不能对其它芯片构成大的影响。如果板子上装有喇叭或其他大功率的器件，有可能对电源造成严重的污染这一点也应引起足够的重视.
　　三. 元器件布局的考虑
　　元器件的布局首先要考虑的一个因素就是电性能，把连线关系密切的元器件尽量放在一起，尤其对一些高速线，布局时就要使它尽可能地短，功率信号和小信号器件要分开。在满足电路性能的前提下，还要考虑元器件摆放整齐、美观，便于测试，板子的机械尺寸，插座的位置等也需认真考虑。
　　高速系统中的接地和互连线上的传输延迟时间也是在系统设计时首先要考虑的因素。信号线上的传输时间对总的系统速度影响很大，特别是对高速的ECL电路，虽然集成电路块本身速度很高，但由于在底板上用普通的互连线（每30cm线长约有2ns的延迟量）带来延迟时间的增加，可使系统速度大为降低.象移位寄存器，同步计数器这种同步工作部件最好放在同一块插件板上，因为到不同插件板上的时钟信号的传输延迟时间不相等，可能使移位寄存器产主错误，若不能放在一块板上，则在同步是关键的地方，从公共时钟源连到各插件板的时钟线的长度必须相等。
　　四，对布线的考虑
　　随着OTNI和星形光纤网的设计完成，以后会有更多的100MHz以上的具有高速信号线的板子需要设计，这里将介绍高速线的一些基本概念。
　　1．传输线
　　印制电路板上的任何一条&长&的信号通路都可以视为一种传输线。如果该线的传输延迟时间比信号上升时间短得多，那么信号上升期间所产主的反射都将被淹没。不再呈现过冲、反冲和振铃，对现时大多数的MOS电路来说，由于上升时间对线传输延迟时间之比大得多，所以走线可长以米计而无信号失真。而对于速度较快的逻辑电路，特别是超高速ECL
　　集成电路来说，由于边沿速度的增快，若无其它措施，走线的长度必须大大缩短，以保持信号的完整性。
　　有两种方法能使高速电路在相对长的线上工作而无严重的波形失真，TTL对快速下降边沿采用肖特基二极管箝位方法，使过冲量被箝制在比地电位低一个二极管压降的电平上，这就减少了后面的反冲幅度，较慢的上升边缘允许有过冲，但它被在电平&H&状态下电路的相对高的输出阻抗（50～80&O）所衰减。此外，由于电平&H&状态的抗扰度较大，使反冲问题并不十分突出，对HCT系列的器件，若采用肖特基二极管箝位和串联电阻端接方法相结合，其改善的效果将会更加明显。
　　当沿信号线有扇出时，在较高的位速率和较快的边沿速率下，上述介绍的TTL整形方法显得有些不足。因为线中存在着反射波，它们在高位速率下将趋于合成，从而引起信号严重失真和抗干扰能力降低。因此，为了解决反射问题，在ECL系统中通常使用另外一种方法：线阻抗匹配法。用这种方法能使反射受到控制，信号的完整性得到保证。
　　严格他说，对于有较慢边沿速度的常规TTL和CMOS器件来说，传输线并不是十分需要的.对有较快边沿速度的高速ECL器件，传输线也不总是需要的。但是当使用传输线时，它们具有能预测连线时延和通过阻抗匹配来控制反射和振荡的优点。1
　　决定是否采用传输线的基本因素有以下五个。它们是： （1）系统信号的沿速率， （2）连线距离 （3）容性负载(扇出的多少)， （4）电阻性负载（线的端接方式）； （5）允许的反冲和过冲百分比（交流抗扰度的降低程度）。
　　2．传输线的几种类型
　　(1) 同轴电缆和双绞线：它们经常用在系统与系统之间的连接。同轴电缆的特性阻抗通常有50&O和75&O，双绞线通常为110&O。
　　（2）印制板上的微带线
　　微带线是一根带状导(信号线)．与地平面之间用一种电介质隔离开。如果线的厚度、宽度以及与地平面之间的距离是可控制的，则它的特性阻抗也是可以控制的。微带线的特性阻抗Z0为：
　　式中：【Er为印制板介质材料的相对介电常数
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如何设计一个有效的晶振电路？
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资深工程师经验谈：如何设计一个好电路 - 全文
来源：电子发烧友论坛
作者：陈晨日 09:38
[导读] 张飞老师一年前开始录制“张飞电子工程师速成视频教程”，将自己这十年一直从事一线研发的经验和心得分享给大家，让大家学会如何自己设计一个好的电路。张飞老师一直强调成功没有捷径，只有付出的更多，才能收获的更多。这句话你读懂了嘛？
　　导读：张飞老师一年前开始录制&张飞电子工程师速成视频教程&，将自己这十年一直从事一线研发的经验和心得分享给大家，让大家学会如何自己设计一个好的电路。张飞老师一直强调成功没有捷径，只有付出的更多，才能收获的更多。这句话你读懂了嘛？
　　1、电子发烧友：大家都比较想了解您个人学习的历程与感想，可否与大家分享一下？
　　张飞：曾还记得自己刚毕业时只身一人带着一个包就来到上海八万人体育馆，加入了几万人的找工作大军，当天找到工作。我工作一直比较刻苦，是因为我的生活压力比同年人更大。我高中认识现在的妻子，大学毕业当年就结婚，第二年儿子出生。虽然幸福，但养家的压力让我不得不比别人更加努力。每天下班时一想到晚上回去又有大把的时间用来学习就感到十分兴奋。那些年，我每天坚持学到凌晨2点。我知道每天只要比别人多学一小时，一年后我就会在技术上比别人走得更远。所以我在自己的房间里贴上&人的差异在于对业余时间的利用&（那时过的是群居的生活）。07年在公司研发部50个工程师里面，我唯一获得公司&先进工作者称号&。当别人向我称赞的时候，没有人知道我背后的艰辛付出。所以成功没有捷径，只有付出。
　　2、电子发烧友：您认为想学模拟电路设计的话，先学好什么才最重要？
　　张飞：学习模拟电路分四步：
　　首先一定要先把分立元器件学好，学透。比如：电阻、电容、二极管、稳压管、三极管、比较器、运放、MOSFET等。分立元器件在模拟电路中是最基本也是最小的组成部分。这好比人的组织细胞，要想研究人就要先研究组织细胞。
　　其次，需要懂得利用这些分立器件的工作特性和条件来组成一个小的单元电路，学会让这个单元电路正常工作。这就好比各个组织细胞组成了人体的各个器官，模拟电路的各个单元电路正常高效工作就好比人体器官的正常健康；
　　再次，学会将各个单元电路有机地协调运转，联调可靠运行，这就好比各个器官的协调运动组成了一个健康充满活力的有生命的人。
　　最后，学会设计和调试电路，借助示波器等测量仪器让电路的参数调整合理并最优化。这就好比利用仪器对人体进行体检，并根据体检报告进行调理，使人精神饱满，健康充满活力。
　　所以说我一直拿设计电路比喻有生命体的人。一个好的设计电路好比一个充满活力的人，一个设计不好的电路就好比亚健康的人。所以说我们设计电路需要赋予它的生命，需要让它强壮，这是我们设计电路的终极目标。
　　3、电子发烧友： 设计电路是很多坛友关心的问题，那到底应该如何培养设计电路的思路呢？能不能介绍一些好的方法。
　　张飞：设计电路思路特别重要，那么思路又是如何得来的呢？每当我们看到一个比较复杂的电路时，首先想到的是别人是如何把这么复杂的电路设计出来的？为什么我不能？我怎么才能够设计呢？
　　从大的方面讲一般我们分三步走：
　　第一步，先学会看别人的电路；
　　第二步，学会根据自己的需要修改别人的电路；
　　第三步，自己独立设计电路。
　　具体方法如下：其实任何一个复杂的电路都是由一个个小的电路模块组成的。
　　首先，我们先把一个小的单元电路搞懂，而这个单元电路又是由一个个元器件组成的，所以我们先把这个单元电路中元器件弄通，而掌握这些元器件无非是电流、电压、功率、工作条件等这几个参数；
　　然后把这些器件放在一个单元单元电路中根据前面说的那几个参数分析他们在电路中的作用。然后一定要多动手，建议大家把每个元器件都要换个参数测试一下，而且每次只能更换一个元器件，观看电路有什么变化，思考为什么会有这样的变化，然后逐渐更换所有元器件，重复以上，这样你会对电路中的这些元器件有了很深刻的感悟，而且动手做过的东西你不会忘记的。这样对你积累经验十分有帮助。
　　其次，把两个单元电路进行联调，观察调试过程出现的问题，直至调通。最后把多个单元电路进行联调，直至调通。这样由简单到复杂循序渐进地学习和掌握电路设计经验，而这些经验作为数据库会存进你的大脑，以后你在设计电路时需要什么电路你大脑就会立即跳出来你曾经做过的这些电路，让你电路设计起来特别轻松，游刃有余。
　　4、电子发烧友：您可谓是研发产品的前辈了，分享一下你最得意的产品吧！在设计研发过程中，你是否遇到难以解决的困难？您又是如何处理的？
　　张飞：说道前辈，不敢当啊，只比我年轻的人早走了几步。却忽然发现青春已在我指尖划过，而没有留下任何痕迹。在公司里让我最得意的产品也很难找出，因为每一次的技术突破都会让我还没有来得及兴奋就又投入到新的技术突破项目中去。我们在公司的任务不是直接针对产品研发，而是不断进行新的技术的突破，为公司未来几年的产品研发做技术铺垫。而对我们的考核就是研发出来的技术要新颖而且独特，我曾不用MCU成功做过一款无位置传感器的三项BLDC控制器，如果用单片机处理就比较容易，但全部硬件来做就会遇到许多麻烦：旋转转子位置如何检测？换向逻辑译码电路如何设计？六个状态的控制信号如何周期性地锁存？过零点信号如何由120&转换成90&？如何进行相位跟踪？如何进行启动、低速、高速三种状态的自动切换等等。有人说这么复杂为什么还要全硬件去做？因为硬件的速度特别快，很多信号处理同时进行，而软件是单步执行的，时效性不强。而正是这次尝试取得了新的发现，使得我们更新了软件算法，重新用单片机做了一个项目，保持了我们的技术优势。
　　在设计中有时也会遇到难以解决的问题，一般如果三天也没有取得解决的话我就会把它放一放，想想与工作无关的事情，然后强迫自己从原来的思维模式中跳出来，有几次是做梦的时候突然想到了一个新的idea，然后早上起来赶紧把它记下来，到公司后赶紧做，然后把问题解决了。
　　5、电子发烧友：在您踏入这个圈子至今，最令您记忆犹新或难忘的经历是什么？ 遇到最大的困难与挑战又是什么？能否给我们分享些您的经验以及心路历程？
　　张飞：我08年进入一家日本独资企业工作，当我完成了一个项目设计，并将图纸送到日本一位资深的老工程师进行审核时，他摇摇头，把我的方案全全否决，我一下子蒙掉了，当我向他申述为什么时，他拿给我看的全是日本的法规，天哪，人家电子设计的细节都已经用法规来规范了，那我们国家在这方面的差距是多么的大。当时我最大的挑战就是设计思想需要重新塑造。严谨的设计思想以及苛刻的细节追求才是做一个世界级产品的前提，所以说落后不可怕，可怕的是思想落后。因此希望大家设计思想一定要严谨。
　　6、电子发烧友：在您生命中曾经有哪些人对你造成过影响？ 给你的启示又是什么呢？
　　张飞：首先是乐观的父母，在我小的时候，爷爷卧病在床十年，奶奶常年生病，大伯又有智障，我们三个小孩，家庭负担沉重，但父母给我们的印象一直是乐观的，虽然很苦，但脸上依旧挂着笑容。后来93年在我们五年级的时候父母外出做生意，从此改革的春风终于吹到我们家里，生活不断改善。我选择上面那幅照片是想告诉大家既是在农村也有美景，有阳光，还有那笑容，人生处处需要阳光，需要积极向上的乐观，既是你在最艰苦的时候。其次，我的双胞胎弟弟是我成长路上的好帮手，正是因为我们在成长的路上相互竞争和追赶，才有了我们今天的成绩。我想告诉大家成功的路上需要寻找对手和目标，这样可以时刻鞭策自己，给自己前进的动力。
　　7、电子发烧友：看到您在电子发烧友微视频上分享的《张飞电子工程师速成视频教程》很受坛友喜爱，您录制此视频的初衷是什么呢？能否给我们分享一下。
　　张飞：首先大家都说模拟电路比较难，很多人都没有理解透。尤其是电路设计方面，对于刚入门的新手来说感到很茫然，不知怎么去学习和做项目。在工作中，他们也不是每个人都是比较幸运能够遇到一个很好的且愿意带他们的有经验的工程师。其次，我看到大家现在大多数视频教程都是讲解的软件，很少看到有讲硬件的。于是我就问自己为什么硬件设计这块没有人讲，难道真是因为模拟电路这块很难？难道真是因为学硬件不能快速提升？于是我决定在硬件电路设计这块录制&张飞电子工程师速成视频教程&将自己这十年来研发的经验分享给大家，帮助那些想从事硬件这块的新手快速提高自己，让你们在学习硬件电路这块也能够像学软件那样轻松，方便。
　　8、电子发烧友：最后，根据您的经验和工作经历，您最想与将要或已经从事硬件开发的新人说些什么呢？
　　张飞：做硬件设计必须注意的以下三点：
　　第一，需要一颗安静的心，不能烦躁。
　　第二，需要多动手，多测量和分析波形，多总计经验，不管是别人的还是自己的。
　　第三，不要满足自己目前设计的电路敢于指出自己电路设计的不足，然后至少修改两次，这样才能设计出优秀的电路。
　　大家如有需要与我就技术问题进行沟通可以与我联系，论坛账号：@松山归人
　　后记：我只想安静的当一个硬件设计人员，从此告别烦躁、总结经验、动手并且动脑的设计电路。世界上没有一个人是可以一步登天的，成功的背后总是有不为人知的故事。梦想还是要有的，万一实现了呢！
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请问做一个LC并联谐振电路，电容应该怎么选择？
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