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技術(shù)專(zhuān)題
電路設計原則是什么？
硬件電路設計的基本原則
一、布局原則
布局，是把電路器件放在印制電路板布線(xiàn)區內。布局是否合理不僅影響后面的布線(xiàn)工作，而且對整個(gè)電路板的性能也有重要影響。在保證電路功能和性能指標后，要滿(mǎn)足工藝性、檢測和維修方面的要求，元件應均勻、整齊、緊湊布放在PCB上，盡量減少和縮短各元器件之間的引線(xiàn)和連接，以得到均勻的組裝密度。
二、電器性能原則
⑴ 信號通暢
按電路流程安排各個(gè)功能電路單元的位置，使布局便于信號流通，輸入和輸出信號、高電平和低電平部分盡可能不交叉，信號傳輸路線(xiàn)最短。
⑵ 功能區分
元器件的位置應按電源電壓、數字及模擬電路、速度快慢、電流大小等進(jìn)行分組，以免相互干擾。
電路板上同時(shí)安裝數字電路和模擬電路時(shí)，兩種電路的地線(xiàn)和供電系統完全分開(kāi)，有條件時(shí)將數字電路和模擬電路安排在不同層內。電路板上需要布置快速、中速和低速邏輯電路時(shí)，應安放在緊靠連接器范圍內;而低速邏輯和存儲器，應安放在遠離連接器范圍內。這樣，有利于減小共阻抗耦合、輻射和交擾的減小。時(shí)鐘電路和高頻電路是主要的騷擾輻射源，一定要單獨安排，遠離敏感電路。
⑶ 熱磁兼顧
發(fā)熱元件與熱敏元件盡可能遠離，要考慮電磁兼容的影響。
三、工藝原則
⑴ 層面
貼裝元件盡可能在一面，簡(jiǎn)化組裝工藝。
⑵ 距離
元器件之間距離的最小限制根據元件外形和其他相關(guān)性能確定，目前元器件之間的距離一般不小于0.2 mm～0.3mm，元器件距印制板邊緣的距離應大于2mm。
⑶ 方向
元件排列的方向和疏密程度應有利于空氣的對流?？紤]組裝工藝，元件方向盡可能一致。
四、導線(xiàn)原則
⑴ 寬度
印制導線(xiàn)的最小寬度，主要由導線(xiàn)和絕緣基板間的粘附強度和流過(guò)它們的電流值決定。印制導線(xiàn)可盡量寬一些，尤其是電源線(xiàn)和地線(xiàn)，在板面允許的條件下盡量寬一些，即使面積緊張的條件下一般不小于1mm。特別是地線(xiàn)，即使局部不允許加寬，也應在允許的地方加寬，以降低整個(gè)地線(xiàn)系統的電阻。對長(cháng)度超過(guò)80mm的導線(xiàn)，即使工作電流不大，也應加寬以減小導線(xiàn)壓降對電路的影響。
⑵ 長(cháng)度
要極小化布線(xiàn)的長(cháng)度，布線(xiàn)越短，干擾和串擾越少，并且它的寄生電抗也越低，輻射更少。特別是場(chǎng)效應管柵極，三極管的基極和高頻回路更應注意布線(xiàn)要短。
⑶ 間距
相鄰導線(xiàn)之間的距離應滿(mǎn)足電氣安全的要求，串擾和電壓擊穿是影響布線(xiàn)間距的主要電氣特性。為了便于操作和生產(chǎn)，間距應盡量寬些，選擇最小間距至少應該適合所施加的電壓。這個(gè)電壓包括工作電壓、附加的波動(dòng)電壓、過(guò)電壓和因其它原因產(chǎn)生的峰值電壓。當電路中存在有市電電壓時(shí)，出于安全的需要間距應該更寬些。
⑷ 路徑
信號路徑的寬度，從驅動(dòng)到負載應該是常數。改變路徑寬度對路徑阻抗(電阻、電感、和電容)產(chǎn)生改變，會(huì )產(chǎn)生反射和造成線(xiàn)路阻抗不平衡。所以，一般保持路徑的寬度不變。在布線(xiàn)中，一般避免使用直角和銳角，一般拐角應該大于90°。直角的路徑內部的邊緣能產(chǎn)生集中的電場(chǎng)，該電場(chǎng)產(chǎn)生耦合到相鄰路徑的噪聲，45°路徑優(yōu)于直角和銳角路徑。當兩條導線(xiàn)以銳角相遇連接時(shí)，應將銳角改成圓形。
五、 孔徑和焊盤(pán)尺寸
元件安裝孔的直徑應該與元件的引線(xiàn)直徑較好的匹配，使安裝孔的直徑略大于元件引線(xiàn)直徑的(0.15～0.3)mm。通常DIL封裝的管腳和絕大多數的小型元件使用0.8mm的孔徑，焊盤(pán)直徑大約為2mm。對于大孔徑焊盤(pán)為了獲得較好的附著(zhù)能力，焊盤(pán)的直徑與孔徑之比，對于環(huán)氧玻璃板基大約為2，而對于苯酚紙板基應為(2.5～3)。
過(guò)孔，一般被使用在多層PCB中，它的最小可用直徑是與板基的厚度相關(guān)，通常板基的厚度與過(guò)孔直徑比是6：1。高速信號時(shí)，過(guò)孔產(chǎn)生(1～4)nH的電感和(0.3～0.8)pF的電容的路徑。因此，當鋪設高速信號通道時(shí)，過(guò)孔應該被保持到絕對的最小。對于高速的并行線(xiàn)(例如地址和數據線(xiàn))，如果層的改變是不可避免，應該確保每根信號線(xiàn)的過(guò)孔數一樣。并且應盡量減少過(guò)孔數量，必要時(shí)需設置印制導線(xiàn)保護環(huán)或保護線(xiàn)，以防止振蕩和改善電路性能。
六、地線(xiàn)設計
不合理的地線(xiàn)設計會(huì )使印制電路板產(chǎn)生干擾，達不到設計指標，甚至無(wú)法工作。地線(xiàn)是電路中電位的參考點(diǎn)，又是電流公共通道。地電位理論上是零電位，但實(shí)際上由于導線(xiàn)阻抗的存在，地線(xiàn)各處電位不都是零。因為地線(xiàn)只要有一定長(cháng)度就不是一個(gè)處處為零的等電位點(diǎn)，地線(xiàn)不僅是必不可少的電路公共通道，又是產(chǎn)生干擾的一個(gè)渠道。
一點(diǎn)接地是消除地線(xiàn)干擾的基本原則。所有電路、設備的地線(xiàn)都必須接到統一的接地點(diǎn)上，以該點(diǎn)作為電路、設備的零電位參考點(diǎn)(面)。一點(diǎn)接地分公用地線(xiàn)串聯(lián)一點(diǎn)接地和獨立地線(xiàn)并聯(lián)一點(diǎn)接地。
公用地線(xiàn)串聯(lián)一點(diǎn)接地方式比較簡(jiǎn)單，各個(gè)電路接地引線(xiàn)比較短，其電阻相對小，這種接地方式常用于設備機柜中的接地。獨立地線(xiàn)并聯(lián)一點(diǎn)接地，只有一個(gè)物理點(diǎn)被定義為接地參考點(diǎn)，其他各個(gè)需要接地的點(diǎn)都直接接到這一點(diǎn)上，各電路的地電位只與本電路的地電流基地阻抗有關(guān)，不受其他電路的影響。