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PCB设计师必学的5个PCB设计指南

  设计和元件的选择上,在PCB布局布线阶段往往会因为经验不足,考虑不够周全。如果没有为PCB布局布线阶段的设计提供充足的时间和精力,可能会导致设计从数字领域转化为物理现实的时候,在制造阶段出现问题,或者在功能方面产生缺陷。那么设计一个在纸上和物理形式上都真实可靠的电路板的关键是什么?让我们探讨设计一个可制造,功能可靠的PCB时需要了解的前5个PCB设计指南。

  PCB布局过程的元件放置阶段既是科学又是艺术,需要对电路板上可用的主要元器件进行战略性考虑。虽然这个过程可能具有挑战性,但您放置电子元件的方式将决定您的电路板的制造难易程度,以及它如何满足您的原始设计要求。

  虽然存在元件放置的常规通用顺序,如按顺序依次放置连接器印刷电路板的安装器件,电源电路,精密电路,关键电路等,但也有一些具体的指导方针需要牢记,包括:

  取向 - 确保将相似的元件定位在相同的方向上,这将有助于实现高效且无差错的焊接过程。

  布置 - 避免将较小元件放置在较大元件的后面,这样小元件有可能受大元件焊接的影响而产生装贴问题。

  组织 - 建议将所有表面贴装(SMT)元件放置在电路板的同一侧,并将所有通孔(TH)元件放置在电路板顶部,以尽量减少组装步骤。

  最后还要注意的一条PCB设计指南 - 即当使用混合技术元件(通孔和表面贴装元件)时,制造商可能需要额外的工艺来组装电路板,这将增加您的总体成本。

  放置元件后,接下来可以放置电源,接地和信号走线,以确保您的信号具有干净无故障的通行路径。在布局过程的这个阶段,请记住以下一些准则:

  始终建议将电源和接地平面层置于电路板内部,同时保持对称和居中。这有助于防止您的电路板弯曲,这也关系到您的元件是否正确定位。对于给IC供电,建议为每路电源使用公共通道,确保有坚固并且稳定的走线宽度,并且避免元件到元件之间的菊花链式电源连接。

  接下来,按照原理图中的设计情况连接信号线。建议在元件之间始终采取尽可能短的路径和直接的路径走线。如果您的元件需要毫无偏差地固定放置在水平方向,那么建议在电路板的元件出线的地方基本上水平走线,而出线之后再进行垂直走线。这样在焊接的时候随着焊料的迁徙,元件会固定在水平方向。如下图上半部分所示。而下图下半部分的信号走线方式,在焊接的时候随着焊料的流动,有可能会造成元件的偏转。

  您的设计可能需要不同的网络,这些网络将承载各种电流,这将决定所需的网络宽度。考虑到这一基本要求,建议为低电流模拟和数字信号提供0.010’’(10mil)宽度。当您的线安培时,它应该进行加宽。这里有一个免费的线路宽度计算器,使这个换算过程变得简单。

  您可能已经体验到电源电路中的大电压和电流尖峰如何干扰您的低压电流的控制电路。要尽量减少此类干扰问题,请遵循以下准则:

  隔离 - 确保每路电源都保持电源地和控制地分开。如果您必须将它们在PCB中连接在一起,请确保它尽可能地靠近电源路径的末端。

  布置 - 如果您已在中间层放置了地平面,请确保放置一个小阻抗路径,以降低任何电源电路干扰的风险,并帮助保护您的控制信号。可以遵循相同的准则,以保持您的数字和模拟地分开。

  耦合- 为了减少由于放置了大的地平面以及在其上方和下方走线的电容耦合,请尝试仅通过模拟信号线路交叉模拟地。

  您是否曾因热量问题而导致电路性能的降低甚至电路板损坏?由于没有考虑散热,出现过很多问题困扰许多设计者。这里有一些指导要记住,以帮助解决散热问题:

  第一步是开始考虑哪些元件会耗散电路板上的最多热量。这可以通过首先在元件的数据表中找到“热阻”等级,然后按照建议的指导方针来转移产生的热量来实现。当然,可以添加散热器和冷却风扇以保持元件温度下降,并且还要记住使关键元件远离任何高热源。

  添加热风焊盘对于生产可制造的电路板非常有用,它们对于高铜含量元件和多层电路板上的波峰焊接应用至关重要。由于难以保持工艺温度,因此始终建议在通孔元件上使用热风焊盘,以便通过减慢元件管脚处的散热速率,使焊接过程尽可能简单。

  作为一般准则,始终对连接到地平面或电源平面的任何通孔或过孔使用热风焊盘方式连接。除了热风焊盘外,您还可以在焊盘连接线的位置添加泪滴,以提供额外的铜箔/金属支撑。这将有助于减少机械应力和热应力。

  许多工厂内负责制程(Process)或是SMT技术的工程师经常会碰到电路板元件发生空焊(solder empty)、假焊(de-wetting)或冷焊(cold solder)等等这类焊不上锡(non-wetting)的不良问题,不论制程条件怎么改或是回流焊的炉温再怎么调,就是有一定焊不上锡的比率。这究竟是怎么回事?

  撇开元件及电路板氧化的问题,究其根因后发现有很大部分这类的焊接不良其实都来自于电路板的布线(layout)设计缺失,而最常见的就是在元件的某几个焊脚上连接到了大面积的铜皮,造成这些元件焊脚经过回流焊后发生焊接不良,有些手焊元件也可能因为相似情形而造成假焊或包焊的问题,有些甚至因为加热过久而把元件给焊坏掉。

  一般PCB在电路设计时经常需要铺设大面积的铜箔来当作电源(Vcc、Vdd或Vss)与接地(GND,Ground)之用。这些大面积的铜箔一般会直接连接到一些控制电路(IC)及电子元件的管脚。

  不幸的是如果我们想要将这些大面积的铜箔加热到融锡的温度时,比起独立的焊垫通常需要花比较多的时间(就是加热会比较慢),而且散热也比较快。当这样大面积的铜箔布线一端连接在小电阻、小电容这类 小元器件,而另一端不是时,就容易因为融锡及凝固的时间不一致而发生焊接问题;如果回流焊的温度曲线又调得不好,预热时间不足时,这些连接在大片铜箔的元件焊脚就容易因为达不到融锡温度而造成虚焊的问题。

  人工焊接(Hand Soldering)时,这些连接在大片铜箔的元件焊脚则会因为散热太快,而无法在规定时间内完成焊接。最常见到的不良现象就是包焊、虚焊,焊锡只有焊在元件的焊脚上而没有连接到电路板的焊盘。从外观看起来,整个焊点会形成一个球状;更甚者,作业员为了要把焊脚焊上电路板而不断调高烙铁的温度,或是加热过久,以致造成元件超过耐热温度而毁损而不自知。如下图所示。

  既然知道了问题点就可以有解决的方法,一般我们都会要求采用所谓Thermal Relief pad(热风焊垫)设计来解决这类因为大片铜箔连接元件焊脚所造成的焊接问题。如下图所示,左边的布线没有采用热风焊盘,而右边的布线则已经采用了热风焊盘的连接方式,可以看到焊盘与大片铜箔的接触面积只剩下几条细小的线路,这样就可以大大限制焊垫上温度的流失,达到较佳的焊接效果。

  当您马不停蹄地哼哧哼哧地将所有的部分组合在一起进行制造时,很容易在设计项目结束时才发现问题,不堪重负。因此,在此阶段对您的设计工作进行双重和三重检查可能意味着制造是成功还是失败。

  为了帮助完成质量控制过程,我们始终建议您从电气规则检查(ERC)和设计规则检查(DRC)开始,以验证您的设计是否完全满足所有的规则及约束。使用这两个系统,您可以轻松进行间隙宽度,线宽,常见制造设置,高速要求和短路等等方面的检查。

  当您的ERC和DRC产生无差错的结果时,建议您检查每个信号的布线情况,从原理图到PCB,一次检查一条信号线的方式仔细确认您没有遗漏任何信息。另外,使用您的设计工具的探测和屏蔽功能,以确保您的PCB布局材料与您的原理图相匹配。

  当您有了这个 - 我们的PCB设计师都需要知道的前5个PCB设计指南,通过遵循这些建议,您将很快就能够得心应手地设计出功能强大且可制造的电路板,并拥有真正优质的印刷电路板。

  良好的PCB设计实践对于成功至关重要,这些设计规则为构建和巩固所有设计实践中持续改进的实践经验奠定了基础。

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  TN6050-12PI STMicroe lectronics标准晶闸管

  统给定环境是简易栅极驱动或电源电压时,STMicroelectronics标准晶闸管非常宝贵。该器件涵盖跨接器保护、电机控制、电源网络开关和各种能量脉冲输送系统。ST的SCR器件的峰值电压高达1200V,最大电流高达50A,栅极触发电流为5至80mA。它们可采用DPAK、IPAK、TO220AB、TO220 FP、D2PAK、TO220AB Ins.、RD91、TOP-3和TO247封装。 特性 峰值电压高达1200V 最大电流高达50A 栅极触发电流为5至80mA 可采用DPAK、IPAK、TO220AB、TO220 FP、D2PAK、TO220AB Ins.、RD91、TOP-3和TO247封装。 应用 太阳能/风能可再生能源逆变器和整流器 固态继电器 (SSR) 不间断电源 (UPS) 工业SMPS 旁路 交流/直流浪涌电流限制器(ICL) 电池充电器 交流/直流电压控制整流器 工业焊接系统 非车载电池充电器 软...

  MAXM15068AMB+ MaximIntegrated MAXM15068稳压器IC和电源模块

  IntegratedMAXM15068稳压器IC和电源模块实现散热更好、尺寸更小且更加简单的电源解决方案。MAXM15068是具有集成控制器的高效率、同步降压直流-直流模块。它还集成了MOSFET、补偿元件和电感器(可以在宽输入电压范围内工作)。该模块在7.5V至60V输入范围内工作,可提供高达200mA输出电流。它具有5V至12V可编程输出范围。该模块大大降低了设计复杂度、制造风险,并提供了真正的即插即用式电源解决方案,缩短了产品的上市时间。 特性 简单易用 宽输入范围:7.5V至60V 可调输出电压范围:5V至12V 反馈精度:1.44% 输出电流高达200mA 内部补偿 全陶瓷电容器 高效率 可选PWM或PFM工作模式 关断电流:低至2.2A(典型值) 灵活的设计 内部软启动和预偏置启动 开漏电源良好输出(RESET引脚) 可编程EN/UV...

  MAX25014ATG/V+ MaximIntegrated MAX25014汽车级4通道背光驱动器

  Integrated MAX25014汽车级4通道背光驱动器具有IC控制的脉宽调制 (PWM) 调光和混合调光功能,非常适合用于汽车仪表板和信息娱乐显示屏。集成电流驱动,每路可支持高达150mA LED灌电流。该器件采用2.5V至36.0V的宽输入电压范围,并能承受汽车负载突降事件。 内部电流模式直流-直流开关控制器可配置为升压或SEPIC拓扑,工作频率范围为400kHz至2.2MHz。集成的扩频有助于降低EMI。该器件采用自适应输出电压调节机制,可最大限度地降低LED电流驱动通路的功耗。 包含用于外部nMOSFET系列开关的控制,以降低背光关闭时的静态电流,并在发生故障时断开升压转换器。 MAX25014符合AEC-Q100标准,采用24引脚TQFN封装,设计用于在-40C至+125C温度范围内工作。 特性 宽电压范围运行 启动后工作电源电压低至2.5V 承受高达40V的负载突降 高度集成 完整的4通道解决方案,包括升压控制器 I2C控制,可最大限度地减少元件数量 ...

  LDO40LPU50RY STMicroelectronics LDO40L 低压差稳压器

  oelectronics LDO40L低压差稳压器是一款400mA、38V LDO,非常适合用于严苛的汽车环境。LDO40L稳压器的静态电流低至45uA,因此适合用于永久连接电池电源的应用。当点火开关关闭时且电子模块保持活动模式时,此特性尤其重要。 LDO40L具有各种嵌入式保护功能,包括电流限制和热关断。另外,LDO40L还具有-0.3V至40V输入电压范围、低压差以及低静态电流等特性,因此适合用于低功耗工业和消费类应用。 LDO40L低压差稳压器符合汽车应用类AEC-Q100标准,采用带可湿性侧翼的紧凑型DFN-6 (3x3) 封装。 特性 符合AEC-Q100标准(1级) 低静态电流:45A(无负载时的典型值) 高达38V的宽输入工作电压范围 低启动电压:3.5V 输出电流:高达400mA 输出电压选项: 可调电压:最低2.5V 固定电压:3.0V、3.3V、5.0V、8.5V 输出电压精度: 1%(25C时的典型值) 3%(包括线路...

  M95M04-DRMN6TP STMicroelectronics M95M04 4MB 串行EEPROM

  oelectronicsM95M04 4MB串行EEPROM组织为524288 x8位,通过SPI总线访问。这些EEPROM的电源电压范围为1.8V至5.5V,保证工作温度范围为-40C至85C。这些串行EEPROM具有512字节识别页面,用于存储敏感的应用参数,这些参数可永久锁定在只读模式下。 特性 兼容SPI总线字节页面大小 额外识别页面 增强ESD保护 封装: SO8n(m95m04-drmn6tp) tssop8(m95m04-drdw6tp) 规范 写入时间: 5ms内字节写入 5ms内页面写入 最高时钟频率:10MHz 单电源电压:1.8V至5.5V 工作温度范围:-40C至85C 超过4百万次写入循环 数据保留超过40年 功...

  MAX20087ATPA/VY+ Maxim Integrated MAX2008x相机电源保护IC

  Integrated MAX2008x相机电源保护IC是双路/四路相机保护器IC,可为四个输出通道中的每一个提供高达600mA负载电流。这些IC采用3V至5.5V电源供电,相机电源电压范围为3V至15V,在300mA时输入至输出电压降为110mA(典型值)。MAX2008x IC具有使能输入和IC接口,用于读取器件的诊断状态。该IC设有板载ADC,可通过每个开关读取电流。MAX2008x相机电源IC包括分别在每个输出通道上的过热关断和过流限制。该电源保护IC的理想应用是雷达和相机模块同轴电缆供电。 特性 小尺寸解决方案: 多达四个600mA保护开关 输入电源:3V至15V 3V至5.5V服务电源 26V电池短路隔离 可调电流限制:100mA至600mA 可选I2C地址 小型 (4mm x 4mm) 20引脚SWTQFN封装 精度: 电流限制精度:8% 0.5ms软启动 0.25ms软关断 关断电流:0.3A 压降:110m...

  MAXM17635AMG+ Maxim Integrated MAXM17633、MAXM17634、MAXM17635电源模块

  IntegratedMAXM17633、MAXM17634和MAXM17635电源模块是一系列稳压器IC和电源模块。这些器件实现散热更好、尺寸更小且更加简单的电源解决方案。MAXM17633、MAXM17634和MAXM17635具有集成控制器、MOSFET、补偿元件和电感器,可在宽输入电压范围内工作。该模块在4.5V至36V输入范围内工作,可提供高达2A输出电流。 特性 简单易用 宽输入范围:4.5V至36V 0.9V至12V可调输出 (MAXM17635) 3.3V和5V固定输出电压版本(MAXM17633和MAXM17634) 400kHz至2.2MHz可调频率,可实现与外部时钟同步 反馈精度:1.2% 输出电流:高达2A 内部补偿 陶瓷电容器 高效率 可选的PWM、PFM或DCM工作模式 关断电流:低至2.8A(典型值) 灵活的设计 可编程软启动和预偏置启动 ...

  MAXM17630AME+ Maxim Integrated MAXM17630 MAXM17631和MAXM17632电源模块

  Integrated MAXM17630、MAXM17631和MAXM17632喜马拉雅uSLIC降压电源模块可用来设计散热更好、尺寸更小、更加简单的电源解决方案。MAXM17630和MAXM17631是高效同步降压型DC-DC模块,具有集成控制器、MOSFET、补偿元件和电感器,可在宽输入电压范围内运行。 该电源模块的工作电压范围为4.5V至36V,可提供高达1A的输出电流。MAXM17630和MAXM17631模块分别具有3.3V和5V固定输出电压。MAXM17632模块具有可调输出电压(0.9V至12V)。该器件提供真正的即插即用电源解决方案,大大降低了设计复杂性和制造风险,缩短了上市时间。内部补偿覆盖整个输出电压范围,因此无需外部补偿元件。 MAXM17630/MAXM17631/MAXM17632电源模块采用峰值电流模式控制架构,可在脉宽调制 (PWM) 、脉频调制 (PFM) 或断续导通模式 (DCM) 下工作,从而在轻负载条件下实现高效率。该模块系列在-40C至+125C范围内的反馈电压调节精度为1.2%。 MAXM17630/MAXM17631/MAXM17632电源模块采用紧凑的薄型16引脚3mmx3mmx1.75mm uSLIC封装,且可提供仿真模...

  X-NUCLEO-NFC06A1 X-NUCLEO-NFC06A1NFC读卡器扩展板基于ST25R3916的STM32和STM8核苷

  NFC读卡器IC:ST25R3916 47毫米x 34英寸毫米,四匝,13.56MHz的电感在PCB和相关联的调谐电路 6个通用的LED ISO 18092的无源和有源引发剂,ISO 18092的被动和主动目标 NFC-A和NFC-F卡模拟 ISO 14443A和ISO14443B ISO 15693 的FeliCa™ 最多1.7 W的输出功率与差天线 在X-细胞核 - NFC06A1 NFC读卡器扩展板是基于ST25R3916设备上。

  X-NUCLEO-NFC05A1 X-NUCLEO-NFC05A1NFC读卡器扩展板基于ST25R3911B的STM32和STM8核苷

  NFC读卡器IC:ST25R3911B 47毫米x 34英寸毫米,四匝,13.56MHz的电感在PCB和相关联的调谐电路 6个通用的LED ISO 18092(NFCIP-1)活性的P2P ISO 14443A和ISO14443B ISO 15693 的FeliCa ™ VHBR 6.8 Mbit / s的AFE和PCD到PICC成帧 3.4 Mbit / s的PICC向PCD成帧 最多1.4 W的输出功率与差天线 的X细胞核 - NFC05A1是基于所述ST25R3911B的NFC读卡器扩展板。

  NCP176 LDO稳压器 500 mA 超低压降 高PSRR 带使能

  是一款超低压差稳压器,可提供高达0.5 A的负载电流,并在25°C时保持0.8%的出色输出电压精度。工作输入电压范围为1.4 V至5.5 V,使该器件适用于锂离子电池供电产品以及后调节应用。该产品提供3.3 V固定输出电压选项,其他电压选项可根据要求提供,范围为0.7 V至3.6 V.NCP176具有完全的过热保护和输出短路保护。小型6引脚XDFN6 1.2 mm x 1.2 mm封装使该设备特别适用于空间受限的应用程序。 特性 优势 1.4 V至5.5 V工作输入电压范围 适用于锂离子电池或后调节应用 几种固定输出电压可根据要求提供的选项和其他选项范围为0.7 V至3.6 V 设计灵活性 Typ的低静态电流。 60μA 延长电池寿命 极低压降:130 mV典型值。在Iout = 0.5 A(2.5V版本) 扩展电池范围 1 kHz PSRR时高75 dB 适用于噪声敏感电路 内部软启动 限制浪涌电流 室温下±0.8%精度 高输出电压精度 热关断和限流保护 保护产品和系统免受损坏 使用小型1μF陶瓷电容器稳定 节省PCB空间和系统成本 应用 终端产品 电池供电设备 便携式通信设备 相机,...

  是一款线 mA输出电流。 NCP161器件旨在满足RF和模拟电路的要求,可提供低噪声,高PSRR,低静态电流和非常好的负载/线路瞬态。该器件设计用于1μF输入和1μF输出陶瓷电容。它有两种厚度的超小0.35P,0.65 mm x 0.65 mm芯片级封装(CSP),XDFN-4 0.65P,1 mm x 1 mm和TSOP5封装。 类似产品:

  V-A是一个1通道降压型开关稳压器。 特性 优势 不受负载影响的软启动电路。 电源电路稳定运行。 频率FOLD BACK为负时下垂。 过流保护 内置逐脉冲OCP电路。通过使用外部MOS的导通电阻来检测。 过流保护 开启/关闭功能(启用控制) 可在外部启用控制 同步整流的1通道降压型开关稳压控制器方法 电路图、引脚图和封装图

  NCP81274 具有省电模式和PWM VID接口的多相同步降压控制器

  74是一款多相同步控制器,针对新一代计算和图形处理器进行了优化。该器件能够驱动多达8个相位,并集成差分电压和相电流检测,自适应电压定位和PWM_VID接口,为计算机或图形控制器提供精确调节的电源。集成的省电接口(PSI)允许处理器将控制器设置为三种模式之一,即所有相位接通,动态相位脱落或固定低相位计数模式,以在轻载条件下获得高效率。双边沿PWM多相架构可确保快速瞬态响应和良好的动态电流平衡。 应用 终端产品 GPU和CPU电源 图形卡的电源管理 台式电脑 笔记本电脑 电路图、引脚图和封装图...

  NCP81276 具有省电模式和PWM VID接口的多相同步降压控制器

  76是一款多相同步控制器,针对新一代计算和图形处理器进行了优化。该器件能够驱动多达4个相位,并集成差分电压和相电流检测,自适应电压定位和PWM_VID接口,为计算机或图形控制器提供精确调节的电源。集成的省电接口(PSI)允许处理器将控制器设置为三种模式之一,即所有相位开启,动态相位脱落或固定低相位计数模式,以在轻载条件下获得高效率。双边沿PWM多相架构可确保快速瞬态响应和良好的动态电流平衡。 应用 终端产品 GPU和CPU电源 图形卡电源管理 台式电脑 笔记本电脑 电路图、引脚图和封装图...

  JA是一个降压电压开关稳压器。 特性 优势 宽输入动态范围:4.5V至50V 可在任何地方使用 内置过流逐脉冲保护电路,通过外部MOSFET的导通电阻检测,以及HICCUP方法的过流保护 烧伤保护 热关闭 热保护 负载独立软启动电路 控制冲击电流 外部信号的同步操作 它可以改善发生两个稳压器IC之间的振荡器时钟节拍 电源正常功能 稳定性操作 外部电压为输出电压高时可用 应用 降压方式开关稳压器 电路图、引脚图和封装图...

  38是一款双同步降压控制器,经过优化,可将电池电压或适配器电压转换为台式机和笔记本电脑系统所需的多个电源轨。 NCP81038包括两个降压开关控制器,通道2上固定5.0 V输出,通道1上3.3 V,两个板载LDO,三个输出:5 V / 60 mA和3.3 V或12 V / 10 mA。 NCP81038支持高效率,快速瞬态响应并提供电力信号。安森美半导体专有的自适应纹波可控制器从CCM到DCM的无缝过渡,其中转换器运行时降低了开关频率,在轻载时具有更高的效率。该器件的工作电源电压范围为5.5 V至28 V 电路图、引脚图和封装图...

  48是一款双同步降压控制器,经过优化,可将电池电压或适配器电压转换为台式机和笔记本电脑系统所需的多个电源轨。 NCP81148由两个降压开关控制器组成,通道2上固定5.0 V输出,通道1上为3.3 V,两个板载LDO具有三个输出:5 V / 60 mA和3.3 V或12 V / 10 mA。 NCP81148支持高效率,快速瞬态响应并提供电力商品信号。安森美半导体专有的自适应纹波可控制器从CCM到DCM的无缝过渡,其中转换器运行时降低了开关频率,在轻载时具有更高的效率。该器件的工作电源电压范围为5.5 V至28 V. 电路图、引脚图和封装图...

  0是一款集成电源控制IC,具有I 2 C接口。它结合了高效,多相,同步降压开关稳压控制器和I 2 C接口,可实现关键系统参数的数字编程。 特性 优势 I 2 C 启用关键系统参数的数字化编程 快速增强型PWM弹性模式架构 出色的负载瞬态性能 应用 终端产品 CPU Vcor​​e 游戏,桌面,服务器 电路图、引脚图和封装图

  NCP4208 同步降压转换器 8相 VR11.1可编程 带I2C接口

  8是一款集成电源控制IC,具有I 2 C接口。 NCP4208是一款高效,多相,同步降压开关稳压控制器,可帮助设计高效率和高密度解决方案。 NCP4208可编程为1,2,3,4,5,6,7或8相操作,允许构建多达8个互补降压开关级。 特性 优势 快速增强PWM 出色的负载转换性能 应用 终端产品 CPU Vcor​​e 台式电脑,服务器 电路图、引脚图和封装图

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