Protel 99 SE高频PCB设计的研究

随着电子技术的进步,PCB(印制电路板)的复杂程度、适用范围有了飞速的发展。从事高频PCB的设计者必须具有相应的基础理论知识,同时还应具有丰富的高频PCB的制作经验。也就是说,无论是原理图的绘制,还是PCB的设计,都应当从其所在的高频工作环境去考虑,才能够设计出较为理想的PCB。本文主要从高频PCB的手动布局、布线两个方面,基于Protel99SE对在高频PCB设计中的一些问题进行研究。

1布局的设计

Protel99SE虽然具有自动布局的功能,但并不能完全满足高频电路的工作需要,往往要凭借设计者的经验,根据具体情况,先采用手工布局的方法优化调整部分元器件的位置,再结合自动布局完成PCB的整体设计。布局的合理与否直接影响到产品的寿命、稳定性、EMC(电磁兼容)等,必须从电路板的整体布局、布线的可通性和PCB的可制造性、机械结构、散热、EMI(电磁干扰)、可靠性、信号的完整性等方面综合考虑。

一般先放置与机械尺寸有关的固定位置的元器件,再放置特殊的和较大的元器件,最后放置小元器件。同时,要兼顾布线方面的要求,高频元器件的放置要尽量紧凑,信号线的布线才能尽可能短,从而降低信号线的交叉干扰等。

1.1与机械尺寸有关的定位插件的放置

电源插座、开关、PCB之间的接口、指示灯等都是与机械尺寸有关的定位插件。通常,电源与PCB之间的接口放到PCB的边缘处,并与PCB边缘要有3mm～5mm的间距;指示发光二极管应根据需要准确地放置;开关和一些微调元器件,如可调电感、可调电阻等应放置在靠近PCB边缘的位置,以便于调整和连接;需要经常更换的元器件必须放置在器件比较少的位置,以易于更换。

1.2特殊元器件的放置

大功率管、变压器、整流管等发热器件,在高频状态下工作时产生的热量较多,所以在布局时应充分考虑通风和散热,将这类元器件放置在PCB上空气容易流通的地方。大功率整流管和调整管等应装有散热器,并要远离变压器。电解电容器之类怕热的元件也应远离发热器件,否则电解液会被烤干,造成其电阻增大,性能变差,影响电路的稳定性。

易发生故障的元器件,如调整管、电解电容器、继电器等,在放置时还要考虑到维修方便。对经常需要测量的测试点,在布置元器件时应注意保证测试棒能够方便地接触。

由于电源设备内部会产生50Hz泄漏磁场,当它与低频放大器的某些部分交连时,会对低频放大器产生干扰。因此,必须将它们隔离开或者进行屏蔽处理。放大器各级最好能按原理图排成直线形式,如此排法的优点是各级的接地电流就在本级闭合流动,不影响其他电路的工作。输入级与输出级应当尽可能地远离,减小它们之间的寄生耦合干扰。

考虑各个单元功能电路之间的信号传递关系,还应将低频电路和高频电路分开,模拟电路和数字电路分开。集成电路应放置在PCB的中央,这样方便各引脚与其他器件的布线连接。

电感器、变压器等器件具有磁耦合,彼此之间应采用正交放置,以减小磁耦合。另外,它们都有较强的磁场,在其周围应有适当大的空间或进行磁屏蔽,以减小对其他电路的影响。

在PCB的关键部位要配置适当的高频退耦电容,如在PCB电源的输入端应接一个10μF～100μF的电解电容,在集成电路的电源引脚附近都应接一个0.01pF左右的瓷片电容。有些电路还要配置适当的高频或低频扼流圈,以减小高低频电路之间的影响。这一点在原理图设计和绘制时就应给予考虑,否则也将会影响电路的工作性能。

元器件排列时的间距要适当,其间距应考虑到它们之间有无可能被击穿或打火。

含推挽电路、桥式电路的放大器,布置时应注意元器件电参数的对称性和结构的对称性,使对称元器件的分布参数尽可能一致。

在对主要元器件完成手动布局后,应采用元器件锁定的方法,使这些元器件不会在自动布局时移动。即执行Editchange命令或在元器件的Properties选中Locked就可以将其锁定不再移动。

1.3普通元器件的放置

对于普通的元器件,如电阻、电容等,应从元器件的排列整齐、占用空间大小、布线的可通性和焊接的方便性等几个方面考虑,可采用自动布局的方式。

2布线的设计

布线是在合理布局的基础上实现高频PCB设计的总体要求。布线包括自动布线和手动布线两种方式。通常,无论关键信号线的数量有多少,首先对这些信号线进行手动布线,布线完成后对这些信号线布线进行仔细检查,检查通过后将其固定,再对其他布线进行自动布线。即采用手动和自动布线相结合来完成PCB的布线。

在高频PCB的布线过程中应特别注意以下几个方面问题。

2.1布线的走向

电路的布线最好按照信号的流向采用全直线,需要转折时可用45°折线或圆弧曲线来完成,这样可以减少高频信号对外的发射和相互间的耦合。高频信号线的