西电PCB设计指南第5章学习笔记

五、常见类型PCB设计

敏感电路
- 常见的敏感电路
  
  音频电子系统前级、精密仪器、光电探测转换电路、传感器
  - 特点：
    
    容易受干扰的电路
  - 受干扰的原因：
    
    空间电场耦合、磁场耦合、电路板绝缘不良的漏电电流
  - 常见的敏感电路位置：
    
    微弱信号线、高阻抗点、放大器前级输入端、传感器信号、大功率电路附近的检测电路
电池耦合干扰
- 原理：
  
  干扰源的电力线跨过导线间的分布电容，和被扰线对地阻抗构成分压关系
  
  容抗小，阻抗高，更容易受干扰。
- 敏感节点的判断：
  
  节点的对地的等效阻抗越高，就越容易受到电场干扰。
- 敏感节点的处理：
  
  敏感节点导线越短越好
- 3W/10W原则（重要）
  - 3W原则：导线中心间距为线宽3倍以上时，可以避开70%的电场耦合
  - 10W原则：导线中心间距为线宽10倍以上时，可以避开98%的电场耦合
- 防护布线
  
  在敏感线与相邻线之间增加接地线，称为防护布线，能进一步降低电场耦合
  
  防护布线要加上接地短路过孔（严禁悬空），否则干扰反而增强
磁场耦合干扰
- 磁场耦合干扰的来源
  
  公共耦合环路面积、互感干扰
- 减少磁场耦合干扰的方法（见下图）
  - 配置回流路径，降低公共耦合环路面积
  - 增大微带线间距，或改为带状线
电路板漏电
- 影响：
  
  PCB表面污染和体电阻漏电，导致电流对高阻抗节点的干扰
- 保护环：
  
  将漏电电流吸收至地（保护低电压或虚地点）
- 等电位保护：
  - 原理：
    
    用低阻抗跟随器制造等电位区并将漏电电流吸收
  - 导线裸露：
    
    保护环的导线应裸露，以增加吸收表面污染泄露电流的能力
- 隔离岛和聚四氟乙烯端子：
  - 敏感局部使用绝缘性能极佳的聚四氟乙烯端子，避免与PCB接触
高压电路
- 常见高压电路
  
  功率电源/逆变电路、隔离接口、可能接入未知电压的继电器/开关等、插板式变压器/ACDC输入端、升压/局部高压偏压电路
- 高压隔离槽
  - 用途：能有效增加防爬弧距离，防止污染降低绝缘性
  - 画法：在KeepOut层画粗线，注意宽度>1mm否则不便下刀
  - 图示：
  - 规格：
- 电源系
  
  在隔离电路中（如图中 “隔离栅” 两侧的 “电源系 A”“电源系 B”），不同电源系需满足绝缘要求，避免电能干扰或故障在系统间蔓延，以此保障各模块电能供应的稳定性与安全性。
- 隔离带
  
  电源系之间的绝缘处。分属不同电源系的任何两根线之间，都要满足绝缘要求
- PCB漏电与保护环
  
  由三个部分组成（高压电端子、敏感端子、接地保护环）：
功率电子电路
- 常见功率电子电路：
  
  AC-DC、开关电源、音频功放、电机驱动/伺服控制器、逆变器/DC-AC 、电力变流/检测
- 大电流部分的处理：
  - 镀锡（增加导体厚度）
    - 镀锡后的导线等效截面积可增大约1.5-2倍
    - 手工堆锡、埋焊铜丝等方法，等效截面积可增大5-10倍
    - 大面积镀锡，容易流动，挂不均匀；改为多段细线，挂锡饱满效果更好
    - 大电流焊点，要加分流镀锡，避免电流密度过高局部烧断
- 过孔和分流孔
  - 大电流导线上的过孔需要很大的直径，可分散成许多小孔
  - 大电流元件引脚换层时，电流可能过于密集，在附近要考虑增加分流孔
- 高频开关电路设计
  - 开关驱动环路
    
    让驱动环路面积（驱动器OUT->MOS栅->源极->驱动器GND）尽可能小
  - 储能环路和续流环路
    
    布线应让储能和续流环路的面积都要尽可能小