电子CAD课程的设计技巧应用

摘 要：本文主要介绍了在电子CAD课程教学中几个PCB设计技巧应用问题,对传统的教学内容进行了相应改革,提高了电子CAD课程教学的质量,增强了技能课程的实践性.

关 键 词：《电子CAD》课程PCB设计技巧

《电子电路设计》课程是一门理论与实际联系密切,且极具实践性的新兴课程,是电子专业的核心技能课程之一.近年来,高职院校的项目教学改革中发现,在《电子CAD》课程的教学过程中,往往只是将重点放在对电子电路CAD应用软件的熟练操作上,却忽视了对PCB板设计的一些技巧应用,与企业的生产实践脱节.

实践证明,如果在电路原理图设计中,这些都没有问题,但印制电路板设计不合理,同样会对电子产品的可靠性产生严重影响.比如,如果在印制板中存在两条细平行线走线且靠得很近,就会形成信号波形的延迟,在传输线的终端产生干扰.因此,在设计印制电路板的时候,应学会掌握各种电路设计技巧,注意采用正确的设计方法.为此,我们在《电子CAD》课程的教学内容方面进行了全面的创新,增加了PCB设计技巧应用技能,充分提高了课程的教学质量,增强了技能课程的实践性.

一、PCB布线技巧应用

1.输入与输出分开走.当输入是一个小信号,而输出是一个被放大了的比较强的功率信号,布板时应避免输入信号与输出信号走得太近,万不得已时,小信号与功率信号也不能平行走线.

2.模拟和数字分开走.如果线路板上既有数字电路又有模拟电路,那么就要尽可能分开走线.这是因为数字信号频率往往比较高,而模拟信号的敏感度比较强.因此,高频的数字信号线尽可能远离敏感的模拟电路器件.

3.信号与电源分开走.在系统工作的时候,电源的成分并不纯净,为防止引起干扰,信号线应避免与电源的正极平行走线,尤其是以开关电源供电的高频电路.（如图1）

4.高频与低频分开走,高频信号辐射也能引起低频部分的稳定和噪声.比如：低频的电路中,小信号与功率信号的地线尽量分开走,到电源输出端处汇合,也就是我们常说的一点接地,避免大面积铺地,高频电路中要尽量就近接地,最好是大面积铺铜,以防止高频信号的肌肤效应造成地之间的电位差引起的系统不稳定.

5.此外在PCB布线时还有如下细节需要注意：IC电源脚输入端需要接电容滤波；防止静电干扰：机壳接大地,即能满足要求.特殊情况下,电源输入、数字量输入串接专用的防静电器件；布线方向应规划,尽量不要在模拟信号与数字信号线隔开时,才用一点接地法,总之,需要靠经验才能Layout完美的电路板.

二、PCB布局技巧应用

在PCB设计中,布局同样是一个非常关键的环节.布局情况的好坏将直接关系到布线效果的优劣,因此在板的整个设计过程中,合理的布局是PCB设计成功的第一步.而由于市场产品的多样化,我们还要考虑整体美观,因为一个产品的成功与否,除了要注重内在质量,还要兼顾整体的美观,只有两者都较完美,才能认为该产品是成功的,才能获得市场的认可.

这里以“DSP控制接口电路”为例.因此在这里,以功能模块布局是该电路布局的一个重要原则.这个原则就是布局按照信号的流向关系使关键的高速信号走线最短,其次考虑电路板的整齐、美观.时钟信号应尽可能短,如果不行,则应在时钟信号线的两侧加屏蔽地线.对于比较敏感的信号线,也应考虑屏蔽措施.时钟电路具有较大的对外辐射,会对一些较敏感的电路,特别是模拟电路产生较大的影响,因此在电路布局时应让时钟电路远离其他无关的线路.为了防止它的对外辐射,一般设计时就应让它远离I70电路和电缆连接器.低频数字I70电路和模拟I70电路应靠近连接器,时钟电路、高速电路和存储器等器件常布放在电路板最靠里（远离拉手条）的位置.中低速逻辑电路一般布放在电路板的中间位置.如果有A/D、D7A电路,则应放在电路板最中间的位置.（见图2）

三、高频电路布线技巧应用

随着数字器件朝着高速、低功耗、小体积、高效率、高抗干扰性、高稳定度和高集成度的方向发展,必然对印刷电路板的设计提出了更多新要求.这本身是因为高频电路与低频电路会存在诸多干扰,比如有电源噪声、传输线干扰、耦合、电磁干扰等方面.那么如何在电子CAD课程教学中让学生掌握这些技能就显得相当重要了.这里就利用Protel软件的PCB设计功能来有效地解决这些问题.

1.采用多层板以降低干扰高频电路,这样集成度较高,布线密度大.所以采用多层板既是布线所必需的,又是降低干扰的有效手段.Protel软件提供了16个铜线层和4个电源层.合理选择层数能大幅度降低印版尺寸和提高电路的抗干扰能力.

2.电源线与地线布线的处理.多级电路为防止局部电流产生地阻干扰,各级电路应分别一点接地（或尽量集中接地）,高频电路在30MHz以上时,则采用大面积接地,这时各级的内部元件也应集中一小块区域接地.在实际设计中,我们通常用专用电源层和地层,这样就能更好地实现就近接地,并有效地降低寄生电感,缩短了信号的传输长度,可以大幅度地降低信号间的交叉干扰等问题,所有这些都对高频电路的可靠工作是有利的.

3.集成芯片的布线.在集成电路块的附近可以设置一个高频退耦电容,由于电子CAD软件在自动放置元件时不会考虑退耦电容与被退耦的集成电路间的位置关系,而是由软件随意放置,可能会导致两者间相距太远,退耦效果不好,这时必须用手工移动元件的办法事先干预两者位置,使之靠近.（见图3）

4.敷铜处理.敷铜的主要目的是提高电路的抗干扰能力,同时对于PCB散热和PCB的强度有很大好处,敷铜接地又能起到屏蔽的作用.在安全间隔设计上要求小信号间0.1mm以上均可以、不含耦合因素.但对谐振、发射来讲就有铜泊之间安全距离要求,原则1mm间隔约1千V以内.另外还需考虑阻抗变化、寄生耦合、自激等问题.需专门问题专门处理.

这些PCB技巧在我们的平时课堂教学中及高职教材上面很容易被忽视,可是对PCB专业人员来说却是必须掌握的.因此,在本课程的教学中,我们增加了这些PCB设计技巧,达到了对课程改革的职业目标要求.