《cb布線設(shè)計(jì)》word版

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1、PCB布線設(shè)計(jì)（六）對(duì)于12位傳感系統(tǒng)的布線，應(yīng)用的電路是一負(fù)載單元電路，該電路可精確測(cè)量傳感器上施加的重量，然后將結(jié)果顯示在LCD顯示屏上。系統(tǒng)電路原理圖如圖1所示。采用的負(fù)載單元是Omega公司的LCL-816G。LCL-816G傳感器模型是由四個(gè)電阻元件組成的橋，需電壓激勵(lì)。將5V激勵(lì)電壓加在傳感器高端，施加900g最大激勵(lì)時(shí)，滿刻度輸出擺幅為±10mV差分信號(hào)。該小差分信號(hào)被雙運(yùn)放儀表放大器放大?！　「鶕?jù)電路精度要求，選擇一個(gè)12位A/D轉(zhuǎn)換器。當(dāng)轉(zhuǎn)換器將輸入端的電壓進(jìn)行數(shù)字化后，數(shù)字碼經(jīng)轉(zhuǎn)換器SPI端口發(fā)送到單片機(jī)。然后，

2、單片機(jī)用查找表將來自A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為重量。此時(shí)如需要的話，線性化和標(biāo)定工作可由控制器代碼實(shí)現(xiàn)。完成這一步后，結(jié)果送到LCD顯示器。最后一步是為控制器寫固件。電路設(shè)計(jì)好之后，即可設(shè)計(jì)印刷電路板和布線了。　　查看這個(gè)完整的電路原理圖時(shí)，若使用自動(dòng)布線工具，經(jīng)常要返回來對(duì)布線做很大的修改。如果自動(dòng)布線工具可以實(shí)現(xiàn)布線限制，可能還有成功的可能性。如果自動(dòng)布線工具沒有限制選項(xiàng)的話，最好不要使用自動(dòng)布線工具。圖1負(fù)載單元傳感器輸出端的信號(hào)由雙運(yùn)放儀表放大器放大，然后由12位A/D轉(zhuǎn)換器MCP3201濾波和數(shù)字化。每次轉(zhuǎn)換的結(jié)果顯示在

3、LCD顯示屏上。圖2在精度高于12位的電路中，PCB上有源元件的放置很重要。要將高頻元件和數(shù)字器件盡量靠近接插件放置。圖3圖1電路的頂層布線和底層布線，此布線中沒有地平面和電源平面。注意：為降低電源線的感抗，電源線要比信號(hào)線寬很多。圖4在沒有地平面或電源平面的PCB(PCB布線如圖3所示)中，對(duì)A/D轉(zhuǎn)換器輸出4096次采樣的柱狀圖。電路的噪聲碼寬度為15個(gè)碼?！　〔季€的一般準(zhǔn)則　　器件布局　　既然是采用手工布線，那么第一個(gè)步驟是在板上放置器件。將噪聲敏感器件和產(chǎn)生噪聲器件分開放置。完成這個(gè)任務(wù)有兩個(gè)準(zhǔn)則：　　1.將電路中器件分成兩

4、大類：高速(>40MHz)器件和低速器件。如果可能的話，將高速器件盡量靠近板的接插件和電源放置?！　?.將上述大類再分成三個(gè)子類：純數(shù)字、純模擬和混合信號(hào)。將數(shù)字器件盡量靠近板的接插件和電源放置?！　‰娐钒宓牟季€策略要符合圖2所示的器件布局圖。注意圖2a中高速器件、低速器件與電路板的接插件和電源之間的關(guān)系。在圖2b中，數(shù)字器件最靠近電路板的接插件和電源，與其它數(shù)字和模擬電路分離開了。純模擬器件距離數(shù)字器件最遠(yuǎn)，以確保開關(guān)噪聲不會(huì)耦合到模擬信號(hào)路徑中。A/D轉(zhuǎn)換器的布線策略在本刊2004年1月中有詳細(xì)論述?！　〉睾碗娫床呗浴　〈_定了器

5、件的大體位置后，就可以定義地平面和電源平面了。實(shí)現(xiàn)這些平面是需要一些策略技巧的?！　≡赑CB中不使用地平面是很危險(xiǎn)的，尤其是在模擬和混合信號(hào)設(shè)計(jì)中。其一，因?yàn)槟M信號(hào)是以地為基準(zhǔn)的，地噪聲問題比電源噪聲問題更難應(yīng)對(duì)。例如，在圖1所示電路中，A/D轉(zhuǎn)換器(MCP3201)的反相輸入引腳是接地的；二，地平面還對(duì)噪聲有屏蔽作用。采用地平面可以很容易解決這些問題，但是，如果沒有地平面，要克服這些問題幾乎是不可能的?！　∵@里，假設(shè)不需要地平面。圖1所示的電路無地平面布線，如圖3所示?！安恍枰仄矫妗钡睦碚撨€行得通嗎？這可以通過數(shù)據(jù)來驗(yàn)證。在圖

6、4中，對(duì)A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行了4096次采樣并記錄了數(shù)據(jù)。在采集數(shù)據(jù)時(shí)，沒有在傳感器上施加激勵(lì)。采用這種電路布線，控制器專用于與轉(zhuǎn)換器接口，并將轉(zhuǎn)換器的結(jié)果發(fā)送到LCD顯示器。圖5圖1電路的頂層和底層布線。注意此布線中有地平面。圖6在有地平面的PCB(PCB布線如圖5所示)中，對(duì)A/D轉(zhuǎn)換器輸出4096次采樣的柱狀圖。噪聲碼寬度為11個(gè)碼。圖7在PCB上將兩條走線靠近放置，就會(huì)產(chǎn)生寄生電容。信號(hào)會(huì)通過這種寄生電容在走線之間耦合。圖8顯示在圖1電路中添加一個(gè)四階抗信號(hào)混疊濾波器后的轉(zhuǎn)換結(jié)果。另外，電路板布線中添加了地平面?！　D5所示的布

7、線與圖3中的布線基本相同，但在底層添加了地平面。地平面(圖5b)有幾處被信號(hào)線打斷，應(yīng)盡量減少地平面被斷開的次數(shù)。電流返回路徑不應(yīng)縮短，因?yàn)檫@些走線會(huì)限制從器件到電源接插件的電流流動(dòng)。A/D轉(zhuǎn)換器輸出的柱狀圖如圖6所示。與圖4相比，輸出碼要密集得多。兩次測(cè)試中使用了相同的有源器件。無源器件不同，會(huì)導(dǎo)致較小的偏置差異?！　纳鲜鰯?shù)據(jù)很容易看出，地平面確實(shí)對(duì)電路噪聲有抑制作用。當(dāng)電路中沒有地平面時(shí)，噪聲的寬度大約為15個(gè)碼；添加了地平面后，性能提高了約1.5倍或15/11倍。請(qǐng)注意，測(cè)試是在電磁干擾較低的實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行的?！　/D轉(zhuǎn)換器

8、輸出數(shù)字碼的噪聲可歸因于運(yùn)放的噪聲和缺少抗信號(hào)混疊濾波器。如果電路中有“最少”量的數(shù)字電路，可能只需要一個(gè)地平面和一個(gè)電源平面就可以了?！白钌佟笨捎呻娐钒逶O(shè)計(jì)人員定義。將數(shù)字和模擬地平面連接在一起的危險(xiǎn)在于，模擬電路會(huì)從電源引腳引入噪