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PCB设计实践教程

1. 前言

为了帮助读者更好地设计自己的PCB,本⽂将以PCB设计中的主要流程和注意事项为主线,包括资料准备、总体规划、原理图设计和PCB绘制四个部分,并且在最后简要介绍PCB焊接调试与展示。
本文目前的定位主要是实践指导,帮助刚入门的读者大致总结梳理流程,不代表读者可以不看其他教程而仅靠本文就学会PCB设计,文中有错误或遗漏之处请以参考书籍、官网等权威资料为准。本文部分内容借鉴了智能车相关培训资料,在此对参与培训资料编写的大佬们表示感谢。
本文基于AD(Altum Designer)19版本所写,文中某些操作是特定于这个软件,需要读者注意。读者在阅读本文前应该学习过或正在学习AD系列软件。

目录

2. 设计流程简述

PCB设计是一个周期很长的工作,从设计阶段的角度来说,可以分为原理图设计和PCB设计,此处的PCB设计与本文的主题“PCB设计”不同,前者是特指根据工程师设计完成的原理图进一步设计对应的PCB,包括布局和布线等操作,含义等同于“PCB绘制”,而后者也就是本文的主题,指的是从头开始,以实现某个功能为目标设计PCB,自然也就包括了原理图设计。
而从头开始设计的整个流程,可以总结为:资料准备、总体规划、原理图设计和PCB绘制。在拿到打出的PCB后,还有后续的焊接、调试、展示。本文将以此为脉络进行介绍。

3. 资料准备

古人云,兵马未动,粮草先行。在正式开始设计PCB前,首先应该搜索已有的设计,并对其进行分析,避免走弯路。分析角度可以包括:元器件选型(要学会看数据手册)、现有PCB布局等。

在进行PCB设计时,至少需要准备以下材料:

  • 元器件数据手册:推荐在立创商城通过搜索元器件名称找到对应的数据手册,或者去其他大型平台搜素,如果在某宝购买元件也可以直接问某宝卖家要(如果有的话)。
    从数据手册中可查阅元器件的电气参数、引脚分配(用于绘制原理图库)、使用说明、参考电路设计(让该元件运行的参考原理图,这个适合学到后期自己独立设计PCB时用)和封装(用于绘制PCB库)等。
  • 元器件原理图库和PCB库(封装):在选定元器件之后,就需要准备对应的元器件原理图和元器件PCB封装,并放入该工程对应的原理图库和PCB元件库。这里明确一下概念,元器件原理图和元器件PCB封装是映射关系,从原理图的图形符号映射到真实器件物理形状。通常元器件原理图是简单的通用符号,也有工程师为了美观,将元器件原理图的传统外框(例如常见的电阻电容二极管都有自己的图形表示,芯片通常是矩形)用真实元器件的图形代替,但无论如何表示电气属性的引脚都是不能变的。
    元器件PCB封装有以下来源:
    1. 使用IPC Compliant Footprint Wizard自动生成,参数需要在数据手册中找
    2. 使用第三方现成的PCB元件库,比如PCB超级库(凡亿教育)、某宝出售的元件库、或者团队内部的pcb库等
    3. 使用立创商城或立创EDA导出适合AD的PCB封装,如果想加3D模型需要自己找
    4. 在搜索不到合适的封装的情况下,最后考虑手动绘制

对于智能车比赛,还可以准备以下资料:

  • 实验室资料:在进行硬件设计时,可首先参考实验室往届参赛队伍的硬件设计方案
  • 国赛技术文档:需要设计新的模块时,可首先浏览国赛优秀队伍的技术报告,国赛队伍中主流采用的设计方案通常比较完善、可靠,可直接作为参考
  • 逐飞科技/龙邱科技资料:逐飞科技和龙邱科技是智能车相关产品的两大供应商,比赛所需的各类核心板、外设等均可在这两个店铺购买,其大多数产品的资料均开源,可在相应的产品网页里获取下载链接。

4. 总体规划

在进入PCB设计阶段前,需首先进行总体规划。

第1个例子,STM32最小核心板(单片机)设计:

  1. 具体芯片型号
    不同芯片的引脚是不同的,通常STM32的核心板使用F103c8t6这个型号。也可以使用其他型号。
  2. 需要什么电源模块
    STM32通常使用3V3供电,经典3V3线性LDO当属AMS1117-3.3,但是它的静态电流过大,用在STM32核心板上属于浪费。所以可以考虑使用RT9193等产品
  3. 供电/程序下载(烧录)接口
    供电的接口可以使用USB接口(microusb或者typec母座) STM32的程序下载方式可以分成两种,USB串口下载和ISP下载。USB串口下载最经典的设计是使用沁恒出品的CH340系列芯片,ISP下载仅需引出相关引脚即可。这里补充一句,用了typec不代表就是usb3,typec接口还有USB2.0的引脚,使用USB串口下载用这对引脚足矣。

第2个例子,智能车竞赛的主板PCB设计:

  1. 主板需要哪些功能模块
    功能模块主要包括传感器接口、人机交互模块等。人机交互模块包括显示屏、蜂鸣器、按键。比赛所需的各类传感器基本是用逐飞科技/龙邱科技开发的产品,在PCB中直接根据逐飞科技/龙邱科技提供的资料设计相应的接口即可。而人机交互模块、驱动模块等需要自行设计,可参考现有的设计方案。
  2. 使用什么核心板(单片机)
    功能模块选定后,可在规则范围内综合考虑性能、价格、开发难度等选择合适的核心板(即最小系统板),一般直接使用逐飞科技/龙邱科技开发的核心板,同传感器,在PCB中直接设计接口即可。注意,应该在原理图设计阶段规划好引脚分配,避免后期可能出现大幅更改。
  3. 需要哪些电源模块
    上述方案确定后,需要根据各模块的工作电压设计相应的电源模块,主要包括电池电源接口、5V/3V3稳压电路、舵机稳压电路、升压电路等,需要自行设计,设计方法同人机交互模块、驱动模块等。

这里提一下本文所涉及的概念“核心板、开发板、智能车主板”。核心板指的是单片机最小系统,没有其他外设,而智能车主板和开发板本质上一样,除了最小系统之外,还会有集成其他外设,区别在于主板可以将最小系统以核心板的形式单独提取出来,在主板上仅需留下核心板接口即可。

像开发板等复杂电路的设计一定要进行总体规划,如果仅仅需要设计单独的稳压模块等简单电路可以跳过该过程。

5. 原理图设计

5.1 元器件选型

总体方案设计完成后,还需进行元器件的选型,以确定元器件的价格、电气参数、引脚分配(用于绘制原理图库)、使用说明和封装(用于绘制PCB库)等,便于后续元器件的购买和PCB的绘制。该步骤在上文的资料准备章节已经阐述。

5.2 工程初始化

本节将以AD19为例,帮助读者回顾如何新建一个基本工程。

  1. 选择菜单:文件-新的-项目-PCB工程
  2. 选择菜单:文件-新的-库-原理图库
  3. 选择菜单:文件-新的-库-PCB元件库
  4. 选择菜单:文件-新的-原理图
  5. 选择菜单:文件-新的-PCB
  6. 选择菜单:文件-全部保存,将5个文件依次保存至指定目录下 最后确保工程上出现project和components菜单/子窗口(通常分别在左右两侧显示),否则需要在右下角panels菜单中将其调出。

5.3 原理图库

原理图库又名元件库,可以分为默认库、工程私有库和第三方库:

  • 默认库(Miscellaneous Device):包括常用的电阻、电容、电感、LED、二极管、三极管、蜂鸣器、开关等
  • 工程私有库:专为该工程所有的库,比如某元器件仅在这个工程中会使用到,可以放到这里。上文新建的原理图库就是工程私有库。
  • 第三方库:例如在资料准备章节提到的PCB超级库,封装更为丰富,且自带3D模型。 在自己绘制库时,一般首先考虑使用“Symbol Wizard”,无法使用“Symbol Wizard”时再进行手动绘制;手动绘制时需要注意,引脚具有电气特性的一端必须朝外。

5.4 原理图文件

对于任一电路(或模块),主要操作步骤和注意事项如下:

  1. 从库中添加元器件
    • 命名要合理、清晰、统一(可参考“Altium Designer 19 PCB设计官方指南”第三章中的命名规范)。
    • 必要参数需标注(比如容值、额定电压、阻值等)。
    • 选择该元件所需要的正确的PCB封装。同一个原理图符号,可能对应不同的封装。例如贴片电阻的封装可以是0805、0603、0402等等。
  2. 进行电气连接(包括导线、电源、地等)
    • 同一信号引脚之间可用“导线+网络标签”连接,简化电路。
    • 同一电源/地命名须统一。
  3. 分模块进行命名
    • 每个模块(比如电源模块、主控芯片等)都应该分别进行命名,注意尽量不要使用除系统自带字体以外的字体,否则在其他电脑上无法正确显示。
  4. 原理图文件属性标注
    • 可在原理图右下角对应位置放置“文本字符串”,以Title为例,对应的文本字符串的值设定为“=Title”,并在原理图的Properties-Parameters中找到Title参数,修改成所需要的标题。
  5. 在参考现有设计时,注意一定要理解,不能想当然、不加思索直接从第三方库中找对应的元器件。例如稳压二极管的原理图符号和正负极性摆放,不可和其他二极管弄混。

5.5 PCB库

PCB库又名封装库,分类和原理图库相同。虽然功能上确实是PCB绘制,但在设计阶段上应属于原理图设计的一部分,所以放到了该章节。
原理图中涉及到的每一类元器件均需有对应的封装,如果使用第三方库则可以直接在元件原理图的属性中选择对应的封装,如果是需要自己绘制,那么需要参考相应的元器件数据手册。和自己绘制优先使用原理图库中的“Symbol Wizard”一样,绘制PCB封装时一般首先考虑使用“IPC Compliant Footprint Wizard”,无法使用“IPC Compliant Footprint Wizard”时再进行手动绘制。 其中,需要注意:

  • 极性标注:一些带有正负极性的元器件(二极管、LED等)需在丝印层(Top Overlay或Bottom Overlay)进行标注,如在正极处外侧标“+”、在负极丝印内侧再画一条线或加粗、将负极丝印两个角削去(原本的丝印外形是矩形,正负极丝印各占矩形的两个角)
  • 焊盘设置:每个焊盘的标号(Designator)与元件的引脚号(Pins)必须一致,焊盘大小可按经验公式“外径(mm)= 内径(mm)+ 0.5mm,内径(mm)= 引脚实际直径(mm)+ 0.2mm”设置,某些外设接口(排针、排母等)的电源引脚对应的焊盘外形(一般默认为圆形)可设置为方形(即“Shape”项选择“Rectangular”) PCB库绘制完成后,需要将封装与其对应的元器件进行关联,可以在元器件的属性中添加封装,但更推荐在原理图中使用“封装管理器”直接完成所有元器件的封装设置。

6. PCB绘制

6.1 PCB文件

将原理图导入PCB前,需首先检查原理图是否有误,即进行工程编译(Compile PCB Project),编译无误后才能进行将原理图导入到PCB中,导入成功后即可进行PCB的绘制。新工程在导入原理图时会自动生成一个ROOM空间,可设定取消自动生成,步骤需自行查阅。如果原理图有更改,重新导入时,注意变更选项中的Remove Net Classes应取消勾选,和ROOM一样也可以在导入设置中取消,否则在下次重新导入中需要再次取消勾选。

6.2 主要流程

  1. 定义板框 板框大小尽量设置在10cm*10cm以内。(此范围内在“嘉立创下单助手”打板可使用优惠,以前双层板5元一次,每月2次,顺丰包邮,在本文写作时嘉立创已经开始免费打板了)。 板框应该在机械1层(Mechnaical 1)定义。而部分旧资料、旧设计中会选择在禁止布线层(Keep-Out Layer)定义板框,此处应注意。板框绘制用非电气属性的线(工具栏最后一项,或菜单“放置”- 线条)。如果在机械1层画完并定义完板框后,想在禁止布线层复制同样的线条(好处是后续铺铜时能确保铜皮与板子边缘留出一部分距离),可以选择菜单“设计” - 板子形状 - 根据板子外形生成线条。反之也可以将禁止布线层的板框复制到机械1层。

  2. 设置原点和安装孔

  • 原点一般设置在板框左下角。主要是由于:1.导入外形图和导出坐标图时需要原点做为基准;2. 实现元件精准移动。 不设置在打板时不影响。
  • 安装孔可使用焊盘进行设置,也可以将其当做元器件进行处理(建立原理图及对应的封装,放入工程私有库或自己的第三方库中,上文所提到的PCB超级库提供了原理图和封装) 其位置和大小需要根据需求设置,例如智能车常用直径为3mm(即M3)
  1. 设计规则
    在正式布线前,应先创建所需要的设计规则。对于不同需求的线(网络),应先创建“类”再创建设计规则(比如电源PWR类),便于后续布线宽度等调整。对于特殊需求线,比如USB信号线,应设置差分走线规则。
    基于嘉立创工艺参数,需要注意的几类规则如下: 类别规则布线宽度/线间距离须大于5mil(0.127mm) 走线边缘距焊盘边缘距离须大于5mil(0.127mm) 走线和焊盘距板边距离须大于0.2mm(约8mil) 过孔内径大小须大于0.3mm(12mil) 字符大小:丝印层线宽推荐10mil(0.254mm),字符高推荐60mil(1.524mm)以上。字符大小应统一,且和其他丝印一样不应放在焊盘上。 常见的各类规则具体参数设置可自行查阅。非重要规则,例如丝印与丝印之间的距离可以直接设置为0,或者在后续的DRC检查中关闭以避免错误提示。

这里补充一下AD的快捷键(一定要保持英文输入状态):
CTRL+M快速测量距离
SHIFT+C快速取消标定的距离
Q键全局切换单位(mm或mil,1mil=0.025mm)

  1. 布局 在布线前应首先进行整体布局,然后根据布线情况对布局进行微调。可以切换到3D模式查看成品预览。 AD快捷键是数字23,可以在2D和3D模式快速切换。3D模式下按v可以看到操作菜单。

布局时需要注意:

  • 可根据电源流向和信号流向对整个电路进行模块划分,布局时应按照信号流向关系,保证整个布局的合理性,比如电源模块要注意输入/输出方向,信号走线(尤其是高速信号)要尽可能短且少交叉等
  • 模拟部分和数字部分需分开,包括地,应采用单点接地等方法
  • 接口元件应靠近板边摆放,小元件距离接口元件不能过近
  • 电源模块滤波(去耦)电容要靠近输入/输出位置。
  • 每个IC的电源端口附近都需要摆放去耦电容,且位置尽可能靠近IC的电源口,布线时应先经过电容再供电。当一个芯片有多个电源口的时候,每个接口都要布置去耦电容。
  • 电路需整齐、美观 4.1 贴片间距
  • 相同器件:≥ 0.3mm
  • 不同器件:≥ 0.13×h+0.3mm(h为周围近邻与器件最大高度差)
  • 手工焊接和贴片时,与器件之间的距离要求:≥ 1.5mm 4.2 直插与贴片间距
  • 在1-3mm之间

小技巧:AD快捷键N-隐藏连接-网络,选中GND,可以隐藏地,然后通过直接铺铜的方式将GND连起来,就不用手动布线,但是仍然要注意部分地线需要手动特殊处理(加粗)

  1. 布线
    布线时需要注意:
  • 布线方式
    • 应至少满足3W原则
    • 在满足阻抗和时序要求的情况下,走线要简洁,尽可能短和直,以保证电信号的完整性
    • 避免锐角走线和直角走线,一般采用45°拐角,以减少高频信号辐射(高要求还要用弧线)
    • 任何信号线都尽量不形成环路,如不可避免,环路面积尽可能小
    • 信号线过孔尽可能少
    • 关键线尽量粗而短并在两边加保护地;电源和GND进行加粗处理,满足载流
    • 电源线和其他信号线之间预留一定间距,防止波纹干扰
    • 布线完成后,需对布线进行优化
    • 多条平行线可使用等间距命令
    • 某些元件下面禁止布线,只可铺铜接地
  • 布线宽度:在满足“地线 > 电源线 > 信号线”的前提下,信号线推荐宽度10mil,电源线推荐宽度为50mil~100mil,地线宽度尽可能加宽,常规电路板铜厚(默认为1oz)。
  • 过孔设置
    • 过孔大小可按经验公式“外径(mm)= 内径(mm)× 2 ”进行设置,常见尺寸有12/24mil,15/30mil等,过孔内径与承载电流最大值(经验值)可参考下表
过孔内径 承载电流(A)
mm mil
0.254 10 0.5
0.508 20 1
  • 对于电源或地线的过孔,可以考虑使用较大尺寸,以减小阻抗
  • 电源和地的管脚要就近打过孔,过孔和管脚之间的引线越短越好;可以考虑并联打多个过孔,以减少等效电感
  • 可以大量放置一些多余的接地过孔
  • 对于信号走线,可以使用较小的过孔
  • 信号走线尽量不换层,即尽量减少不必要的过孔
  • 在信号换层的过孔附近放置一些接地的过孔,可为信号提供最近的回路
  • 过孔应盖油处理,选中过孔,在属性面板中确保勾选两处tented
  1. 滴泪 布线基本完成后,还需进行补滴泪处理,其作用是:
  • 在导线与焊盘尺寸差距较大时,补滴泪连接可使这种差距逐渐减小,以减少信号的损失和反射,提高信号的完整性。
  • 在电路板受到巨大外力的冲撞时,补滴泪连接可降低导线与焊盘或者导线与过孔的接触点因外力而断裂的风险。
  1. 铺铜与过地孔 铺铜,又称覆铜,即对未布线区域用固体铜填充,铺完后的铜称作铜皮。铺铜一般用于地线填充,即将铜皮接地当作地线。可满足散热,同时减小地线阻抗,提高整个电路系统的抗干扰能力。其中填充方式(Fill Mode)建议选择“Solid(实心铺铜)”。注意Net要设置连接到地线,连接方式可设置为Pour Over All Same Net Objects,用于连接之前画的单条地线。
  • 如果设计中同时包含“数字地(DGND)”和“模拟地(AGND)”,应尽量分开,并且用导线或0欧电阻相连,最后接入公共地。原因是数字信号变化速度快,从而在数字地上引起的噪声就会很大,而模拟信号是需要一个干净的地参考工作,所以尽量阻隔数字地上的噪声窜到模拟地上。此条非必要规定,但应注意其存在。
  • 如果在铺铜后调整pcb,需重新铺铜。在AD19中,快速重新铺铜的快捷键为T-G-A。适用于后期微调时快速重铺。
  • 在铺铜时要注意尖角铜和孤岛铜(死铜)的产生。可用cutout割铜,或选中铜皮,在属性面板中选择Remove Dead Copper,或用下述的过地孔,为死铜提供接地路径。 过地孔,即接地的过孔,用于连接两块接地铜皮。有时为减少对某些信号线的干扰,应用铺铜的方式对其进行“包地”处理,并在铜皮上打接地过孔带(一串过地孔)以隔离。所有的器件接地的应该就近打过地孔,缩短回流距离。
  • 过地孔间距一般为3mm,地孔到信号孔间距为30mil。
  • 需在 Polygon Connect 规则中用高级模式设置过孔样式为Direct Connect(Relief Connect为十字相连)。
  • 也可在整板上快速放置大范围过地孔。AD提供了快速操作。
  • 高速信号换层处加地孔:原因主要是在换层时(它的垂直方向)线路阻抗变得不连续,信号的回流路径将从这里断开,为了减小信号的回流路径所包围的面积必须在信号过孔的周围打一些地过孔提供最短的信号回流路径用来减小信号的 EMI辐射。这种辐射随之信号频率的提高而明显增加。低速信号则没必要在换层处加过地孔。
  1. DRC检查 上述流程完成后需进行手动DRC检查,检查无误后即可进行PCB的制作(或先生成Gerber文件再进行制作)。如果有报错且非重要问题(如丝印间距),可在合理范围内调整规则,使其不报错。

6.3 细节补充

  1. 焊盘布线规范 对于方形焊盘,应在焊盘的水平或竖直方向引出线,再按45°拐角布线。对于长椭圆形焊盘,应在上下两圆角处引出线再拐弯。具体规范及示例图片可自行查询。

  2. 图案/图片放置 包括用脚本PCB Logo Creator和自定义字体工具Font Creator Professional Edition 12两种方式,具体步骤请自行查询。 对于后一种方式,当需要放入大型图片作为字符,但是导出TrueType字体无法正常显示时,请选择导出桌面字体-CFF格式(而不是默认的TrueType),在AD中完成设计后,导出Gerber文件进行后续打板操作。

  3. 其他注意事项

  • 在3D视图下,如果遇到丝印被阻焊覆盖,需检查层叠管理器中的丝印层位置,应为最上方或最下方,如果没有该层请手动添加。
  • 有的PCB文件中铺铜处于隐藏状态,在调整后会报错。可通过铺铜管理器让其显示,并在调整后重新铺铜。
  • 检查板框应在机械1层定义。
  • 检查该板为几层板。
  • 有的封装并未包含在工程里,打开会报错,请自行取消。
  • 在修改原理图后更新PCB时,出现Change Component Parameters修改。请检查原理图每个元件的Properties-Parameters是否有多余参数。可以用查找相似元件进行批量参数删除。
  • 以QFN芯片为例,不应取消底部大焊盘,可能有部分芯片的大焊盘用于接地。

7. 焊接、调试与展示

本章节将简要叙述PCB设计之后的步骤,当作抛砖引玉,具体步骤还需读者自行查阅。

7.1 焊接

焊接可以分为两种方式,手动焊接和机器SMT焊接,后者嘉立创支持,但是需要确保所使用的元器件PCB封装符合嘉立创SMT加工规范。
前者可以分成手动使用电烙铁+焊锡丝+焊膏(可选)进行焊接,以及手工使用热风枪+焊锡膏(这也是机器SMT焊接所使用的原料)。
焊锡膏适用于复杂电路,步骤是预热PCB-涂焊锡膏-放贴片元器件-热风枪加热。接插件推荐电烙铁直接焊接。焊锡膏可以搭配激光钢网使用(立创也有提供做钢网服务,但价格昂贵,据说某宝便宜),可以在B站搜索相关视频。注意该方式需要积累经验,加热时间不能过长,否则极易损坏元器件。
以QFN封装芯片焊接为例,就比较适合使用焊锡膏,如果遇到引脚连锡的情况,就需要使用焊膏+电烙铁清除多余的锡。

7.2 调试

在调试时,检查是否需要以及确保“共地”,避免难以预料的情况发生。
可以使用示波器或者数字分析仪辅助调试。如果需要调试FPC排线上的信号,可以自行制作FPC专用调试PCB,上面包括一个FPC插座和一排排针,排针和每个插座引脚一一对应,并用丝印标清序号即可。

7.3 展示

可以使用AD导出pdf3d文件(wavefront obj格式),用blender打开再以同样格式另存为(否则无法正确显示),最后用keyshot添加材质进行渲染,获得商业级渲染图。具体步骤请自行查阅。

附录 名词解释

1. VCC, VDD, VSS

解释1
VCC:C=circuit,表示电路的意思,即接入电路的电压。
VDD:D=device,表示器件的意思,即器件内部的工作电压。
VSS:S=series,表示公共连接的意思,通常指电路公共接地端电压。
解释2
VCC和VDD是器件的电源端。
VCC是双极器件的正,VDD多半是单级器件的正。下标可以理解为NPN晶体管的集电极C,和场效应管的漏极D。同样你可在电路图中看见VEE和VSS,含义一样。因为主流芯片结构是硅NPN,所以Vcc通常是正。如果用PNP结构,VCC就为负了。建议选用芯片时一定要看清电气参数。
VCC来源于集电极电源电压,CollectorVoltage,一般用于双极型晶体管。PNP管时为负电源电压,有时也标成-VCC;NPN管时为正电压。
VDD来源于漏极电源电压,DrainVoltage,用于MOS晶体管电路,一般指正电源。因为很少单独用PMOS晶体管,所以在CMOS电路中Vdd经常接在PMOS管的源极上。
VSS源极电源电压,在CMOS电路中指负电源,在单电源时指零伏或接地。
VEE发射极电源电压,EmitterVoltage,一般用于ECL电路的负电源电压。
VBB基极电源电压,用于双极晶体管的共基电路。
对比说明
(1)一般来说VCC=模拟电源,VDD=数字电源,VSS=数字地,VEE=负电源。
(2)有些IC既有VDD引脚又有VCC引脚,说明这种器件自身带有电压转换功能。
(3)对于数字电路来说,VCC是电路的供电电压,VDD是芯片的工作电压(通常VCC>VDD),VSS是接地点。
(4)在场效应管(或COMS器件)中,VDD为漏极,VSS为源极,VDD和VSS指的是元件引脚,而不表示供电电压。

2. 地

2.1 信号地 又称参考“地”,就是零电位的参考点,也是构成电路信号回路的公共段,图形符号“⊥”。

  • 直流地:直流电路“地”,零电位参考点。
  • 交流地:交流电的零线,应与地线区别开。
  • 功率地:大电流网络器件、功放器件的零电位参考点。
  • 模拟地:放大器、采样保持器、A/D转换器和比较器的零电位参考点。
  • 数字地:也叫逻辑地,是数字电路的零电位参考点。
  • “热地”:开关电源无需使用变压器,其开关电路的“地”和市电电网有关,既所谓的“热地”,它是带电的。
  • “冷地”:由于开关电源的高频变压器将输入、输出端隔离;且其反馈电路常用光电耦合,既能传送反馈信号,又能将双方的"地"隔离;所以输出端的地称之为“冷地”,不带电。

2.2 保护地 保护"地"是为了保护人员安全而设置的一种接线方式。 保护“地”线一端接用电器,另一端与大地作可靠连接。

2.3 音响中的地

  • 屏蔽线接地:音响系统为防止干扰,其金属机壳用导线与信号“地”相接,这叫屏蔽接地。
  • 音频专用“地”:专业音响为了防止干扰,除了屏蔽“地”之外,还需与音频专用“地”相连。此接地装置应专门埋设,并且应与隔离变压器、屏蔽式稳压电源的相应接地端相连后作为音控室中的专用音频接地点。

2.4 不同地线处理方法

  • 数字地和模拟地应分开 在高要求电路中,数字地与模拟地必需分开。即使是对于A/D、D/A转换器同一芯片上两种“地”最好也要分开,仅在系统一点上把两种“地”连接起来。
  • 浮地与接地 系统浮地,是将系统电路的各部分的地线浮置起来,不与大地相连。这种接法,有一定抗干扰能力。但系统与地的绝缘电阻不能小于50MΩ,一旦绝缘性能下降,就会带来干扰。通常采用系统浮地,机壳接地,可使抗干扰能力增强,安全可靠。
  • 一点接地 在低频电路中,布线和元件之间不会产生太大影响。通常频率小于1MHz的电路,采用一点接地。
  • 多点接地 在高频电路中,寄生电容和电感的影响较大。通常频率大于10MHz的电路,采用多点接地。

3. 高速信号、高频信号

  • 高速信号:信号的上升/下降时间和在传输线上的传输时间的相对关系 ,比如传输延时大于1/2上升时间,或者大于1/4、1/6或1/8等。
  • 高频信号:频率大于3MHz 当一个时钟信号的频率为40MHz,上升时间为80ps,那么它不是一个高频信号,但它是一个高速信号,也就是频率不高,但上升沿快。又比如,频率为600MHz,上升时间为0.9ns,那么它与上例中信号相比较,频率要高很多,但速度却远比上例的信号低。所以,信号的高频与高速并没有直间的关系。
    高频电路的进化导致了高速电路,高频与高速之间是充分条件,而不是必要条件。即:高频不一定高速,但高速是高频。注意有定义称50MHz以上信号一定是高速信号。

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