單片機(jī)控制板PCB設(shè)計(jì)原則

設(shè)計(jì)電路板最基本的過程可以分為三大步驟：電路原理圖的設(shè)計(jì)，產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)表，印制電路板的設(shè)計(jì)。不管是板上的器件布局還是走線等等都有著具體的要求。

例如，輸入輸出走線應(yīng)盡量避免平行，以免產(chǎn)生干擾。兩信號線平行走線必要是應(yīng)加地線隔離，兩相鄰層布線要盡量互相垂直，平行容易產(chǎn)生寄生耦合。電源與地線應(yīng)盡量分在兩層互相垂直。線寬方面，對數(shù)字電路PCB可用寬的地線做一回路，即構(gòu)成一地網(wǎng)(模擬電路不能這樣使用)，用大面積鋪銅。

下面這篇文章就單片機(jī)控制板PCB設(shè)計(jì)需要注意的原則和一些細(xì)節(jié)問題進(jìn)行了說明。

1.元器件布局

在元器件的布局方面，應(yīng)該把相互有關(guān)的元件盡量放得靠近一些，例如，時(shí)鐘發(fā)生器、晶振、CPU的時(shí)鐘輸入端都易產(chǎn)生噪聲，在放置的時(shí)候應(yīng)把它們靠近些。對于那些易產(chǎn)生噪聲的器件、小電流電路、大電流電路開關(guān)電路等，應(yīng)盡量使其遠(yuǎn)離單片機(jī)的邏輯控制電路和存儲(chǔ)電路(ROM、RAM)，如果可能的話，可以將這些電路另外制成電路板，這樣有利于抗干擾，提高電路工作的可靠性。

2.去耦電容

盡量在關(guān)鍵元件，如ROM、RAM等芯片旁邊安裝去耦電容。實(shí)際上，印制電路板走線、引腳連線和接線等都可能含有較大的電感效應(yīng)。大的電感可能會(huì)在Vcc 走線上引起嚴(yán)重的開關(guān)噪聲尖峰。防止Vcc走線上開關(guān)噪聲尖峰的唯一方法，是在VCC與電源地之間安放一個(gè)0.1uF的電子去耦電容。如果電路板上使用的是表面貼裝元件，可以用片狀電容直接緊靠著元件，在Vcc引腳上固定。最好是使用瓷片電容，這是因?yàn)檫@種電容具有較低的靜電損耗(ESL)和高頻阻抗，另外這種電容溫度和時(shí)間上的介質(zhì)穩(wěn)定性也很不錯(cuò)。盡量不要使用鉭電容，因?yàn)樵诟哳l下它的阻抗較高。

在安放去耦電容時(shí)需要注意以下幾點(diǎn)：

▪　在印制電路板的電源輸入端跨接100uF左右的電解電容，如果體積允許的話，電容量大一些則更好。

▪　原則上每個(gè)集成電路芯片的旁邊都需要放置一個(gè)0.01uF的瓷片電容，如果電路板的空隙太小而放置不下時(shí)，可以每10個(gè)芯片左右放置一個(gè)1-10的鉭電容。

▪　 對于抗干擾能力弱、關(guān)斷時(shí)電流變化大的元件和RAM、ROM等存儲(chǔ)元件，應(yīng)該在電源線(Vcc)和地線之間接入去耦電容。

▪　電容的引線不要太長，特別是高頻旁路電容不能帶引線。

3.地線設(shè)計(jì)

在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，地線的種類有很多，有系統(tǒng)地、屏蔽地、邏輯地、模擬地等，地線是否布局合理，將決定電路板的抗干擾能力。在設(shè)計(jì)地線和接地點(diǎn)的時(shí)候，應(yīng)該考慮以下問題：

▪　邏輯地和模擬地要分開布線，不能合用，將它們各自的地線分別與相應(yīng)的電源地線相連。在設(shè)計(jì)時(shí)，模擬地線應(yīng)盡量加粗，而且盡量加大引出端的接地面積。一般來講，對于輸入輸出的模擬信號，與單片機(jī)電路之間最好通過光耦進(jìn)行隔離。

▪　在設(shè)計(jì)邏輯電路的印制電路版時(shí)，其地線應(yīng)構(gòu)成閉環(huán)形式，提高電路的抗干擾能力。

▪　地線應(yīng)盡量的粗。如果地線很細(xì)的話，則地線電阻將會(huì)較大，造成接地電位隨電流的變化而變化，致使信號電平不穩(wěn)，導(dǎo)致電路的抗干擾能力下降。在布線空間允許的情況下，要保證主要地線的寬度至少在2-3mm以上，元件引腳上的接地線應(yīng)該在1.5mm左右。

▪　要注意接地點(diǎn)的選擇。當(dāng)電路板上信號頻率低于1MHz時(shí)，由于布線和元件之間的電磁感應(yīng)影響很小，而接地電路形成的環(huán)流對干擾的影響較大，所以要采用一點(diǎn)接地，使其不形成回路。當(dāng)電路板上信號頻率高于10MHz時(shí)，由于PCB布線設(shè)計(jì)的電感效應(yīng)明顯，地線阻抗變得很大，此時(shí)接地電路形成的環(huán)流就不再是主要的問題了。所以應(yīng)采用多點(diǎn)接地，盡量降低地線阻抗。

4.其他

·電源線的布置除了要根據(jù)電流的大小盡量加粗走線寬度外，在PCB布線設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)使電源線、地線的走線方向與數(shù)據(jù)線的走線方身一致在PCB布線設(shè)計(jì)工作的最后，用地線將電路板的底層沒有走線的地方鋪滿，這些方法都有助于增強(qiáng)電路的抗干擾能力。

▪　數(shù)據(jù)線的寬度應(yīng)盡可能地寬，以減小阻抗。數(shù)據(jù)線的寬度至少不小于0.3mm(12mil)，如果采用0.46~0.5mm(18mil~20mil)則更為理想。

▪　由于電路板的一個(gè)過孔會(huì)帶來大約10pF的電容效應(yīng)，這對于高頻電路，將會(huì)引入太多的干擾，所以在PCB布線設(shè)計(jì)的時(shí)候，應(yīng)盡可能地減少過孔的數(shù)量。再有，過多的過孔也會(huì)造成電路板的機(jī)械強(qiáng)度降低。