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电路板设计范文1
关键词：
在电子设备中,地线设计是印制板布线设计的重要环节,是抑制噪声和防止干扰的重要组成部分,不合理的地线设计会使印制板产生干扰,达不到设计指标,甚至无法工作。地线是电路中电位的参考点，又是电流公共通道。地地位理论上是零电位，实际上由于导线阻抗的存在，地线各处不都等于零，即存在非零电位点。
一、模拟电路的地线设计——单点接地
1．理论计算
例如：印制板上宽度为1.5mm，长50mm的地线铜箔，若铜箔厚度为0.05mm，则可根据公式R=ρL/S，该段导线电阻为0.013Ω，若流过这段地线电流为2A，则这段地线两端电位差为26mV，在微弱信号电路中，这26mV足以干扰信号正常工作。
可见，对印制板设计者来说，地线只要有一定长度，就不是一个处处为零的等电位点。地线不仅是必不可少的电路公共通道，又是产生干扰的一个渠道。如同修筑一条道路带来交通便利的同时也带来污染一样。
2．应用举例
在一个由传感器、运算放大器、功率放放大器、伺服电机及直流稳压电源等组成的工控系统中，对每一级来说都有接地问题，这里所说的“地”并非大地，可以理解为等电位点，即电路或系统的基准零电位点。在由若干级运放串接组成的低频或直流放大器中，每一级都有自己的基准地电位。其输入、输出信号的大小和极性也都是相对这个基准地电位而言的。因此，当放大器前后级之间以及放大器与传感器相连时，它们的基准地都应该连在一起，即应是等电位的。而这些放大器与传感器又都由各自的直流电源供电，所以这些电源的地也应与放大器的地连接在一起。在大多数工控系统中，来自传感器的信号经电压放大、功率放大后去控制执行机构，在有些情况下伺服电机控制绕组的一端也需要接地。这样，当另一端来的是正信号时，控制电流经电枢流入地使电机正转；负信号时则电机反转。所以电机控制绕组的一端也应与放大器有一个公用的等电位基准地。
在单电源供电时，由于各级电路中的所有电流最终都要流回到电源负端，通常我们也是把它作为“地”电位的基准。在图2中每级放大器都采用一点接地、各级放大器之间通过地线接到电源负端，由于各级放大器的工作点电流和信号电流幅度是逐级增大的。因而流过最后一段地线的电流包括前三极的信号电流，其中第三级信号电流已经包括自己在内的前三级放大，因而电流最大，在此段地线上的电压降U3也最大；根据同样的道理U1最小。
3．基本原则——一点接地
如果能将电路中所有的接地点全部接在一个点上，即“一点接地”，也就不存在地线阻抗（此时地线阻抗极低），那么地线干扰也就不存在了。但是实际应用中，真正的一点接地是很难做到的，所以我们只能尽量的减小地线阻抗。我们可以在实际布线时，尽量缩短地线的长度并且使其具有足够的宽度，或者可以进行镀银处理（汇流条设计），通过这样的设计，我们可以将地线干扰尽量降低。
通过上面的应用我们还可以发现，同样的一点接地，如果适当改变其接地点的位置，还能够进一步的减小线路干扰，提高工作精度和稳定性。
当然如果电路是一个多单元、多板电路，需要连接的元器件，单元电路较多时，应将这些接地元器件尽可能就近接到公共地线的一段或一个区域，也可以接到一个分支地线上。
二、高频电路的地线设计——就近多点接地
1．理论计算
在高频电路中（几十兆以上频率）导线不公有电阻，还有电感，以平均自感量为0.8uH/m计算，50mm长的地线上自感为0.04uH,若电路工作频率为60MHz，则感抗为16Ω，在这段地线上流过10mA电流时即可产生0.16V的干扰电压。这足以将有用信号淹没。
2．解决措施
通过计算我们可以发现，在高频电路中，频率越高，地线阻抗越大。为了尽量降低地线阻抗，我们可以采用就近多点接地的方法，且地线设计成大面积接地。这种布线方式元器件一般都采用不规则排列并按信号流向依次布设，以求最短的传输线和最大面积接地，注意在高频电路中是不能采用分地线设计的。
在上述是模拟电路和高频电路地线设计我们都可以认为这是运用了一点接地的基本原则，所不同的是模拟电路大多采用单点接地，而高频电路采用的是就近多点接地。而这个地就是一点接地的“点”，所以，一点接地中的“点”并非是几何意义上的点，在印制电路板地线设计当中，也无法真正做到几何意义上的一点，这里所说的点是忽略电阻的几何导线图形，它可以是汇流排，粗导线、或大面积接地等。
三、混合接地
混合接地和单点接地、就近多点接地的地线设计大不一样。混合接地是在地线系统内使用电感、电容连接，利用电感、电容器件在不同频率下有不同阻抗的特性，使地线系统在不同的频率具有不同的接地结构这样接地设计在普通的电路设计当中应用并不太多。
电路板设计范文2
关键词：PCB 多层电路板 Protel DXP 电路板设计 EMC
中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1007-9416(2011)12-0066-02
继2002年Altium公司推出第七代Protel系列软件----Protel DXP后，该公司于2004年迅速推出Protel DXP的升级版本Protel DXP 2004。Protel DXP 2004为用户提供全面的设计解决方案，其改进的自动布线规则和算法提高了布线的成功率和准确率。目前，Protel DXP 2004成为电子电路人员首选的计算机辅助设计软件，是用户群最大，实际工程应用最广泛的版本。
本文结合作者对设计多层电路板的经验和体会，图文并茂的方式讲述多层电路板设计的基本思路和流程，力求注重设计要领和设计方法的介绍，并以四层板的设计为具体实例，在边讲述边操作中分析设计者的思路，帮助读者建立正确、清晰的多层电路板设计理念。
1、多层电路板设计基本流程
多层电路板的设计流程与普通的PCB板的设计步骤基本相同，不同之处是需要进行中间信号层的走线与内电层的分割，综合来看，多层电路板的设计基本分为以下几步（如图1所示）。本文先将这几个步骤做简单的介绍。
电路原理图的设计，主要目的之一是给PCB板的设计提供网络表，并为PCB板的设计做准备基础。
电路板的规划，主要是要规划PCB板的物理尺寸，元件的封装形式，元件安装方式，板层结构，即单层板、双层板和多层板。
工作参数设置，主要是指工作环境参数设置和工作层参数设置。正确合理的设置PCB环境参数，能给电路板的设计带来极大的方便，提高工作效率。
元件布局与调整，当前期工作准好后，可以将网络表导入到PCB内，或者可以在原理图中直接通过更新PCB的方式导入网路表。用过Protel DXP的读者都知道，系统自带了自动布局的功能，但是，自动布局功能的效果往往不太理想，一般应采用手工布局，尤其是对于复杂的电路和有特殊要求的元器件。元件布局和调整是PCB设计中比较重要的工作，直接影响到后面的布线和内电层的分割等操作。
中间层的定义与设置，该操作重点是在软件的层堆栈管理器里设置具体的层结构，主要是设置中间信号层和内电层的数目，上下结构等。
内电层分割，通常内电层，往往不止一个电源网络，常常需要将内部电源层分割成几个相互隔离的区域，并将每个区域连接到特定的电源网络，这是多层板与普通板的最大区别，也是多层电路板设计中重要的环节。内电层分割的结构，往往直接影响到电源和地网格的走线，同时受到元件布局和走线的影响。
布线规则设置，主要是设置电路布线的各种规范，导线线宽、平行线间距、导线与焊盘之间的安全间距及过孔大小等，无论采取何种布线方式，布线规则是必不可少的一步，良好的布线规则能保证电路板走线的安全，又符合制作工艺要求，节约成本。
布线与调整，系统提供了自动布线方式，但往往不能满足设计者的要求，实际应用中，设计者往往依靠手工布线，或者是部分自动布线结合手工交互式布线的方式完成布线工作。特别要注意的是布局和布线以及PCB具有内电层这一特点，布局和布线虽有先后，但在设计工程中往往会根据布线和内电层分割的需要调整电路板的布局，或者根据布局调整布线，他们之间是一个相互兼顾、相互调整的过程。
其他辅助操作，比如敷铜和补泪滴等操作，还有报表输出与存盘打印等文档处理工作，这些文件可以用来检查和修改电路板，也可以用来作为采购元件的清单。
多层电路板的信号层的布局和布线与普通板的要求一样，因此本文不再讨论，本文重点讨论内电层的分割与多层板的电磁兼容设计问题。
2、多层电路板中间层设置与内电层的分割
2.1 中间层的创建与设置
多层PCB板与一般的PCB不同之处在于，多层PCB除了顶层和底层之外，还有若干中间层，这些中间层可以是信号层(Mid Layer)，也可以是内部电源/接地层(Internal Plane)。中间层的作用与顶底层相似样，只是不能放置元件。内部电源/接地层为一层铜膜层，可以被分割成相互隔离的区域，每个区域铜膜都与特定的电源/地网络通过焊盘或过孔联通，其作用是可以简化电源和底网格的连线、减少线路阻抗、增强电源网络的抗干扰能力。
中间层的创建方法，可以通过专门的层设置与管理工具----Layer Stack Manager（层堆栈管理器）实现，具体操作选择菜单命令【设计】/【层堆栈管理器】，在弹出的对话框内可以方便的设置需要的层。以四层板为例，设置的两个中间层分别为电源层（Power表示）和地线层（GND表示），所连接的网络号不设置。值得注意的是，对于四层板，一般的选择层的方式是信号层、电源层、地层、信号层。更好的选择层的方式是信号层、电源层、信号层、地层。
2.2 内电层的分割方法
规划和设置好中间层，元件布局完成后，就可以进行内电层的分割，Protel DXP 2004的内电层的分割比以前的版本简单和方便得多。具体操作方法，选择菜单命令【设计】/【PCB层次颜色】或者直接按快捷字母键L，即可调出【板层和颜色】面板，这样可以将不需要的层关掉（比如顶层、底层、其他中间层），显示需要的分割层，以电源层为例，将电源层【Power】打钩以在PCB界面上显示“Power”层。 回到PCB操作界面，选择菜单命令【放置】/【直线】或者快捷键P/L，调出画线工具，选中要分割的电源焊盘（如VCC），形成一个闭合曲面，双击闭合的框，弹出对话框，选择分割出来的这个闭合区域所连接的网络（VCC）。一个分割好的内电层已完成，其他的电源网络（VDD）的操作类似。
3、多层电路板电磁兼容设计
3.1 多层电路板电磁兼容的一般原则
多层电路板电磁兼容设计时，需要从PCB材料与板层数、元器件、元器件布局等因素考虑，PCB材料上，一般的电子产品选择FR4环氧玻璃树脂基板，对于高频电路，需要选择介电常数高，介质损耗小的材料，比如聚四氟乙烯玻璃纤维基板；对于元器件的选择原则，要选择元器件的封装类型小、电源脚与递交成对配置、输入输出管脚均匀分布的元件，高频元器件还需要注意其他问题；多层电路板的布局原则，确定PCB的总体结构，选择合适的传输线模型和合理的分层来抑制PCB上的电磁干扰，要比外屏蔽好的多。另外，要确定包括高频器件、高压器件、可调器件以及大型、异型器件在内的特殊元器件的布局。
3.2 多层PCB电源和地部分的电磁兼容设计
由于高速电路工作时，电源供电存在瞬间变化的供电电流，电磁干扰容易耦合到其他功能单元。对于电源部分的设计应遵循几个原则：选择合理的供电方式导线要粗，供电环路面积应最小，不同电路的供电环不能重叠等；添加滤波器或者去耦电容，电源输入端使用大容量电解电容（10-100μF）作为低频滤波，并联一个小陶瓷电容（0.01-0.1μF）做高频滤波，一般至少每3片集成块有一个去耦电容；另外，对电源也应进行有效的隔离。
地线的实质是电路返回电源的低阻抗途径，接地是有效消除干扰的重要方法，一般要从以下方面着手控制：正确选择单点接地与多点接地，频率小于1MHz使用单点接地方式，工作频率大于10MHz时，使用多点接地方式；将数字地与模拟地分开；尽量加粗地线并使接地线构成封闭环路；地层上的分割缝不能阻挡高频回流的通路，避免将连接器安装在地层分割缝上。具体设置方法选择菜单命令【设计】/【规则】，在弹出的选项框内点击High Speed，可以设计高速PCB的电磁兼容设置。
4、结语
Protel DXP 2004电路板设计功能较以往版本强大很多，在多层板的设计方面，但有些设计完全靠软件完成，显然不尽人意，尤其多层板的内电层的分割，元器件的布局，电磁兼容设计的考虑上，导线的走线上，还需要设计者手工操作，多层板的设计，很多教材和书籍介绍不多，通过本文的介绍希望能对PCB设计的学习者和工作者带来帮助。
参考文献
[1]刘刚,彭荣群.Protel DXP 2004 SP2原理图与PCB设计[M].北京:电子工业出版社,2007.6.
[2]程路,郑毅,向先波.Protel 99 SE多层电路板设计与制作[M].北京:人民邮电出版社,2007.4.
[3]曾小波.一种在Protel99SE中非层次原理图子电路元件的自动编号方法[J].电脑知识与技术,2010(04).
[4]周春阳.基于Protel DXP的印刷电路板设计[J].沈阳工程学院学报 (自然科学版),2006(01).
[5]王芳.PCB电磁兼容设计原则及其实例分析[J].印制电路信息,2010(06).
[6]林若波.PCB电磁兼容设计中的电源和接地研究[J].电子测试,2007(01).
电路板设计范文3
关键词: Protel 99SE印制电路板电路原理图基本流程
一、前言
随着计算机技术的飞速发展,各行各业无不在寻求计算机技术的支持,特别是电子信息制造业。利用计算机进行产品设计的CAD软件也日益丰富,使产品设计人员能够高效率地进行各自领域的产品分析和设计等工作。
利用EDA工具,可以使电子产品从电路设计、性能分析到IC版图或PCB版图设计的整个过程都在计算机上自动处理完成,从而减少手工设计中繁重劳动,并保证设计的规范。Protel 99SE则是EDA软件的杰出代表,该软件基于Windows平台的32位EDA设计系统,具有丰富多样的编辑功能、强大便捷的自动化设计能力、完善有效的检测工具等。下面笔者以一个具体的555振荡器的例子,系统地讨论如何应用Protel 99SE软件进行印制电路板的设计。
二、印制电路板(PCB)设计
印制电路板(PCB)设计主要包括电路原理图设计和PCB电路板设计两部分。
1.电路原理图设计的一般步骤
电路原理图设计流程见图1。
2.印制电路板设计的基本流程(见图2)
该555振荡器电路的原理图见图3。
(1)规划印制电路板
规划电路板主要是确定电路板的物理边界、电气边界、板层结构和布局要求等任务。
首先,定义电路板的形状和尺寸(物理边界),其次,用户在4个机械层中的一个上确定电路板物理边界,而在其它的机械层上放置尺寸、角标、参考孔位置。该555振荡器电路的物理边界设置成30 mm×40 mm。最后,定义电路板的电气边界。
(2)设置参数
参数设置包括工作层的参数、PCB编辑器的工作参数、自动布局和布线参数的设置等。
在进行印制电路板设计时,确定其工作层,包括信号层(Signal layers)、内部电源/接地层(Internal Planes)、机械层(Mechanical layers)等。印制电路板分为单层板、双层板和多层板。
(3)加载网络表
网络表是自动布线的关键,是连接电路原理图和PCB图的桥梁。
(4)元器件的放置与布局
元器件的放置要符合元器件布局的一般规则;布局是指将元件的封装整齐、合理地放置在电路板所限定的范围内。布局有两种方式:手工布局和自动布局。
(5)布线(Routing) 规则设置
元器件的封装在印制电路板上布局完成后,就可以布线了。
布线同布局一样,可分为手工布线和自动布线,复杂的电路一般都是采用自动布线的,然后手工进行调整,以达到最佳效果。在进行自动布线之前,首要工作就是设置“自动线规则”。
在该555振荡器电路中,走线间距设置成15 mil,走线转角方式为45度。本电路图布线工作层面选择底层,线宽中将一般走线设成25 mil。为了提高电路的抗干扰能力,增强系统的可靠性,往往需要将电源/接地线加宽,因此电源和接地网络设成50 mil。
(6)自动布线和手工调整
只要元器件的布局合理,布线参数设置得当,系统就可完成自动布线。Protel 99SE自动布线的成功率可达到100%,但是线路中存在许多令人不满意的地方,因此,必须经过手工调整,完善电路板。最终自动布线和调整后的图如图4所示。
(7)生成各种PCB报表及输出
PCB报表是为方便用户查询和管理电路板而建,印制电路板详细信息可以记录在各种不同报表中。PCB可生成“已选管脚报表”(Selected Pins)“电路板信息报表”(Board Information)、“元件报表”(Bill 0f Materials)、“设计文档报表”、“网络状态报表”(Netlist Status)、“钻孔文档”等文档。 电路板布线完毕,就可以输出电路板图,并将输出结果送到厂家进行制作。
(8)文件的保存和输出
完成PCB设计后,应将文件保存,然后利用各种图形输出设备,输出PCB图。
三、结语
使用Protel 99SE不仅可以绘制电路原理图和设计印制电路板,而且可以进行电路仿真。
参考文献:
[1]胡春花.基于PROTEL99的印制电路板设计[J].镇江高专学报,2007.4.
[2]熊建平.Protel99SEEDA技术及应用[M].北京:机械工业出版社,2008.
电路板设计范文4
【关键词】单片机；存储显示；AD采集电路板
一、设计目的
电子爱好者在业余条件下进行实验，有时需连续进行大量数据测量，如测试充电电池的放电容量，但人工测量读取大量数据，测试周期短时会手忙脚乱，而周期长时要受长时间等待之苦。这时就要有一台自动测量记录仪该多好啊！但专业的AD采集模块价格较贵，且操作比较复杂。于是很多电子爱好者想到了用单片机测量和记录，但目前市场多数单片机实验板或学习板都采用8位精度的AD转换芯片如ADC0832和PCF8591，精度较低，且存储数据多用串行EEPROM 24C02或24C04，容量十分有限，为此，本人设计了一种结构简单的带存储显示功能的AD采集电路板，方便广大电子爱好者测量和采集使用。
二、电路结构和原理
电路原理图如图1所示，主要由单片机和液晶显示器构成，单片机采用STC 12C5410AD，DIP封装有20脚和28脚两种选择，由于液晶屏并口连接占用较多引脚，所以本设计采用28脚封装。之所以选用STC单片机，主要因该类单片机有如下优点：一是同价位下STC单片机内部EEPROM容量大，5410系列为2K，5620系列为4K，省去了另配EEPROM的麻烦；二是将对外通信串口和ISP在线编程接口合二为一，减小了引脚占用，相比AVR系列可节约3个I/O口；三是内部集成了复位电路和时钟电路，可使电路更简单。
由于STC单片机I/O口驱动电流可达25mA，因此蜂鸣器和发光二极管均直接驱动。为了安全起见，在蜂鸣器电路上加了22欧的限流电阻R7，实验表明，对发声强度影响不大。
为了能实时显示测试数据，采用LCD1602液晶屏作为显示器件，比LED数码管显示来说，功耗较低，显示字符较多，且为静态显示，占用系统资源少。由于显示功能较全，所以在采集数据量较小时可直接在显示屏上读取，而不一定与上位计算机连接。
由于定时采集的周期准确性和与上位机通信的要求，本电路采用11.0592MHz外部晶振作为系统时钟，若对定时要求不高，也可用内部RC振荡电路作为时钟。
由于单片机的AD基准电压即为其供电电压，所以要求供电电压是确定的值，不同的电脑USB输出电压虽然也稳定，但可能会有所不同，多在4.5-5.1V之间，因此采用HT7144低压差稳压电路进行稳压，该电路1脚为地，2脚为输入，3脚输出，输入输出最小压差仅0.1v，输出电压4.4V，电流约30mA。
S1为电源开关，S2-S4用来调整采集周期和采集数据个数。
R1-R3和DW1-DW3为限压保护用，RW1用来调节液晶屏对比度。
为了便于扩展功能，本电路板设计两路继电器输出，并带发光二极管指示，方便单片机爱好者进行开发，如进行温度控制、电压控制等，读者自制时可根据需要进行取舍。
图1 采集板电路原理图
三、采集板的主要指标：
1.采集回路共有二路，每路分0-4.4V，0-44V两档。
2.采集数据量20-1000个，设定值200以下，以10为单位改变，200-1000，以50为单位改变。
3.采集数据周期1-600s，设定值60以下，以1为单位改变，60-600，以10为单位改变。
4.采集精度：10位二进制。
5.工作电压4.5-5V，工作电流20-30mA。
四、单片机程序原理
单片机程序采用C语言编制，主程序包括液晶屏显示程序、按键处理程序、读写EEPROM程序、AD采集程序、串口发送程序等，各子程序读者可在其它杂志和网上搜索。
五、采集板使用方法及注意事项
1.与上位机连接时采用USB转TTL下载线，既可省去MAX232转换电路和供电电路，又能适用于无串行口的笔记本电脑。使用USB转TTL信号线前要安装好PL-2303HX的驱动程序，下载地址：安装方法有说明，装上以后就会虚拟出一个COM口，记下该串口号，下载或接收数据都要用到这个端口。
2.按顺序接好线：若不用专用电源，只需将USB转TTL线的一端插入电脑中的一个USB口中，另一端的红、黒、绿、白四根线分别接采集板上VCC，GND，RXD TXD，若使用另外的稳压电源，一定注意正负极不要搞错，并且USB转TTL线的红色电源线一定不要接，防止两路电压相差过大而损坏其中之一。
3.打开采集板配套的应用程序”配套接收程序.exe”，设置好接收端口号，填上采集板电源电压、电压衰减倍数、并选择接收方式为16进制接收，打开串口等待单片机采集完成后发来数据。
4.按下采集板上电源按钮S1送电，液晶屏上显示”zhouqi 60s”，这时按S2按钮，周期增加，按S3按钮，周期减小，按S4确定，液晶显示屏上显示”cishou 200”，按S2按钮，采集次数增加，按S3按钮，采集次数减小，按S4确定，蜂鸣器响一声，开始进行延时等待。
5.过一段时间后，采集板采集到两个数据，第一行显示”001 XXXX V”，第二行显示”002 XXXX V”，001/002为序号，XXXX是单片机采集到电压值，所有数据采集完毕，蜂鸣器长响一声，蓝色指示灯亮，表示单片机正在将采集到的数据发往上位计算机，发送完毕，指示灯熄灭。上位机从收到第1个数据后约5S，字符串直接显示在左侧接收区内，并自动进行合并和换算处理，保存于文本文件或EXCEL表格中。
6.传送数据完成后，按下S4按钮，液晶显示屏从1号开始重新显示刚才采集到的数据，每3s变化一次，方便小数据量时的人工读数，免除接上位计算机之烦。
7.读取完毕，本次程序结束。
8.本板子单片机芯片采用活动IC插座，方便使用者作为编程器使用，下载编程软件用STC_ISPV4.83版，程序下载地址：http：///
9.上位机程序采用Visual Basic开发，为EXE可直接执行文件，不用安装。但360等杀毒软件往往会提示为木马或危险程序，当出现警告时，选择继续运行或允许使用即可。若经常大量接收数据，应及时删除或另外保存以前的数据，防止该文件过大，打开和查看都不方便。
10.由于上位机有很强的计算能力，因此可对不同分压比的测量电压进行换算，读者可在输入电路上串入任意阻值的限流电阻，然后在接收程序中自行设定取样电路分压比，由上位机进行换算.但为了便于在液晶屏上显示，板上电压扩展电路的分压比采用10倍，这样在人工读取时若需要量程换算，只需将显示值乘10即可。
参考文献
[1]宏晶科技.STC12C5410AD系列单片机器件手册[S].2005，12.
电路板设计范文5
【关键词】高速电路 板级电路 电源完整性
现代电子产品为了应对市场的需求，在电路的设计及其应用板级电路上都有着显著的提高，但也正因为如此，致力于系统工作频率、芯片开关的速率的提高，导致产生了多种系统性的问题，严重影响了设计出来后产品的质量。因此文章在高速电路设计及其在板级电路中的最初，将例如电源系统完整性、SI、PI等问题提出，分析并拟定相关的解决办法。
1 高速电路的含义与现状
1.1 高速电路的含义
高速电路在含义上主要有两方面，分别是设计电路频率高与数字信号跳变快。⑴当数字逻辑电路的频率达到了50MHz以上时，且占到了整个系统的三分之一可称为高速电路；⑵当数字信号上升或下降的时间与信号周期相比的比率大于5%时，即可称为是高速电路。
1.2 高速电路的现状
当前的电子技术一般是应用在通用系统中，电子技术也随着时光的推移，一步步的向前迈进。92年的电子系统期间的工作频率只有40%是在30MHz以上，且体积大，管脚少；94年有50%的工作频率达到了50MHz，使用封装方式的器件开始大量的出现在市场上。在96年以后，大部分电子系统的工作频率已经达到了100MHz以上，且体积小与管脚数多。但也是因为高速发展的因素，电子系统设计在对体积改变的同时，电路在布局的时候，布线的密度就会增大，信号频率就在提高，信号边沿也呈现出不断变陡的状态。
以印刷电路板（PCB）为例，其是高度电路设计应用在板级电路中的一个代表性产品，其线迹互连是和板层特性跟系统电子性能是有着非常重要的影响的，在进行评定系统性能的设计时，必须要对PCB板材的电参数进行考量，如使用传统的方法进行设计，将无法促使PCB得到很好的运作。
2 高速电路的理想传输线设计
在上文了解到，以PCB为例，需采用高速电路设计才可让PCB运作。PCB的走线是作为传输高速电路的传输线，且PCB上传输线的时序问题是成为整个PCB时序裕量的重要组成部分。高速电路应用在板级电路上传输线的设计时，分别是微带线与带状线。通过现实案例，可以确定系统时钟的特性阻抗、传输延迟与时钟单板叠层的方式。
（1）在计算特性阻抗时，可通过仿真结果进行表示，如将特性阻抗控制在30欧姆～80欧姆之间时，即可正常工作。
（2）在确定传输延迟时，根据相差最坏的情况进行计算，微带线的传导延迟为150PS/in，带状线为180PS/in。系统时钟的传导时间公式为T长=13*0.18=2.34ns，T短=5*0.15=0.75ns。
（3）在计算单板叠层时，设时钟板为8层，4个信号层与4个平面层，板厚为2mm。在进行叠层设计时，需要考量板材的介电常数、层间介质厚度以及布线宽度。
3 高速电路的非理想互联
在高速电路的设计中，电子产品频率的损耗、阻抗不连续以及拐角影响都是属于非理想互联。该部分在过去高速电路设计中，经常会被忽略，在现代技术的高速发展中，该种问题就显得非常的严峻。
3.1 传输线损耗
在上文了解到，由于电子技术的发展是朝着更加小，更加快的方向发展，传输线的尺寸与原件也处于不断缩小的态势中。传输线一旦受到损耗，将会直接影响电子数字系统的性能，从而减少信号幅度，影响时间裕量。而传输线的损耗也可分为导体直流损耗、介质直流损耗、集肤效应以及频率的介质损耗[4]。
3.2 码间干扰
一旦信号沿着传输线进行传输时，因为反射、串扰等信号跳变的原因，总线上的噪声会对传输线上的信号产生影响，促使其时序与信号质量出现恶化，最终超过允许的容县。在进行高速电路设计时，为避免码间干扰，首先需要仔细分析码间干扰对性能产生的作用。其次是在每次跳变时，对码间干扰的时序进行采样。
3.3 90°影响
在进行每一块PCB设计中，中部分连线以及所有的连线都会出现弯曲的现象。在进行设计时，需考虑哪一些因素会对建立模型造成影响，并采用经验测量的方式，对得到的集总参数电容模型是否适合系统有个充分的认识，从而了解到在何时可对模型进行修正。针对于90°弯线的经验模型，就相当于是在传输线上加上一个方块的额外电容，在进行计算时，90°的额外电容值应当是要加到模拟发生弯曲的传输线上。
4 高速电路设计的三方面
4.1 电源系统完整性
电源系统的完整性是由SI、PI以及EMI所组成的。SI常见的问题有反射、串扰、抖动以及同时开关噪声。在进行SI设计时，需要将上述问题限定在系统噪声的裕量当中，才能够实现驱动器与接收器之间的稳定传输。PI是需要能够满足最大瞬态的电流供应，电压变化在最大容许波动范围内，电源系统自身能够阻抗最大值。在对EMI进行设计时，为了确保电子产品各个模块能够满足的电磁兼容特性，在设计标准中，需对测试项目、测试时的环境、测试设备以及不同频段的对应限制进行设计。
4.2 非理想回路
在进行非理想回路设计的时候，最为基本的设计原则就是尽量的减少非理想回流路径。在选择上可选电感最小路径，选择该路径，其回流路径的不连续所引起的最基本效应，能够增加串联电感。第二个则是选择信号跨越地平面上的沟槽，因为是有很小很少的一部分的地回流是通过沟槽电容穿过沟槽，剩余部分绕过沟槽。假设沟槽非常的长，那么信号线在跨越沟槽的时候就会成为开路，促使串联电感增加，到地电容减小，阻抗也得到增加。
5 结语
综上所述，现代社会的高速电路发展跟半导体工艺改进技术有着非常明显的联系，通过工艺改进技术，板级电路芯片集成度越高，功能就越强，相应的，芯片的面积也会越小。文章简要的对设计之初的几个问题进行了分析，其最终目的是设法促使设计出的电子系统整体性能达到最优效果。
参考文献
[1]张灵松.高速电路中板级PI和EMI的分析与设计[D].浙江大学，2013.
[2]商世伟.高速电路设计及其在板级电路中的应用[D].上海交通大学，2014.
作者简介
王东霞（1979-），女，山东省宁津县人，山东大学工学硕士，现为德州职业技术学院讲师。研究方向为电路与系统。
电路板设计范文6
关键词：电子实训 Multisim 10 仿真 PCB设计
中图分类号：TN02 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）05-0164-02
电子实训是电子类专业学生必修的一门实践课程，通过该课程的学习，使学生在电子元器件选用、电子电路分析设计、计算机仿真测试、电路板焊接与装配，电子产品调试以及编写技术文件等方面受到一次综合训练。我校在《模拟电子》、《数字电子》课程结束后都安排了电子专项实训，教师提出设计要求，让学生自己从设计到装配、调试都经历一遍，所以电子专项实训既巩固了学生的理论知识，又提高了他们的操作技能。
1 Multisim 10和Protel DXP软件的比较
在电子实训过程中使用较广的EDA软件是Multisim和Protel ，这两个软件都具有电路设计和仿真功能，但是Multisim软件的长处是电子仿真，而Protel软件的长处是PCB设计。美国NI公司推出的Multisim 10软件具有强大的仿真能力，既可对模拟电路或数字电路进行仿真，也可进行数模混合仿真，尤其新增了射频电路的仿真功能。Altium公司的Protel DXP软件具有强大的电路设计自动化功能，其印刷电路板设计模块的设计规则和检查工具比Protel 99 SE更加完善，为设计高质量的印刷电路板提供了可靠的保障。本文以设计一个模拟声响电路为例，论述Multisim 10和Protel DXP在电子实训课程中的综合运用。
2 电路设计和仿真
2.1 电路设计
电子实训中要求设计一个模拟声响的电路，这个电路主要是通过两片555定时器结合简单的器件来实现。按照设计要求，学生通过查阅资料可以设计出较多方案，模拟不同的声响，这样学生在电路设计中发挥的空间比较大，不局限于一个电路，电路初步设计好之后，通过Multisim 10来仿真。图1所示为其中一个电路，555定时器U1、U2分别构成一个多谐振荡器，元器件参数确定后，根据多谐振荡器的频率计算公式，U1的输出波形频率是680Hz，U2的输出波形频率是9.345KHz。由于U1的输出端接U2的复位端，故只有U1输出为高电平时，U2振荡器才振荡，U1输出为低电平时，U2停止振荡，通过U1的输出来控制电路最终的输出，使扬声器发出9.345KHz “呜呜”的间歇声响。
2.2 Multisim 10仿真分析
因为电子仿真是Multisim软件的长处，所以图1的电路在设计时，要求学生用Multisim 10软件来绘制，这样就把设计和仿真贯穿起来。电路绘制结束后，选择虚拟仪表双通道示波器来仿真U1、U2的输出波形。示波器的控制面板可以根据需要来调节，微调时间基准（time base），设定通道A（channel A）和通道B（channel B）的量程如图2所示，设置完毕后通过示波器观察到波形如图2所示。由于在设计时已经理论计算出波形频率，根据仿真波形图测算出的频率与理论值基本相等，设计得到验证。
3 网络表生成和PCB板设计
3.1 网络表生成和修改
根据实训要求，电路原理图设计好之后学生需进行电路板的布局布线设计，这就需要使用Protel DXP软件，而采用Multisim 10绘制的原理图的数据要导入PCB设计系统中需要一座桥梁——网络表。由于Multisim中选取的元件部分是虚拟元件，仿真所用仪器也是虚拟仪器，这就会出现和Protel不兼容的情况，所以在生成网络表之前要先去掉虚拟仪器，部分虚拟元件也要用连接器代替。在本例电路中，虚拟示波器XSC1需去除，5个虚拟电容也要用连接器代替。电路修改之后执行菜单“Transfer/Export to PCB Layout”，在弹出的对话框中选择保存类型“Protel（*.net）”，输入文件名之后就生成了电路对应的网络表，如网络表无法生成，一般问题都在虚拟器件上，根据提示修改即可。
网络表生成后，运行Protel DXP软件，新建工程，调用网络表并把它添加入新建的工程中。考虑网络表中原有元器件封装与设计要求不符，需要修改封装，元器件封装的选取根据设计的实际情况来定。
3.2 PCB板设计
作为桥梁的网络表修改确定后，在工程中添加一个PCB文件并且设定电路板尺寸，执行菜单“Design/Import Changes From *.PriPCB”导入网络表，所有元件就被更新到PCB板上，检查元件正确后，根据设计和工艺要求布局布线，从而完成PCB板的设计工作。图1中电路的PCB版图如图3所示。
4 结语
把Multisim仿真和Protel 制版的结合作为电子实训的辅助设计工具，既可以帮助学生高效进行方案选择和参数确定，又可以练习印刷电路板的制作。在电子实训中引入这种设计方法，大大丰富和优化了实训教学内容，使学生掌握更多新知识，得到更多锻炼。
参考文献
[1]王连英.基于Multisim 10的电子仿真实验与设计[M].北京：北京邮电大学出版社，2009.8.
