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單片機控製板開發設計原則

    電子產品的開發是一項精細的工作,設計開發中的任何步驟都需要遵循一定的原則,才能確保開發出合格的電子產品。
控製板開發需要遵循的原則如下:

    (1)PCB設計:在元器件的布局方麵,應該把相互有關的元件盡量放得靠近一些,例如,時鍾發生器、晶振、CPU的時鍾輸入端都易產生噪聲,在放置的時候應把它們靠近些。對於那些易產生噪聲的器件、小電流電路、大電流電路開關電路等,應盡量使其遠離單片機的邏輯控製電路和存儲電路(ROM、RAM),如果可能的話,可以將這些電路另外製成電路板,這樣有利於抗幹擾,提高電路工作的可靠性。

    (2)盡量在關鍵元件,如ROM、RAM等芯片旁邊安裝去耦電容。實際上,印製電路板走線、引腳連線和接線等都可能含有較大的電感效應。大的電感可能會在Vcc走線上引起嚴重的開關噪聲尖峰。防止Vcc走線上開關噪聲尖峰的唯一方法,是在VCC與電源地之間安放一個0.1uF的電子去耦電容。如果電路板上使用的是表麵貼裝元件,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,這是因為這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間上的介質穩定性也很不錯。盡量不要使用鉭電容,因為在高頻下它的阻抗較高。

在安放去耦電容時需要注意以下幾點:

    •在印製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。

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

    •對於抗幹擾能力弱、關斷時電流變化大的元件和RAM、ROM等存儲元件,應該在電源線(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)在單片機控製係統中,地線的種類有很多,有係統地、屏蔽地、邏輯地、模擬地等,地線是否布局合理,將決定電路板的抗幹擾能力。在設計地線和接地點的時候,應該考慮以下問題:

    •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的電源地線相連。在設計時,模擬地線應盡量加粗,而且盡量加大引出端的接地麵積。一般來講,對於輸入輸出的模擬信號,與單片機電路之間最好通過光耦進行隔離。

    •在設計邏輯電路的印製電路版時,其地線應構成閉環形式,提高電路的抗幹擾能力。

    •地線應盡量的粗。如果地線很細的話,則地線電阻將會較大,造成接地電位隨電流的變化而變化,致使信號電平不穩,導致電路的抗幹擾能力下降。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該在1.5mm左右。

    •要注意接地點的選擇。當電路板上信號頻率低於1MHz時,由於布線和元件之間的電磁感應影響很小,而接地電路形成的環流對幹擾的影響較大,所以要采用一點接地,使其不形成回路。當電路板上信號頻率高於10MHz時,由於布線的電感效應明顯,地線阻抗變得很大,此時接地電路形成的環流就不再是主要的問題了。

所以應采用多點接地,盡量降低地線阻抗。
    •電源線的布置除了要根據電流的大小盡量加粗走線寬度外,在布線時還應使電源線、地線的走線方向與數據線的走線方身一致在布線工作的最後,用地線將電路板的底層沒有走線的地方鋪滿,這些方法都有助於增強電路的抗幹擾能力。

   •數據線的寬度應盡可能地寬,以減小阻抗。數據線的寬度至少不小於0.3mm(12mil),如果采用0.46~0.5mm(18mil~20mil)則更為理想。

   •由於電路板的一個過孔會帶來大約10pF的電容效應,這對於高頻電路,將會引入太多的幹擾,所以在布線的時候,應盡可能地減少過孔的數量。再有,過多的過孔也會造成電路板的機械強度降低。

所以應采用多點接地,盡量降低地線阻抗。
    •電源線的布置除了要根據電流的大小盡量加粗走線寬度外,在布線時還應使電源線、地線的走線方向與數據線的走線方身一致在布線工作的最後,用地線將電路板的底層沒有走線的地方鋪滿,這些方法都有助於增強電路的抗幹擾能力。

    •數據線的寬度應盡可能地寬,以減小阻抗。數據線的寬度至少不小於0.3mm(12mil),如果采用0.46~0.5mm(18mil~20mil)則更為理想。

    •由於電路板的一個過孔會帶來大約10pF的電容效應,這對於高頻電路,將會引入太多的幹擾,所以在布線的時候,應盡可能地減少過孔的數量。再有,過多的過孔也會造成電路板的機械強度降低。