電子CAD課程的設計技巧應用研究

駱雪匯 李亮賢

摘要： 本文主要介紹了在電子CAD課程教學中幾個PCB設計技巧應用問題，對傳統的教學內容進行了相應改革，提高了電子CAD課程教學的質量，增強了技能課程的實踐性。

關鍵詞： 《電子CAD》課程PCB 設計技巧

《電子電路設計》課程是一門理論與實際聯系密切，且極具實踐性的新興課程，是電子專業的核心技能課程之一。近年來，高職院校的項目教學改革中發現，在《電子CAD》課程的教學過程中，往往只是將重點放在對電子電路CAD應用軟件的熟練操作上，卻忽視了對PCB板設計的一些技巧應用，與企業的生產實踐脫節。

實踐證明，如果在電路原理圖設計中，這些都沒有問題，但印制電路板設計不合理，同樣會對電子產品的可靠性產生嚴重影響。比如，如果在印制板中存在兩條細平行線走線且靠得很近，就會形成信號波形的延遲，在傳輸線的終端產生干擾。因此，在設計印制電路板的時候，應學會掌握各種電路設計技巧，注意采用正確的設計方法。為此，我們在《電子CAD》課程的教學內容方面進行了全面的創新，增加了PCB設計技巧應用技能，充分提高了課程的教學質量，增強了技能課程的實踐性。

一、PCB布線技巧應用

1.輸入與輸出分開走。當輸入是一個小信號，而輸出是一個被放大了的比較強的功率信號，布板時應避免輸入信號與輸出信號走得太近，萬不得已時，小信號與功率信號也不能平行走線。

2.模擬和數字分開走。如果線路板上既有數字電路又有模擬電路，那么就要盡可能分開走線。這是因為數字信號頻率往往比較高，而模擬信號的敏感度比較強。因此，高頻的數字信號線盡可能遠離敏感的模擬電路器件。

3.信號與電源分開走。在系統工作的時候，電源的成分并不純凈，為防止引起干擾，信號線應避免與電源的正極平行走線，尤其是以開關電源供電的高頻電路。（如圖1）

4.高頻與低頻分開走，高頻信號輻射也能引起低頻部分的穩定和噪聲。比如：低頻的電路中，小信號與功率信號的地線盡量分開走，到電源輸出端處匯合，也就是我們常說的一點接地，避免大面積鋪地，高頻電路中要盡量就近接地，最好是大面積鋪銅，以防止高頻信號的肌膚效應造成地之間的電位差引起的系統不穩定。

5.此外在PCB布線時還有如下細節需要注意：IC電源腳輸入端需要接電容濾波；防止靜電干擾：機殼接大地，即能滿足要求。特殊情況下，電源輸入、數字量輸入串接專用的防靜電器件；布線方向應規劃，盡量不要在模擬信號與數字信號線隔開時，才用一點接地法，總之，需要靠經驗才能Layout完美的電路板。

二、PCB布局技巧應用

在PCB設計中，布局同樣是一個非常關鍵的環節。布局情況的好壞將直接關系到布線效果的優劣，因此在板的整個設計過程中，合理的布局是PCB設計成功的第一步。而由于市場產品的多樣化，我們還要考慮整體美觀，因為一個產品的成功與否，除了要注重內在質量，還要兼顧整體的美觀，只有兩者都較完美，才能認為該產品是成功的，才能獲得市場的認可。

這里以“DSP控制接口電路”為例。因此在這里，以功能模塊布局是該電路布局的一個重要原則。這個原則就是布局按照信號的流向關系使關鍵的高速信號走線最短，其次考慮電路板的整齊、美觀。時鐘信號應盡可能短，如果不行，則應在時鐘信號線的兩側加屏蔽地線。對于比較敏感的信號線，也應考慮屏蔽措施。時鐘電路具有較大的對外輻射，會對一些較敏感的電路，特別是模擬電路產生較大的影響，因此在電路布局時應讓時鐘電路遠離其他無關的線路。為了防止它的對外輻射，一般設計時就應讓它遠離I70電路和電纜連接器。低頻數字I70電路和模擬I70電路應靠近連接器，時鐘電路、高速電路和存儲器等器件常布放在電路板最靠里（遠離拉手條）的位置。中低速邏輯電路一般布放在電路板的中間位置。如果有A/D、D7A電路，則應放在電路板最中間的位置。（見圖2）

三、高頻電路布線技巧應用

隨著數字器件朝著高速、低功耗、小體積、高效率、高抗干擾性、高穩定度和高集成度的方向發展，必然對印刷電路板的設計提出了更多新要求。這本身是因為高頻電路與低頻電路會存在諸多干擾，比如有電源噪聲、傳輸線干擾、耦合、電磁干擾等方面。那么如何在電子CAD課程教學中讓學生掌握這些技能就顯得相當重要了。這里就利用Protel軟件的PCB設計功能來有效地解決這些問題。

1.采用多層板以降低干擾高頻電路，這樣集成度較高，布線密度大。所以采用多層板既是布線所必需的，又是降低干擾的有效手段。Protel軟件提供了16個銅線層和4個電源層。合理選擇層數能大幅度降低印版尺寸和提高電路的抗干擾能力。

2.電源線與地線布線的處理。多級電路為防止局部電流產生地阻干擾，各級電路應分別一點接地（或盡量集中接地），高頻電路在30MHz以上時，則采用大面積接地，這時各級的內部元件也應集中一小塊區域接地。在實際設計中，我們通常用專用電源層和地層，這樣就能更好地實現就近接地，并有效地降低寄生電感，縮短了信號的傳輸長度，可以大幅度地降低信號間的交叉干擾等問題，所有這些都對高頻電路的可靠工作是有利的。

3.集成芯片的布線。在集成電路塊的附近可以設置一個高頻退耦電容，由于電子CAD軟件在自動放置元件時不會考慮退耦電容與被退耦的集成電路間的位置關系，而是由軟件隨意放置，可能會導致兩者間相距太遠，退耦效果不好，這時必須用手工移動元件的辦法事先干預兩者位置，使之靠近。（見圖3）

4.敷銅處理。敷銅的主要目的是提高電路的抗干擾能力，同時對于PCB散熱和PCB的強度有很大好處，敷銅接地又能起到屏蔽的作用。在安全間隔設計上要求小信號間0.1mm以上均可以、不含耦合因素。但對諧振、發射來講就有銅泊之間安全距離要求，原則1mm間隔約1千V以內。另外還需考慮阻抗變化、寄生耦合、自激等問題。需專門問題專門處理。

這些PCB技巧在我們的平時課堂教學中及高職教材上面很容易被忽視，可是對PCB專業人員來說卻是必須掌握的。因此，在本課程的教學中，我們增加了這些PCB設計技巧，達到了對課程改革的職業目標要求。

參考文獻：

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