單片機(jī)控制板設(shè)計(jì)中問(wèn)題

控制板設(shè)計(jì)的最基本步驟可分為三個(gè)主要步驟：電路原理圖設(shè)計(jì)，生成網(wǎng)表，印刷電路板設(shè)計(jì)。無(wú)論是板卡的設(shè)備布局還是走線等都有特定的要求。

舉例來(lái)說(shuō)，輸入和輸出走線應(yīng)該盡量避免平行，以避免干擾。并聯(lián)兩信號(hào)線時(shí)，應(yīng)為加地線隔離，且兩相鄰層布線盡可能地垂直，并易產(chǎn)生寄生耦合。盡可能將電力和地線分成兩層彼此垂直。線寬方面，對(duì)于數(shù)字電路 PCB可作一回路，即構(gòu)成一地網(wǎng)(模擬電路不能這樣使用)，用大面積鋪銅。

本文就單片機(jī)控制板設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的原則和一些細(xì)節(jié)問(wèn)題作了闡述。

1．元器件布局

對(duì)于組件的布置，應(yīng)盡可能接近彼此相關(guān)的元件，如時(shí)鐘發(fā)生器、晶振、 CPU時(shí)鐘輸入端等，都容易產(chǎn)生噪音，放置時(shí)要盡量靠近。對(duì)容易產(chǎn)生噪聲的器件、例如微小電流電路、大電流電路、開(kāi)關(guān)頻率電路等，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能使其離開(kāi)單片機(jī)的控制電路和存儲(chǔ)電路(ROM、 RAM)的線路，如有可能，可額外制作電路板，以利于抗干擾，提高電路工作的可靠性。

2．去耦電容

試著將去耦電容安裝到關(guān)鍵器件的旁邊，比如 ROM, RAM等。事實(shí)上，印刷線路板走線、插腳連接、接線等都可能包含較大的電感效應(yīng)。較高的電感會(huì)在 電源電路中上產(chǎn)生嚴(yán)重的開(kāi)關(guān)噪聲尖峰。阻止 Vcc走線上切換噪音尖峰的唯一辦法是在 VCC和電源地點(diǎn)之間放置0.1 uF的電子去耦電容。若在線路板上使用表面貼裝元件，則可采用片狀電容直接緊貼元件，并將其固定在 Vcc管腳上。控制板設(shè)計(jì)中盡量采用瓷片電容，這是因?yàn)榇善娙菥邆漭^低的靜電損耗(ESL)且有高頻阻抗，另外，在這個(gè)電容的溫度和時(shí)間中，介質(zhì)的穩(wěn)定性非常好。切忌使用鉭電容，因?yàn)樵诟哳l時(shí)它的阻抗更高。

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應(yīng)該加入100uF左右的電解電容，如果尺寸允許的話，電容量大盡量大一些。

·原則上在進(jìn)行集成電路芯片的旁邊電路設(shè)計(jì)中放置一個(gè)0.01uF的瓷片電容，如果電路板的空間太小而放置不下時(shí)，可以每10個(gè)集成電路電路設(shè)計(jì)上放置一個(gè)1~10的鉭電容。

· 對(duì)控制板設(shè)計(jì)中抗干擾能力弱、關(guān)斷時(shí)電流變化大的元件、 RAM、 ROM等存儲(chǔ)元件，應(yīng)在電源線與地線之間接入適當(dāng)?shù)娜ヱ铍娙荨！?/p>

·控制板設(shè)計(jì)中電容盡量不要使用引線，引線不要太長(zhǎng)，特別是高頻旁路電容不容許帶引線。

3．地線設(shè)計(jì)

單片機(jī)控制系統(tǒng)中，地線的種類很多，有系統(tǒng)地、屏蔽地、邏輯地、模擬式等，地線是否合理，將決定控制板的抗干擾能力。地線及接地點(diǎn)的設(shè)計(jì)應(yīng)注意下列幾點(diǎn)：

合理地布線和模擬布線應(yīng)分開(kāi)，不可同時(shí)使用，應(yīng)將其各自的地線分別連接到相應(yīng)的電源地線。當(dāng)設(shè)計(jì)時(shí)，模擬地線應(yīng)盡可能粗化，并盡可能增加引出端的接地面積。一般說(shuō)來(lái)，對(duì)于輸入輸出的模擬信號(hào)，最好是通過(guò)光耦與單片機(jī)電路之間隔離。

:在邏輯電路印刷電路版設(shè)計(jì)時(shí)，地線應(yīng)構(gòu)成閉環(huán)式，以提高電路的抗干擾能力。

地面線應(yīng)盡可能粗壯。若地線很細(xì)，則地電阻就會(huì)較大，從而引起地電阻隨電流變化，造成信號(hào)電平不穩(wěn)定，從而使電路抗干擾能力降低。如果元件的地線間距允許，應(yīng)保證主地線寬度至少為2~3 mm，元件的接地線應(yīng)為1.5 mm。

· 選擇接點(diǎn)要注意。在板頻小于1 MHz的情況下，由于布線與元件之間的電磁感應(yīng)影響很小，并且由接地電路形成的環(huán)流對(duì)干擾有很大的影響，因此應(yīng)采用一點(diǎn)接地措施，以防止產(chǎn)生回路。在線路板上信號(hào)頻率超過(guò)10 MHz時(shí)，由于接線的電感效應(yīng)明顯，地線阻抗變得非常大，此時(shí)由接地電路形成的環(huán)流不再是主要問(wèn)題。因此應(yīng)采用多點(diǎn)接地，盡可能減小地線阻抗。

4．其他

:電路設(shè)計(jì)中電源線的布置除根據(jù)控制板設(shè)計(jì)要求中電流大小盡量加粗走線寬度外，在布線時(shí)還應(yīng)使電路設(shè)計(jì)中電源線和地線的走線方向與數(shù)據(jù)線的走線方向一致，在布線工作的末尾，用地線將線板的底層鋪滿，這些方法有助于增強(qiáng)電路的抗干擾能力。

:數(shù)據(jù)線的寬度應(yīng)盡可能寬以減少阻抗。當(dāng)數(shù)據(jù)線在0.46~0.5 mm范圍內(nèi)(12 mil)時(shí)，其寬度至少不低于0.3 mm (18 mil~20 mil)就比較理想。

:由于線路板上的一個(gè)過(guò)孔會(huì)產(chǎn)生約10 pF的電容效應(yīng)，這對(duì)高頻電路會(huì)引入過(guò)多的干擾，因此在布線時(shí)，應(yīng)盡量減少過(guò)孔的數(shù)量。再者，過(guò)孔量過(guò)大也會(huì)導(dǎo)致線路板的機(jī)械強(qiáng)度下降。