PCB导线设计技术(上)

本文汇集国外厂商的设计数据，分成（上）、（中）、（下）三集、六个单元，详细介绍电路基板导线Layout技巧，包括：微电脑周边电基板路导线设计、模拟电路基板导线设计、宽带与高频电路基板导线设计、电源与功率电路基板导线设计、数字电路基板导线设计，以及Video应用电路基板导线设计。本篇先将介绍计算机周边、模拟电路基板，及宽带与高频电路基板的导线设计技巧。
 
微电脑周边电基板路导线设计
a. LED电流导线的设计
LED组件广泛应用在微电脑接口设备，不过大部份的LED封装位置，距离计算机本身相当远。LED只要维持适当亮度即可的同时，某些情况要求在明亮环境下能够轻易判别LED的辉度，然而即使相同的驱动电流IF，LED的辉度随着发光色出现差异(表1)。如图1所示LED的电流高达数十mA，随着LED电流导线长度与路径的延伸，LED的ON/OFF经常成为周边电路发生切换噪讯(switching noise)的诱因。
　

表1 LED的发光色与辉度关系
　

图1 典型LED驱动电路

因此封装时驱动晶体管必需尽量靠近LED，藉此缩减LED电流IC的流动路径。LED的辉度与驱动电流呈比例，一般设计上是以绿色LED作基准，依照表1的设定值改变各色的电流值。LED电路基板图案可依照图2的矩阵(matrix)方式排列，如此一来外观上显得非常简洁，驱动晶体管则当作数字晶体管(digital transistor)，串联电阻一般是设在电路基板背面。
　

图2 典型LED驱动电路板的图案(双面电路板)
　
b.7时段LED的common端子设计
图3是利用微处理器控制的open drain端子动态驱动阳极(anode)common type 7时段(segment)LED电路图，从电源到7时段LED common端子的导线，基于全时段点灯时电流高达40～100mA的考虑，因此设计上尽量加粗电路基板的图案(pattern)导线宽度。使用双面电路基板与disc lead的场合，组件必需设在显示器的外侧，如此才能避免影响7时段LED的封装作业。芯片(chip)组件若设在基板背面时，如图4所示可以消除显示器周围的组件，如果加上连接器(connector)cn1，封装后的LED模块可以直接固定在微电脑内。

图4是利用电路板图案设计CAD EAGLE软件自动布线，该软件具备全自动自动Layout功能，而且可以不限次数变更设计，此外自动routing可透过试算错误寻求各种路径(route)，不过笔者建议初期设定时，基板背面的布线采直交方式，事后比较容易修改，尤其是类似这种电路，若未特定布线方向成功机率非常低。
　

图3 7时段LED的动态驱动电路图

图4 chip组件构成的7时段LED电路板图案(双面电路板)

c. 高湿度环境用的基板布线
照片1是内建周边电路的湿度传感器CHS-GSS实际外观，如图5所示相对湿度100%时CHS-GSS湿度传感器只有1V，所以可以当作数字电压计直接读取湿度。如果与微处理器的A-D converter连接时，必需转换成5v等级(range)。
　

照片1 湿度传感器CHS-GSS外观
　

图5 湿度传感器的相对-输出电压特性

图6的电路使用单电源，它是由rail to rail OP增幅器构成，可以将湿度传感器的1V转换成5V，此外利用图中的gain微调器VR1，可以使gain成为(1+480/120)=5。

布线设计上为了降低高湿度环境时的漏电(leak)现象，必需避免在OP增幅器接地(ground)之间设置图案，同时尽量加大图案之间的间隔缩减图案导线的宽度。图中R1，R2使用1/4W±1%金属皮膜电阻；图7是auto router绘制的双面电路基板图案，焊接面为全接地(full ground)，本电路基板封装测试试后再用树脂包覆防湿。
　

图6 扩大湿度传感器输出范围的电路
　

图7 湿度传感器周边电路的pattern
(双面电路板，未标示背面接地)