電子電路設(shè)計(jì)的實(shí)用技巧研究

摘要：電子電路設(shè)計(jì)種類多、形式復(fù)雜，設(shè)計(jì)過程中需加強(qiáng)技巧性控制，保證設(shè)計(jì)原則、方法等滿足工程應(yīng)用需求。應(yīng)用中的電子電路多為多層基本電路組合構(gòu)成，根據(jù)工程實(shí)際需要進(jìn)行相應(yīng)規(guī)范化的設(shè)計(jì)工作。文章對布局布線科技的發(fā)展趨勢和應(yīng)用情況加以分析，并闡述了PCB產(chǎn)品設(shè)計(jì)中抗影響的主要手段，如電源線的產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程、地線產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程、合理使用電容，以及對可制造性問題進(jìn)行了剖析。

關(guān)鍵詞：電子電路;設(shè)計(jì)研究;實(shí)用技巧中圖法分類號(hào)：TN702 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Research on practical skills in electronic circuit design

MNEG Yongliang

（The 54th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation， Shijiazhuang 050081， China）

Abstract： There are many types and complex forms of electronic circuit design. Its practicality requires that technical control should be strengthened in the design process to ensure that the design principles and methods meet the needs of engineering applications. The electronic circuits in the application are mostly composed of multi-layer basic circuits， and the corresponding standardized design work is carried out according to the actual needs of the project. The article analyzes the development trend and application of layout and wiring technology， and expounds the main means of anti-influence in PCB product design， such as the product design process of power lines， the design process of ground line products， the rational use of capacitors， and the ability to manufacture products.

Key words： electronic circuit， design research， practical skills

1引言

電子控制器設(shè)計(jì)工作和人類生活有著密切聯(lián)系，它可以給人類日常生活提供很大的便利。同時(shí)，現(xiàn)今在電子行業(yè)迅速發(fā)展的過程中，將電子控制器產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作作為電子行業(yè)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)員的設(shè)計(jì)流程中應(yīng)該具備較多的理論性。另外，電子設(shè)備工業(yè)有著良好發(fā)展的歷史，一般民眾都必須掌握電子電路設(shè)計(jì)中的實(shí)用技巧，以便使集成電路的產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程緊跟現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展腳步。為此，電子產(chǎn)品控制器的專業(yè)設(shè)計(jì)人員更應(yīng)該仔細(xì)鉆研集成電路的具體特性，并利用理論和實(shí)際相結(jié)合的方法加以研究，在對復(fù)雜的電路板進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)的過程中，就可以具備熟練的計(jì)算技巧，并最終使產(chǎn)品質(zhì)量得到明顯的提高[1]。

2電子電路的設(shè)計(jì)原則

（1）整體性原則

電子電路設(shè)計(jì)初期，需加強(qiáng)整體性分析，保證內(nèi)部各個(gè)元件關(guān)系明確、整體與外部環(huán)境之間關(guān)系清晰，進(jìn)而掌握電路性質(zhì)、類型、設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)功能、信號(hào)和控制之間的關(guān)系等要素?；疽c(diǎn)分析如下：首先，電子電路必須加強(qiáng)綜合分析的作用，保證全面整體性設(shè)計(jì)。其次，分析中加強(qiáng)局部小綜合元件的控制，即對電路元件的部分考察分析中，需要加強(qiáng)局部綜合作用的效果分析。最后，加強(qiáng)分析作用，保證電子電路綜合分析后進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)。

（2）功能性原則

任何大規(guī)模、復(fù)雜度高的電子電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)均可分為小規(guī)?；倦娮与娐纷酉到y(tǒng)。一般設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，將電子電路按獨(dú)立功能進(jìn)行對應(yīng)模塊劃分，全面分析各個(gè)模塊的基礎(chǔ)功能和實(shí)現(xiàn)價(jià)值，保證設(shè)計(jì)結(jié)果能夠合理實(shí)現(xiàn)，然后根據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行對應(yīng)元器件的選取工作，加強(qiáng)各個(gè)參數(shù)的合理化對比分析，保證單元電路的設(shè)計(jì)科學(xué)性、功能性。

（3）最優(yōu)化原則

最優(yōu)化原則是指設(shè)計(jì)理念在升華環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)內(nèi)容必須實(shí)現(xiàn)電子控制器的基本功能之上，同時(shí)必須做好對器件結(jié)合、模塊搭配和耦合功能的有效管理，以確保電子電路的設(shè)計(jì)與信號(hào)處理、數(shù)據(jù)傳輸方面充分優(yōu)化設(shè)計(jì)。需要進(jìn)一步加強(qiáng)設(shè)計(jì)單元模塊的功能提升，以完善設(shè)計(jì)階段參數(shù)分析、優(yōu)化指標(biāo)管理，并利用目標(biāo)參數(shù)優(yōu)化控制選擇合適的設(shè)計(jì)方案。

（4）可靠性和穩(wěn)定性原則

作為現(xiàn)代電器設(shè)備的核心元素，電子電路設(shè)計(jì)的品質(zhì)、性能、成本等具有較大影響。電器設(shè)備的性能、使用壽命等與電子電路相關(guān)度較高。電路形狀、元器件的選擇方面，對電氣設(shè)備安全性影響較高。在工程設(shè)計(jì)中需充分注意：在符合電器功能要求的前提下，盡可能簡化電路構(gòu)造;減少對多功能、高性能產(chǎn)品的片面追求;充分落實(shí)以軟件取代硬件的產(chǎn)品設(shè)計(jì)原則;以數(shù)字電路為主，模擬電路為輔進(jìn)行設(shè)計(jì)。充分考慮各種干擾因素影響，降低設(shè)計(jì)過程中干擾負(fù)面作用[2]。

3PCB抗干擾設(shè)計(jì)

電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)工作中，需避免印制電路時(shí)出現(xiàn)設(shè)計(jì)錯(cuò)誤;充分考慮產(chǎn)品加工工藝的可行性;注意加強(qiáng)產(chǎn)品生產(chǎn)效率控制、降低生產(chǎn)成本，保證設(shè)計(jì)工作的合理性。

（1）電源線的設(shè)計(jì)過程

在了解印刷線路板輸出電壓大小的基礎(chǔ)上，人們便應(yīng)增加供電線的長度，并阻止環(huán)路電流的發(fā)展，使位置線方向和數(shù)據(jù)傳輸方向保持一致，這將使電子控制器具備較強(qiáng)的抗噪聲能力。

（2）地線的設(shè)計(jì)過程

地線的設(shè)計(jì)流程也應(yīng)該按照更具體的原則，數(shù)字地和虛擬地應(yīng)該處在相互分離的模式中，如果無縫線中不但存在邏輯線路，還存在線性電路，要求二者被迅速分離。而對低頻的集成電路來說，工程設(shè)計(jì)人員也應(yīng)該采用單點(diǎn)并連接地的方式，在實(shí)際布線流程中產(chǎn)生問題時(shí)，也應(yīng)該采用連接后再并連接地的方式。同時(shí)，當(dāng)人們在進(jìn)行高頻電路布線時(shí)，應(yīng)該采用多點(diǎn)并聯(lián)連接的方式，位置線應(yīng)該短而粗。而對高頻元件來說，應(yīng)該采用柵格狀大面積鋪銅的方式，位置線應(yīng)該慢慢被加粗。另外，若連接線具備較大的強(qiáng)度時(shí)，宜將連接電位隨著電流大小而進(jìn)行改變，從而使抗噪聲的能力得到提高。在連接線被加粗的情況下，便可使電壓順暢地進(jìn)入印刷板。最后，為了使連接線處在閉環(huán)的工作模式中，對以數(shù)碼電路所構(gòu)成的印刷板來說，則必須遵守此項(xiàng)地線設(shè)計(jì)原理。

（3）電容的合理運(yùn)用

在對集成電路進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，首先應(yīng)該恰當(dāng)?shù)厥褂秒娙萜髟O(shè)計(jì)，并對印刷板中的幾個(gè)重要地方加以全面考慮。第一，在把電源進(jìn)口端跨接入10～100uf的電解電容器的基礎(chǔ)上，若數(shù)字為小于100uf時(shí)，表明電容器設(shè)計(jì)已處在最佳的工作狀況中。第二，在集成電路存儲(chǔ)器中應(yīng)布設(shè)一個(gè)0.01pf的瓷片電容器，若印刷板的空隙不足，便可在五負(fù)八號(hào)存儲(chǔ)器中再布設(shè)一個(gè)1～10pf的電容器設(shè)計(jì)。第三，在RAM，ROM的內(nèi)存件以及在供電線路和地纜中間，均應(yīng)接入適當(dāng)?shù)碾娙萜髟O(shè)計(jì)。第四，電容器接地距離不宜太長，高頻電路的容量中也不得安放導(dǎo)線。在此基礎(chǔ)上，還應(yīng)考慮兩點(diǎn)特別的規(guī)定。首先，當(dāng)印刷板存在接觸器、繼電器等部分時(shí)，在對集成電路工作進(jìn)行運(yùn)算的過程中，可能會(huì)產(chǎn)生電流大量釋放的現(xiàn)象，而在使用RC集成電路工作的基礎(chǔ)上，就可以大量吸收釋能的電流。第二，由于CMOS的輸入阻抗通常會(huì)處在較高的模式中，而且很容易受到系統(tǒng)電壓感應(yīng)的干擾，因此我們在對它進(jìn)行應(yīng)用的同時(shí)，也應(yīng)該采取不同的連接供電處理方式。

4PCB布局及布線技巧分析

（1）PCB布局技巧

設(shè)計(jì)中，布局質(zhì)量高低對布線效果影響顯著，合理的布局是PCB設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)必須兼顧兩個(gè)方面：一是功能品質(zhì)的提高，二是對外觀整體美感程度的控制。要考慮的因素主要包括：第一，充分保證布線的布通率是電路布置的核心任務(wù)，要認(rèn)真思考在移動(dòng)元件時(shí)與飛線的連接，緊湊、合理地布置與有連接關(guān)系的元件，以防止行走路線過長;第二，數(shù)字器件盡可能遠(yuǎn)離模擬器件，防止交叉影響;第三，去耦電容必須盡量接近電子元件的VCC。

（2）PCB布線技巧

目前，隨著微孔、單片等高密度集成系統(tǒng)的發(fā)展，高科技手段已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于人們的生活中。同時(shí)，自有角度布線、自動(dòng)布局和3D布局技術(shù)等都應(yīng)成為設(shè)計(jì)人員所必須掌握的知識(shí)。然而，在早期電路設(shè)計(jì)的過程中，不具有專門的布局軟件，也不具有較多進(jìn)行布線的軟件，使整體設(shè)計(jì)具有較大的難度。現(xiàn)今在高密度單芯片技術(shù)逐步發(fā)展的基礎(chǔ)上，布局與布線技術(shù)將呈現(xiàn)一體化的發(fā)展趨勢，在電路設(shè)計(jì)過程中具有重要的地位。當(dāng)前，布局布線技術(shù)已經(jīng)獲得較大的進(jìn)步，人們在應(yīng)用這些軟件時(shí)，將能解決設(shè)計(jì)過程中的一體化問題，并且在較短的時(shí)間內(nèi)，設(shè)計(jì)人員便能設(shè)計(jì)出各種形式的電路板。同時(shí)，在電子產(chǎn)品快消時(shí)代來臨的情況下，手動(dòng)布線將會(huì)耗費(fèi)人們過多的時(shí)間，其不符合時(shí)代的發(fā)展需求。而在運(yùn)用自動(dòng)布線功能的基礎(chǔ)上，此技術(shù)將與市場中的產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求緊密結(jié)合在一起。

人們在運(yùn)用這一技巧時(shí)，能對電磁兼容、電磁干擾、串?dāng)_等情形具有充分的了解。同時(shí)，現(xiàn)今布局布線的約束條件處于逐年增加的狀態(tài)，人們在布線過程中應(yīng)具有較大的靈活性，從而使不同的約束條件都能夠獲得有效的化解，進(jìn)而在自動(dòng)布線技術(shù)迅速普及的過程中，它已經(jīng)成為PCB設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)過程中的一項(xiàng)重要工具，并成為需要掌握的新型硬件技術(shù)[3]。

5布局布線技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用

目前，由于微孔、單片等大高密度芯片上系統(tǒng)的蓬勃發(fā)展，高科技手段也被應(yīng)用到人類的日常生活中。同時(shí)，自有多角度布線、自動(dòng)設(shè)計(jì)和三D布局技術(shù)等都將成為工程設(shè)計(jì)技術(shù)人員所需要了解的技術(shù)。但是，在早期集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)的流程中，既不存在專業(yè)的布線軟件，也不存在較多用于布線的應(yīng)用軟件，使整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程存在很大的困難。而現(xiàn)今在大密度單晶芯片技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)和布線技術(shù)已呈現(xiàn)出了全球化的發(fā)展趨勢，這在整個(gè)集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)流程中十分關(guān)鍵。當(dāng)前，布局布線技術(shù)已得到了進(jìn)一步發(fā)展，我們在使用此類軟件的同時(shí)，也將能夠破解產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程中的一體化難題，而且在較短的時(shí)間里，產(chǎn)品設(shè)計(jì)員便可以設(shè)計(jì)出不同類型的電路板。同時(shí)，在電子快消時(shí)尚已經(jīng)到來的前提下，自動(dòng)布線系統(tǒng)將會(huì)耗費(fèi)我們過多的時(shí)間，而無法適應(yīng)電子快消時(shí)尚的發(fā)展進(jìn)程。但在使用自動(dòng)布線系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，這些技術(shù)也會(huì)和市場上的新設(shè)計(jì)需求緊密聯(lián)系在一起。

人們在使用布局布線技術(shù)時(shí)，能了解電磁兼容、設(shè)備控制、串?dāng)_等情況。并且，由于現(xiàn)今對布局布線技術(shù)的限制逐漸增多，因此人們在布線流程中也應(yīng)該具備靈活應(yīng)用的能力，以便使各種限制問題都得以合理化解。在自動(dòng)布線技術(shù)快速普及的過程中，其逐漸成為PCB工程設(shè)計(jì)及技術(shù)人員設(shè)計(jì)流程中的一個(gè)關(guān)鍵工具，使得相關(guān)人員掌握了新的硬件核心技術(shù)。

6可制造性分析

對現(xiàn)代電子的制造流程來說，制造時(shí)都會(huì)依靠SMT，所以人們必須熟悉電路的構(gòu)成，以便設(shè)計(jì)出可以滿足制造需要的產(chǎn)品。

多功能燈由主控板、按鈕等部分構(gòu)成。在制造工藝流程中，我們通常把SMT分成掛膠制程（波峰焊，采用貼片膠）和錫膏制程（回流爐，使焊錫膏用）。與傳統(tǒng)布章工藝技術(shù)有所不同，前者經(jīng)回流爐時(shí)只產(chǎn)生焊接效果，而后者經(jīng)回流爐時(shí)則產(chǎn)生焊接效應(yīng)。在設(shè)計(jì)主控板時(shí)，還需注意如何選擇陰陽家極拼板及其優(yōu)缺點(diǎn)以及如何選擇拼板及其個(gè)數(shù)。主控板的正、反面元件布置不均，且部分位置的吸熱作用較大、散熱能力較差、環(huán)境溫度較高，在焊接過程中容易出現(xiàn)板翹曲問題。但經(jīng)過比較研究發(fā)現(xiàn)，后者的合理化更佳：運(yùn)用SMT長線優(yōu)勢，打件工作效率更高;節(jié)約網(wǎng)板;運(yùn)用陰陽家極，工作效率更高。

SMT的生產(chǎn)過程包含掛膠制程、返回焊的生產(chǎn)，其中的貼片工序之間存在很大的不同之處，人們在執(zhí)行掛膠制程時(shí)，通常會(huì)使用貼片膠水，而在執(zhí)行返回焊的生產(chǎn)時(shí)，通常會(huì)使用焊膏。所以，當(dāng)人們在從事產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的過程中，都應(yīng)該充分考慮二者的不同特性，并且認(rèn)識(shí)到在生產(chǎn)過程中可能會(huì)產(chǎn)生的不同問題，即在拼接過程中如何使用陰陽家模板。而現(xiàn)今，基本上所有的小電路設(shè)計(jì)板都會(huì)使用陰陽家拼板的方法，而且還會(huì)使用“四拼一”的手段。陰陽家板指當(dāng)人們在拼裝的時(shí)候，每一個(gè)拼板中的同一層都會(huì)產(chǎn)生TO面，即具有PBOTTOM的PCB電路板，這使得產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員在不斷拼裝的基礎(chǔ)上，會(huì)產(chǎn)生一種全新的電路板。另外，在完成SMT制造的過程中，人們也會(huì)實(shí)施焊接，一旦焊接了其中一側(cè)，在貼片機(jī)中的程序便不需加以改變，而采取了翻轉(zhuǎn)的手段之后，人們便可以焊接另一側(cè)，據(jù)此可實(shí)現(xiàn)全板的焊接。

最后，人們在使用傳統(tǒng)拼板手法的技術(shù)基礎(chǔ)上，可以利用陰陽板的優(yōu)勢，使得材料成本逐步降低。同時(shí)，附加工具和輔料被采用的頻次也會(huì)大幅減少，這可以節(jié)省大量的原料費(fèi)用，使得生產(chǎn)利用率獲得提升，從而增加商品的出口量。在人們使用單面板的時(shí)代，元器材往往由手工連接，因此單位時(shí)間內(nèi)的生產(chǎn)利用率就會(huì)大大降低。而陰陽板是一種貼裝程序，它既可以使基板移動(dòng)時(shí)限大幅減少，也可以使生產(chǎn)利用率獲得大幅提高?；诖?，人們在對產(chǎn)品設(shè)計(jì)技能加以掌握的時(shí)候，便可以加深對電子電路的制造流程的印象，同時(shí)在對電子產(chǎn)品的可制造特性加以分析的時(shí)候，人們思維能力就可以得到全方位的提高[4]。

7結(jié)語

當(dāng)人們在對電子控制器產(chǎn)品設(shè)計(jì)的實(shí)用技巧加以認(rèn)識(shí)的時(shí)候，就應(yīng)該注意到產(chǎn)品設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，同時(shí)產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員也應(yīng)該掌握新的技術(shù)和方法，并對產(chǎn)品設(shè)計(jì)模式進(jìn)行改進(jìn)，運(yùn)用理論和實(shí)際相結(jié)合的設(shè)計(jì)原則摸索出更多富有實(shí)用價(jià)值的電子控制器產(chǎn)品設(shè)計(jì)技巧，從而提高各種電子產(chǎn)品的質(zhì)量。當(dāng)工程設(shè)計(jì)人員完全了解這些技巧的時(shí)候，便可找到在工程設(shè)計(jì)中所必須把握的重點(diǎn)，據(jù)此對所有設(shè)計(jì)難題逐個(gè)攻克，以便使電子電路的設(shè)計(jì)過程適應(yīng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的步伐。

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[4]張泓.電子電路設(shè)計(jì)常用調(diào)試方法與步驟[J].電子技術(shù)與軟件工程，2016，12（24）：124?125.

作者簡介：

孟永亮（1979—），本科，助理工程師，研究方向：電路設(shè)計(jì)。