PCB导线设计技术

文章摘要：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。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。 LED的发光色与辉度关系 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，

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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。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。

LED的发光色与辉度关系
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。
典型LED驱动电路板的图案(双面电路板)　
b.时段LED的common端子设计
　　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。

　　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。
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，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)。　
湿度传感器CHS-GSS外观湿度传感器的相对-输出电压特性

　　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。R1，R2使用1/4W±1%金属皮膜电阻；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。　
扩大湿度传感器输出范围的电路　
湿度传感器周边电路的pattern
(双面电路板，未标示背面接地) 
　　前两集中介绍了微电脑周边、模拟电路基板、宽带与高频电路基板、电源与功率电路基板，以及数字电路基板导线设计，本篇将接着说明Video应用电路基板导线设计。 
宽带数十MHz video增幅电路图案的设计技巧
模拟信号尤其是类似0～数十MHz video信号宽带电路时，电路图上详细标示信号的流动路径与组件位置非常重要。电流复归型video用OP增幅器HA-5020构成的影像增幅电路(video amplifier)。传统电压复归型OP增幅电路，gain一旦变大时频宽会降低，相较之下电流复归型OP增幅电路，由于理论上频宽取决于复归阻抗值决，因此不受gain的影响可以获得较大频宽。从左侧输入的video信号，利用 (HA-5020)构成的OP增幅器增幅2倍之后输出至右侧。

　　是频宽数十MHz的影像增幅电路基板图案，频率一旦进入影像频宽范围时，电路基板的设计直接影响电路特性，尤其是最短距离的连接，同时沿着电路图的流动路径设计基板图案非常重要。根据以上观点比较，可以确定信号的流动路径与组件的设置，几乎完全一致

　　若影像增幅电路使用芯片型组件，一般比较容易获得预期的动作特性，如果使用传统导线组件，导线的电感成份可能会影响电路特性。

　　提供IC的电源与接地之间插入旁通电容(bypass condenser)，此外脚架附近分别插入47μF电解电容，与并联的0.1μF、0.01μF陶瓷电容，接着再用粗短图案连接，由于受限于组件封装空间，因此等组件封装在电路基板的背面。

　　电源供给源与接地之间插入旁通电容，如果从IC的右侧插入，就无法发挥旁通电容的功能。