将原理图转换为PCB布局步骤概述

在上一篇文章中，我详细介绍了如何为测斜仪子系统创建myschematic设计。在本文中，我们将讨论流程中的下一步：电路板布局。

我们在本文中列出的最终版

没有两个设计师会创建相同的布局，很少有设计师会以相同的方式布置相同的原理图两次。

每个都有多个竞争考虑因素PCB设计，有时候小错误只能保留，因为修复移动部件，通孔或走线后发生的级联变化需要很长时间。引用诗人保罗·瓦列里的话说，“除非出现疲劳，满足感，需要交付或死亡等事故，否则工作永远不会完成。”

考虑到这一点，让我们来看看看看我们如何从这些原理图中走出来：

对于PCB设计来说这个：

隔离电压基准IC

让我们开始吧带电压基准IC，LT1027LS8。正如我们在前一篇文章中所讨论的那样，该IC要求使用三个或最好四个槽来将PCB的部分与电路板的其余部分热隔离和机械隔离。

电压参考的热隔离是重要的是减轻塞贝克效应或热电偶效应。任何时候两种不同的金属（或半导体）的接触点都被加热，在结点之间就会产生电位差。电压可能很小，但对于敏感设备（例如电压参考），它可能足以干扰电路。

那么我们如何在设计中解决这个问题？

解决方案是在电路板的敏感区域周围产生较少的热量，在这种情况下，切入PCB的插槽限制了数量可以从电路板的其他部分迁移的热能。此外，直接在器件下方移除电源和接地层将有助于防止热量从连接到PCB其余部分的电路板的狭窄区域流入器件。

LT1027LS8数据表（上面链接）也可选择推荐聚酯电容器以降低噪音。我选择将电容器延伸到切入电路板的其中一个插槽中，以保护受保护的切口区域尽可能小。电学上这种方法很好;机械地，这可能会产生一个应力点，但我没有进行有限元分析（FEA）来确定多少。

数据表推荐的另一个解决方案是保护环，用于保持输出精度。

什么是护环？

焊接掩模，也称为阻焊剂，在电路板制造过程结束时放在印刷电路板上。它有助于防止铜的氧化，并阻止在电路板组装期间紧密间隔的焊盘之间的焊桥。阻焊剂是非常好的绝缘体;但是，如果铜的相邻位之间存在电位差，则仍然允许一些少量电流流动（在皮安范围内）。在某些情况下，如果需要极高的精度，则需要将这些泄漏电流最小化。

普遍接受的解决方案是包括一个保护环。保护环保持与您要保护的铜部件大致相同的电位。

您可以在下图中看到我用于此设计的保护环。

PCB的保护环部分

在我们的案例中，参考电压的NR（降噪）引脚保持在4.4V，因此电阻分压器（R11，R12）用于产生相同的电压。电阻分压器连接到NR节点周围的走线。

由于保护环与NR节点处于相同的电位，因此没有电流流入或流出NR引脚。去除保护环周围的阻焊剂进一步防止电流从保护环泄漏到周围的铜中。为防止铜氧化，应用少量焊料覆盖走线。

R10（上图中未显示）是一个小型10kΩ微调电位器，用于对输出进行微小改动电压。 C18和C19是去耦电容。

保护信号路径

我布置了测斜仪的两个模拟输出信号，使它们具有相同的迹线长度，使用圆角，并用通孔缝合包围痕迹。这些功能不是必需的，但它们很容易合并，如果它们在信号质量方面提供了很小的改进，那将是值得的。

查看信号痕迹

信号走线遇到R8和R9，5.11kΩ0.1％电阻，构成第一个低通滤波器的一部分。这些电阻器的封装尺寸刚好足以允许保护走线在焊盘之间通过。保护走线连接到缓冲器的输出，减少了（已经很低）通过阻焊膜的漏电流。这对于这块电路板来说是完全矫枉过正的，但保护环是免费的，我试图尽我所能来最大化测斜仪测量的精度。

只使用两个缓冲通道，所以另外两个根据数据表推荐的输出通道浮动，输入通道连接到2.5V。将输出连接到2.5V是路由便利性的问题，尽管输入电压接近0到5 V电源范围的中间电压肯定不会伤害任何东西。

从那里，传感器信号遇到由R3，R4，C6，C7和C8组成的第二低通滤波器; AD8244的数据表推荐使用此滤波器。

第二个低通滤波器（R3，R4，C6，C7和C8）显示在图像的顶部。

通过后在滤波器中，信号最终到达逐次逼近寄存器ADC，后者将信号数字化并将结果数据通过SPI传递给MSP430。在较大的PCB中，MSP430可能放置在ADC旁边，然后是CP2102N。但是，MSP430和CP2102N可以产生热量，在这种设计中，它们被放置在电路板的相对边缘。

电路板层注意事项

正如我在完整的项目文章中所提到的，该电路板有四层：两个用于组件和信号的外层，一层用于接地，一层用于混合功率。

顶层

该板的顶层还有许多模拟和数字信号线，以及作为一个大的铜浇注连接到多层接地网与各种过孔。

PCB的顶层

第二层

PCB的第二层有9-12VDC输入网（红色），地网（深绿色），2.5VDC网（光）绿色）和3.3V净（橙色）。该层演示了几个影响设计质量的决策。

从9-12VDC输入网（红色）开始，您将看到排除使网络无法填充四个机械切口之间的区域。这样做是为了满足电压参考的数据表建议。去除铜会降低耦合到电压参考电路的噪声量，并且还会阻止其他组件产生的热量传递。

地网多边形（深绿色）添加到电路板的这一层，以防止3.3V网络的噪声耦合到信号线。这可以确保顶层的信号具有尽可能低的噪声。

最后，3.3V网络（橙色）。您会注意到左侧有一个大的阴影填充物。这样可以降低3.3V铜浇注和MSP430电容式触摸线之间的电容耦合。对于USB走线，电路板右侧还有一个小的阴影填充。

第三层

PCB的第三层是一个大的地面浇筑。 MSP430电容式触摸线和USB数据线再次出现阴影填充，但除此之外该层也相当不起眼。

第四层

该层包含MSP430，CP2102N和LDO。这些是最有可能产生热量的电路部分。将它们放置在电路板的底部，以便在需要时，它们可以通过导热膏连接到铝载体上的突起以便散热。我将载体设计为牢固安装测斜板的方法。

最后，我不认为这种PCB设计是最佳的。但是，它是一个功能设计，并结合了有趣的布局技术，您可能会发现这些技术对于未来的项目非常有用。