电子设计基本概念100问解析（81-90问）

凡亿PCB

2021年5月12日 14:24

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1.80 什么是平衡铜，他的作用是什么？

答：平衡铜，是在PCB上铺的一些没有网络的网格铜皮，并没有实质的电气连接。在PCB板上铺平衡铜的作用主要就是为了起平衡作用，防止PCB板发生翘曲。因为PCB板的叠层结构出现不对称的时候，会出现这样一种情况，其中某一层的铜会非常多，而相对应的层的铜很少，出现这种情况的时候。就会在铜箔相对于来说少的哪一层，来铺上一些没有网络的铜箔，来增加铜箔的含量，这样的铜箔我们就叫平衡铜，主要目的就是起平衡作用，达到让叠层对称，对称的层铜箔的含量的尽量一致。

1.81 什么是PCB中的正片与负片，有什么区别？

答：正片，一般是pattern制程，其使用的药液为碱性蚀刻。是在顶层和地层的的走线方法，用Polygon Pour进行大块敷铜填充。其工艺为：需要保留的线路或铜面是黑色或棕色的，而不要部份则为透明的。经过线路制程曝光后，透明部份因干膜阻剂受光照而起化学作用硬化。显影制程会把没有硬化的干膜冲掉，然后在铜面上镀锡铅，然后去膜，接着用碱性药水蚀刻去除透明的那部分铜箔，剩下的黑色或棕色底片便是我们需要的线路。

负片，一般是tenting制程，其使用的药液为酸性蚀刻。走线的地方是分割线，即生成负片之后整一层就已经被敷铜了，只需要分割敷铜，再设置分割后的网络即可。其工艺为：需要保留的线路或铜面是透明的，而不要的部份则为黑色或棕色的。经过线路制程曝光后，透明部份因干膜阻剂受光照而起化学作用变得硬化。显影制程会把没有硬化的干膜冲掉，在蚀刻制程中，去除底片黑色或棕色的铜箔，去膜以后，剩下的底片透明的部份便是线路。

PCB正片和负片是最终效果是相反的制造工艺。PCB正片的效果：凡是画线的地方印刷板的铜被保留，没有画线的地方敷铜被清除。如顶层、底层…的信号层就是正片。

PCB负片的效果：凡是画线的地方印刷板的敷铜被清除，没有画线的地方敷铜反而被保留。Internal Planes层（内部电源/接地层）（简称内电层），用于布置电源线和地线。放置在这些层面上的走线或其他对象是无铜的区域，也即这个工作层是负片的。

1.82 什么叫做单点接地？

答：单点接地，工作频率低（<1MHz）的采用单点接地式，即把整个电路系统中的一个结构点看作接地参考点，所有对地连接都接到这一点上，并设置一个安全接地螺栓，以防两点接地产生共地阻抗的电路性耦合。多个电路的单点接地方式又分为串联和并联两种，如图1-51所示，由于串联接地产生共地阻抗的电路性耦合，所以低频电路最好采用并联的单点接地式。为防止工频和其它杂散电流在信号地线上产生干扰，信号地线应与功率地线和机壳地线相绝缘。且只在功率地、机壳地和接往大地的接地线的安全接地螺栓上相连（浮地式除外）。更多关于单点接地的处理方法，可以到本书学习论坛“PCB联盟网”免费下载资料学习。

电子设计基本概念100问解析（81-90问）的图1

图1-51 单点接地分类示意图

1.83 什么叫做跨分割，有什么坏处？

答：我们PCB中的信号都是阻抗线，是有参考的平面层。但是由于PCB设计过程中，电源平面的分割或者是地平面的分割，会导致平面的不完整，这样，信号走线的时候，它的参考平面就会出现从一个电源面跨接到另一个电源面，这种现象我们就叫做信号跨分割。跨分割的现象如图1-52所示。

跨分割，对于低速信号，可能没有什么关系，但是在高速数字信号系统中，高速信号是以参考平面作为返回路径，就是回流路径。当参考平面不完整的时候，会出现如下影响：

Ø 会导致走线的的阻抗不连续；

Ø 容易使信号之间发生串扰；

Ø 会引发信号之间的反射；

Ø 增大电流的环路面积、加大环路电感，使输出的波形容易振荡；

Ø 增加向空间的辐射干扰，同时容易受到空间磁场的影响；

Ø 加大与板上的其它电路产生磁场耦合的可能性；

Ø 环路电感上的高频压降构成共模辐射源，并通过外接电缆产生共模辐射。

电子设计基本概念100问解析（81-90问）的图2

图1-52 跨分割现象示意图

1.84 什么是ICT测试点，设计要求有哪些？

答：ICT，In Circuit Tester，自动在线测试仪，是印制电路板生产中重要的测试设备，用于焊接后快速测试元器件的焊接质量，迅速定位到焊接不良的引脚，以便及时进行补焊。在PCB设计中，就需要在设计中添加用于ICT测试的焊盘。ICT测试可以检测的内容有：线路的开短路、线路不良、元器件的缺件、错件、元器件的缺陷、焊接不良等，并能够并能够明确指出缺点的所在位置。

一般来说,ICT常用的设计要求如下所示：

Ø ICT测试点焊盘大小直径为40mil，最小不小于32mil；

Ø 测试点或者固定孔不能被障碍物挡，不能添加在元器件里面；

Ø ICT测试的是信号网络，尽可能多地覆盖网络，最好100%的网络，严格的会对器件的空管脚也进行ICT测试；

Ø 测试点尽量在同一面，可以减小测试成本；

Ø 可用作测试的点包括：专用的测试焊盘、元器件管脚（常见的是通孔）、过孔；

Ø 测试点的测试焊盘要阻焊开窗；

Ø 测试点中心间距尽量不小于50mil，过近测试难度大，成本高；

Ø 测试点到PCB板边的距离有一定的要求，推荐为100mil，最少要50mil。

1.85 什么是DC-DC电路？

答：DC-DC电路，指的是直流/直流转换电路，主要的目的就是为了电压的变换，通过开关变换的方式将直流变换成直流的电路，就被称为DC-DC电路。DC-DC电路必须有调整管，调整管工作于开关状态或者是线性放大状态就决定了其工作方式。

DC-DC电路的应用领域很广泛，应用于数字电路、电子通信设备、卫星导航、遥感遥测、地面雷达、消防设备和医疗器械教学设备等诸多领域。

DC-DC电路的优点有很多，如：功耗小、效率高、体积小、重量轻、可靠性高、自身抗干扰性强、输出电压范围宽、模块化功能强等等。

DC-DC电路可以分为以下三类：

Ø Buck Converter，降压型DC-DC电路；

Ø Boost Converter，升压型DC-DC电路；

Ø Buck- Boost Converter，降压升压型DC-DC电路。

1.86 什么是LDO电路？

答：LDO即low dropout regulator，是一种低压差线性稳压器，使用在其线性区域内运行的晶体管或 FET，从应用的输入电压中减去超额的电压，产生经过调节的输出电压。所谓压降电压，是指稳压器将输出电压维持在其额定值上下 100mV 之内所需的输入电压与输出电压差额的最小值。正输出电压的LDO（低压降）稳压器通常使用功率晶体管（也称为传递设备）作为 PNP。这种晶体管允许饱和，所以稳压器可以有一个非常低的压降电压，通常为 200mV 左右；与之相比，使用 NPN 复合电源晶体管的传统线性稳压器的压降为 2V 左右。负输出 LDO 使用 NPN 作为它的传递设备，其运行模式与正输出 LDO 的 PNP设备类似。更新的发展使用 MOS 功率晶体管，它能够提供最低的压降电压。使用功率MOS，通过稳压器的唯一电压压降是电源设备负载电流的 ON 电阻造成的。如果负载较小，这种方式产生的压降只有几十毫伏。

低压降（LDO）线性稳压器的成本低，噪音低，静态电流小，这些是它的突出优点。它需要的外接元件也很少，通常只需要一两个旁路电容。新的LDO线性稳压器可达到以下指标：输出噪声30μV，PSRR为60dB，静态电流6μA（TI的TPS78001达到Iq=0.5uA），电压降只有100mV(TI量产了号称0.1mV的LDO)。LDO线性稳压器的性能之所以能够达到这个水平，主要原因在于其中的调整管是用P沟道MOSFET，而普通的线性稳压器是使用PNP晶体管。P沟道MOSFET是电压驱动的，不需要电流，所以大大降低了器件本身消耗的电流；另一方面，采用PNP晶体管的电路中，为了防止PNP晶体管进入饱和状态而降低输出能力，输入和输出之间的电压降不可以太低；而P沟道MOSFET上的电压降大致等于输出电流与导通电阻的乘积。由于MOSFET的导通电阻很小，因而它上面的电压降非常低。

LD0的四大关键数据是压差Dropout、噪音Noise、电源抑制比（PSRR）、静态电流Iq，所以我们在选择应用LDO的时候，尽量结合这四大要素去进行选择即可。

1.87 什么是零欧姆电阻，它的作用有哪些？

答：零欧姆电阻又称为跨接电阻器，是一种特殊用途的电阻，0欧姆电阻的并非真正的阻值为零，欧姆电阻实际是电阻值很小的电阻。正因为有阻值，也就和常规贴片电阻一样有误差精度这个指标。电路板设计中两点不能用印刷电路连接，常在正面用跨线连接，这在普通板中经常看到，为了让自动贴片机和自动插件机正常工作，用零电阻代替跨线。

零欧姆电阻的作用有如下几种：

Ø 在电路中没有任何功能，只是在PCB上为了调试方便或兼容设计等原因；

Ø 可作跳线使用，避免用跳针造成的高频干扰（成为天线）；

Ø 在匹配电路参数不确定的时候，以0欧姆代替，实际调试的时候，确定参数，再以具体数值的元件代替；

Ø 0欧姆电阻实际是电阻值很小的电阻，想测某部分电路的耗电流的时候，接0欧姆电阻，接上电流表，这样方便测耗电流，可用于测量大电流；

Ø 在布线时,如果实在布不过去了,也可以加一个0欧的电阻，当做跳线；

Ø 在高频信号下，充当电感或电容（与外部电路特性有关）电感用，主要是解决EMC问题，如地与地，电源和IC焊盘之间；

Ø 单点接地，指保护接地、工作接地、直流接地在设备上相互分开,各自成为独立系统；

Ø 做电路保护，充当低成本熔丝；

Ø 跨接时用于电流回路。当分割电地平面后，造成信号最短回流路径断裂，此时，信号回路不得不绕道，形成很大的环路面积，电场和磁场的影响就变强了，容易干扰/被干扰。在分割区上跨接0欧电阻，可以提供较短的回流路径，减小干扰；

Ø 在数字和模拟等混合电路中，往往要求两个地分开，并且单点连接。我们可以用一个0欧的电阻来连接这两个地，而不是直接连在一起；

Ø 配置电路，一般产品上不要出现跳线和拨码开关。有时用户会乱动设置，易引起误会，为了减少维护费用，应用0欧电阻代替跳线等焊在板子上。

1.88 对于PCB板的散热，有哪些好的措施？

答：对于电子设备来说，工作时都会产生一定的热量，使设备内部温度迅速上升，如果不及时将该热量散发出去，设备就会持续的升温，器件就会因过热而失效，电子设备的可靠性能就会下降。因此，对电路板进行很好的散热处理是非常重要的，一般我们会采取如下措施：

Ø 通过PCB板本身散热，随着元器件集成化、小型化发展越来越快，我们需要提高与发热元件直接接触的PCB自身的散热能力，通过PCB板传导出去或散发出去；

Ø 对发热量大的器件加上散热片或者是导热管，温度如果还是降不下来，可采用带风扇的散热器，以增强散热效果；

Ø 对于采用自由对流空气冷却的设备，最好是将集成电路（或其他器件）按纵长方式排列，或按横长方式排列；

Ø 铜箔线路和过孔是热的良导体，因此我们可以提高铜箔剩余率和增加导热地过孔；

Ø 合理对元器件进行布局，发热量小或耐热性差的器件（如小信号晶体管、小规模集成电路、电解电容等）放在冷却气流的最上流（入口处），发热量大或耐热性好的器件（如功率晶体管、大规模集成电路等）放在冷却气流最下游；

Ø 对于大功率器件，尽量的靠近PCB板边放置，以便减少这些器件工作时对其他器件温度的影响；

Ø 设备内印制板的散热主要依靠空气流动，所以在设计时要研究空气流动路径，合理配置器件或印制电路板；

Ø 避免PCB上热点的集中，尽可能地将功率均匀地分布在PCB板上，保持PCB表面温度性能的均匀和一致。

1.89 PCB的验收标准有哪些？

答：国外主要标准有：国际电工委员会（IEC）249和326系列标准；美国IPC 4010系列和IPC6010系列和IPC-TM-650标准以及军标MIL系列标准；日本JPCA5010系列标准：英国的BS9760系列标准等。

我国有关印制板的标准分为国标、国军标和行业标准三个系列，国标主要有：GB4721～4725等系列的材料标准；GB4588系列的产品和设计有关标准；GB4677系列的试验方法标准。国军标主要有：GJB 362A（总规范）和GJB2424(（基材）系列标准。行业标准主要有：SJ 系列标准（电子行业）和QJ 系列标准（航天行业）等。

国标GB4588系列标准中规定了印制板各项性能和要求，但是没有质量保证要求；而IPC标准系列配套性好，适用性强，我国的PCB标准制修订正向这方面努力。在IPC的印制板验收标准中IPC－A－600F以验收要求的图解说明为主，图文并茂，技术要求直观，主要是说明了能直接观察到的或通过放大和显微剖切能观察到的印制板内部和外部质量状况，但是没有通过其他方法测量的技术要求和质量保证条款；IPC－6011系列标准对印制板的各项技术要求全面，也有质量保证条款。所以本文将以印制电路的现行的国家标准GB4588系列及美国IPC6011系列和IPC－A－600F标准为基础，对印制电路的性能及验收要求作较为详细的介绍，并着重说明了制定这些要求的目的，采用了600F的部分图形，以供读者能直观地更好地理解标准，并起到抛砖引玉的作用，共同讨论正确理解标准的原意。对于PCB设计师了解这些验收标准，可以帮助设计时考虑PCB的可制造性，为设计时留有必要的工艺余量提供一些有用的参考数据。