在低頻下,電子部件在電路板上的布置可以非常自由和容易地進行。最終設計和散熱是唯一需要監控的關鍵點。然而,在高頻下,組件的位置至關重要,即使在電氣上有效,錯誤的定位也會損害整個系統的功能。
組件在電路板上的位置是任何項目的重要組成部分。許多工程師經常嘗試繞過此階段,以便首先解決可能更重要的問題。
在高頻下,仔細放置元件非常重要,因為這對于優化信號路徑和改善電路操作至關重要。電路板上組件的最佳放置不再僅僅由電子學中嚴格的理論規則來定義。強大的程序使開發人員能夠創建高度復雜的電子電路,從而使這一決定變得更加容易。
更通用的規則應與縮短關鍵路徑的長度,主電路和控制電路之間的物理隔離以及模擬部分和數字部分之間的區別有關。仔細的布局有助于提高電路的效率,并減小其尺寸。
高頻元件的定位
如果電信號超過1 MHz的頻率,則系統可能變得至關重要,尤其是在電氣和電子組件(尤其是電容和電感組件)的位置方面。組件即使彼此電連接,其行為也取決于它們的布置,形狀和電連接的大小。有時將電容器或線圈移動幾厘米就足以完全改變電路板的性能。無線電發射器和接收器,RF放大器和其他在高頻下運行的設備就是這種情況。請記住,當這些信號處于MHz量級時,信號會離開電路并傳播到外部。甚至接線和連接的微小變化都會(正面或負面地)影響設備的運行。
圖1顯示了使用小型高頻電路的這種敏感性。特別是在這種電路和解決方案的情況下,接地點應放置在靠近組件的位置,以避免形成會損害HF系統正常功能的長信號線。電子組件的連接距離不應太遠,尤其是在接地點,因為很容易發生不希望的自然振蕩。相反,如果可能,組件應連接到單個接地層。
圖1:在高頻電路中,接地平面的面積必須非常有限,并且與其相連的組件應盡可能靠近在一起。
調諧和放大元件之間的連接必須非常短,特別是如果工作頻率超過8-10 MHz。對于高頻LC電路,盡管電連接保持不變,但電感器相對于電容器的物理旋轉有時會完全改變電路的效率(見圖2)。
圖2:在高頻情況下,電抗性組件電連接是不夠的,但是必須正確布置它們。
放置用于散熱的組件
優化印刷電路板和放置電子元件始終是一項艱巨而艱巨的任務(見圖3)。通常,連接各種元件(電阻器,電容器,電感器,集成元件等)的導電路徑必須非常短,并且設備必須非常靠近。如果您主要在高頻下工作,這是正確的。但是,減小連接長度可能會導致熱問題,從而導致局部加熱不均勻,并導致乍一看無法理解的缺陷。在這些情況下,最好將組件和熱通道平行放置在板上。現代方法提供了確定最佳組件位置的快速方法,從而實現了均勻的熱流分布。由此帶來的好處是整個系統的熱性能更好。
圖3:工作溫度測量和熱模擬有助于正確定位電子元件。
使用方程式來解決問題的純粹科學方面也很有用。阿為每個單獨的元件的性能的數學模型被認為是,其描述了在電子電路基板上的空氣的溫度。電路板由帶有熱敏元件的柵格組成,這些元件會產生熱量,但同時通過對流的強制冷空氣冷卻。這些模型提供了組分和空氣溫度的方程式。線性數學模型通常會產生出色的結果。
組件的放置和遺傳算法
隨著人工智能的出現,電子行業也參與其中。遺傳算法集成在一起,可以優化電子元件的位置,尤其是評估操作過程中的熱量(見圖4)。首先,將它們放在表面上并通過強制氣流對流進行冷卻。熱模型是二維的。因此,該算法通過遵循各種熱標準來優化位置和距離。在下一階段,遺傳算法用于優化電子元件在電路板上的位置,這一次是使用三維熱模型。對于這種類型的優化,軟件將執行數百萬個排列和組合,直到找到最佳排列。
圖4:遺傳算法對于優化電路板上組件的位置非常有幫助。
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