基于STM32的高精度溫度測控系統(tǒng)-PCB設(shè)計(jì)

基于STM32的高精度溫度測控系統(tǒng)，本篇為PCB設(shè)計(jì)分析篇

[ ] 高精度溫度測控儀設(shè)計(jì)原理圖篇（已更新）

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[ ] 高精度溫度測控儀設(shè)計(jì)STM32代碼篇（未更新）

[ ] 高精度溫度測控儀設(shè)計(jì)上位機(jī)篇（未更新）

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上一章我簡單的分析了設(shè)計(jì)一個(gè)高精度溫控系統(tǒng)原理圖的設(shè)計(jì)組成，但對于一整個(gè)項(xiàng)目來說，分析功能，設(shè)計(jì)原理圖只是第一步，第二步則是根據(jù)原理圖來設(shè)計(jì)PCB，這一節(jié)內(nèi)容我主要分享PCB的設(shè)計(jì)思路，即一些注意點(diǎn)，同時(shí)補(bǔ)充一下之前設(shè)計(jì)的一些缺陷與改進(jìn)（干貨很多，記得MARK、、哦）

高精度溫度測控儀設(shè)計(jì)PCB篇

一、PCB布局

不積跬步無以至千里，在原理圖設(shè)計(jì)完成之后，就進(jìn)入到PCB設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，PCB設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)第一步是對PCB的元器件進(jìn)行布局，許多了認(rèn)為布局只是無關(guān)緊要，把注重點(diǎn)放在布線上，實(shí)際上，布局的好壞直接影響了之后的走線難度與信號(hào)質(zhì)量，做布局時(shí)一定要慎重，下面我分享一下我的布局，首先看一下全局圖：

這個(gè)是我的全局電路圖，基本的思想是左邊進(jìn)電源，上邊接輸入輸出，右邊則放置上位機(jī)電路，關(guān)聯(lián)性強(qiáng)的器件盡量放在一起，這樣可以方便布線，同時(shí)增加相關(guān)信號(hào)的關(guān)聯(lián)性，每個(gè)部分的布局我分開分析

電源電路布局

電源電路布局，首先是220轉(zhuǎn)到+/-12V然后通過兩個(gè)高精度降壓芯片（TI公司的TPS芯片）生成+/-5V，因?yàn)檫@里后面要給AD電路提供差模信號(hào)，以及為運(yùn)放供電，所以單獨(dú)用兩個(gè)芯片產(chǎn)生電壓，12V轉(zhuǎn)5轉(zhuǎn)3.3因?yàn)榻o單片機(jī)供電，所以使用了簡單的降壓電路，兩個(gè)降壓芯片成本一兩塊的樣子，布局靠近單片機(jī)就可以，還有一路是5V轉(zhuǎn)到2.5V為AD采集芯片提供基準(zhǔn)電壓的基準(zhǔn)源，本芯片的基準(zhǔn)源精度要求也較高，所以使用了ADR421，是市面上常用的一款芯片，電路都是通過參考芯片手冊的典型電路來設(shè)計(jì)的，各大部分芯片的主要位置放下來之后，就把外圍電路放在對應(yīng)芯片的附近，方便布線，以下就是我的電源布局：

每個(gè)部分的芯片在原理圖上都可以看到，這里我把所有的標(biāo)注都刪除了方便觀看

注意要點(diǎn)：電源布局的時(shí)候要分析以下電流的走向，來放置電容，理論上濾波或者去耦越靠近器件效果越好，同時(shí)有多個(gè)電容濾波的時(shí)候，電容值大的要在前面，容值小的要在后面，如果放置相反，則沒有效果！示例如下

電流一定要在電容之后引出，不然放置效果等于沒有，甚至起到反作用

另外一點(diǎn)就是電源器件工作時(shí)溫度較高，周圍器件最好不要放置工作時(shí)受溫度影響較大的器件！

核心電路布局

核心電路的布局，我的設(shè)計(jì)理念如下：

芯片盡量放在整張PCB板的中間，方便連接其他電路

芯片的外圍電路（復(fù)位、濾波去耦電容、晶振電路）等盡量靠近核心芯片，保證其效果，但又不要靠的太近，留一些空隙給芯片的引腳引出，接到外圍電路上！

用來做阻抗匹配的電阻，盡量靠著輸出口，保證效果

按鍵的布局盡量靠近PCB右下角，因?yàn)榇蠹一旧隙际怯移沧樱玫氖娣俸伲珡?fù)位按鍵因?yàn)椴怀Ｓ茫旁谥行囊矝]問題，LED顯示選一個(gè)明顯的位置就行，但也要注意稍微離其他容易受溫度影響的芯片遠(yuǎn)一點(diǎn)

放置的時(shí)候優(yōu)先考慮非GND的引腳，因?yàn)楹笃阡併~，GND基本上全覆蓋，所以我前期不接地線，最后才做，設(shè)計(jì)難度大大降低

除此之外，因?yàn)楹诵碾娐肥褂玫臄?shù)字地和數(shù)字VCC，所以在其與降壓模塊的VCC和GND要上一個(gè)磁珠做隔離，我的擺放位置如下（上圖中馬賽克位置—尷尬）

**補(bǔ)充一下：**原理圖中連接AGND和DGND的器件都挺多，為了后期蓋GND銅皮的時(shí)候方便，所以我在整體規(guī)劃時(shí)把左半邊分為AGND，右半邊分為DGND進(jìn)行器件布局的，先提前看一下整體的圖

恒流源及AD采集部分布局

PT100的接法是通過恒流源接入，輸出模擬差分信號(hào)，通過多路選擇器，循環(huán)導(dǎo)入8路差分信號(hào)，輸入到AD采集芯片之中，對于信號(hào)電路，設(shè)計(jì)的要求就是盡可能的縮短器件之間的距離，所以我的布局思路就是把恒流源靠近PT100，然后出來的信號(hào)經(jīng)過濾波后，差分等長處理，經(jīng)過選擇器輸入到24位AD采集芯片，保證信號(hào)的完整性，同時(shí)對于這些排列性質(zhì)的器件，在布局上面盡量一致，方便走線，比如所有的電源接口都可以在背面走一條直線，然后過孔引出到頂層，信號(hào)則在頂層直接走線，降低了走線的難度，減少信號(hào)的過孔，保證信號(hào)完整性

光耦輸出布局

光耦的布局要點(diǎn)就是光耦和輸出要靠近，其他的基本沒啥，我放在了PCB的右上角

通信接口布局

通信口一般放在板子側(cè)邊，容易接線，布局要點(diǎn)和之前的一樣，就是同一電路盡量靠近，關(guān)鍵信號(hào)線注意差分走線

二、PCB布線

PCB布局設(shè)計(jì)完成，就到了PCB布線了，我分析一下我的布線方式

電源布線

電源布線注意要點(diǎn)：

電源線寬度：電源線布線前先估計(jì)一下各個(gè)模塊的過電流大小，然后根據(jù)電流大小選擇一下寬度，比如單片機(jī)的電源線一般10mil足夠，電源模塊走線的寬度一般15或20mil夠了，但有時(shí)也要看實(shí)際情況，具體我們可以對照一個(gè)軍用標(biāo)準(zhǔn)表格，不知道是不是真的，但他對應(yīng)的值還算標(biāo)準(zhǔn)（需要可以私信我留下郵箱備注軍用標(biāo)準(zhǔn)，我發(fā)文檔給你）

有的地方布線也需要鋪銅，比如火線和零線的布線就需要直接鋪銅，+/-12V輸出和法拉電容連接的地方鋪銅

布線時(shí)電源接口放置測試點(diǎn)，方便調(diào)試

電源的電流進(jìn)出一定要從濾波電容之前或之后出去，同時(shí)濾波電容GND端回路盡量短，可以在電容旁邊打一個(gè)GND空，但孔位置稍微偏移，不要與焊盤接觸，避免錫流到孔內(nèi)，打孔如下

核心電路布線

核心電路首先布線首先考慮信號(hào)線，電源線稍后布線，信號(hào)線首先布晶振線，兩邊長度盡量等長

再布下載線，這里下載線串聯(lián)了22歐姆電阻做保護(hù)

之后就是連接其他信號(hào)線，因?yàn)橹邦A(yù)留了一定的空隙，所以可以把引腳引出一定長度，在放過孔從底層走線，使布線難度降低

恒流源和AD采集布線

恒流源和AD的信號(hào)線從頂層布線，優(yōu)先連接，同時(shí)注意差分線走線長度對稱，距離控制均勻，因?yàn)榇颂幨悄M差分，允許一定的誤差，展示一下全局圖

此處的電源走線可以通過背面拉一根’主干道‘，器件從主干道’引流‘的方式來，比如8個(gè)器件的A+5V和A-5V電源線布線圖如下（主干道線要寬）

A-5V電源走線

A+5V電源走線

以太網(wǎng)和RS232布線

232的布線沒有需要太注意的地方，以太網(wǎng)因?yàn)槭褂糜腥嗽频拇谵D(zhuǎn)以太網(wǎng)模塊，按照硬件手冊，需要再TX和RX處做100歐姆差分阻抗匹配，我們打開深圳嘉立創(chuàng)公眾號(hào)的阻抗神器做計(jì)算

線距離設(shè)計(jì)5mil，得出線寬10mil，進(jìn)行布線，布線盡量在同一層，線位置的另外一層需要鋪地，差分線的長度盡量等長

設(shè)計(jì)完成之后記得給所有接線進(jìn)行淚滴操作，減小EMI，AD的快捷鍵為：T+E，點(diǎn)擊確定

淚滴鋪好之后按照之前分的AGND和DGND進(jìn)行鋪銅，鋪銅后效果：

鋪銅后正反面（我這里是把所有的絲印都刪除了）

頂層

底層

三、檢查PCB

設(shè)計(jì)規(guī)則一覽

點(diǎn)擊AD的設(shè)計(jì)-規(guī)則，對規(guī)則進(jìn)行編輯，設(shè)置線寬，各種器件，焊盤，線距等等，不同項(xiàng)目有一定的區(qū)別，這個(gè)根據(jù)需求來，比如我這里對所有線的線寬設(shè)置是10，我設(shè)計(jì)的時(shí)候就用10，最低不會(huì)低于8，最高不會(huì)過30進(jìn)行設(shè)計(jì)，具體規(guī)則設(shè)定有什么不懂的地方可以私聊問我，或者在評(píng)論區(qū)提問

DRC

規(guī)則設(shè)計(jì)完成之后就可以根據(jù)規(guī)則進(jìn)行DRC，判斷我們的設(shè)計(jì)是不是滿足自己的需求，不滿足在進(jìn)行修改，項(xiàng)目的DRC結(jié)構(gòu)如下

1個(gè)warning直接忽略了，之后就可以打樣測試了

有不懂的可以直接私信我哦

碼字不易，希望大家給一個(gè)贊（謝謝）

單片機(jī) 硬件開發(fā)

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