在上一篇文章中，我詳細(xì)介紹了如何為測斜儀子系統(tǒng)創(chuàng)建myschematic設(shè)計(jì)。在本文中，我們將討論流程中的下一步：電路板布局。

我們在本文中列出的最終版

沒有兩個設(shè)計(jì)師會創(chuàng)建相同的布局，很少有設(shè)計(jì)師會以相同的方式布置相同的原理圖兩次。

每個都有多個競爭考慮因素PCB設(shè)計(jì)，有時(shí)候小錯誤只能保留，因?yàn)樾迯?fù)移動部件，通孔或走線后發(fā)生的級聯(lián)變化需要很長時(shí)間。引用詩人保羅·瓦列里的話說，“除非出現(xiàn)疲勞，滿足感，需要交付或死亡等事故，否則工作永遠(yuǎn)不會完成。”

考慮到這一點(diǎn)，讓我們來看看看看我們?nèi)绾螐倪@些原理圖中走出來：

對于PCB設(shè)計(jì)來說這個：

隔離電壓基準(zhǔn)IC

讓我們開始吧帶電壓基準(zhǔn)IC，LT1027LS8。正如我們在前一篇文章中所討論的那樣，該IC要求使用三個或最好四個槽來將PCB的部分與電路板的其余部分熱隔離和機(jī)械隔離。

電壓參考的熱隔離是重要的是減輕塞貝克效應(yīng)或熱電偶效應(yīng)。任何時(shí)候兩種不同的金屬（或半導(dǎo)體）的接觸點(diǎn)都被加熱，在結(jié)點(diǎn)之間就會產(chǎn)生電位差。電壓可能很小，但對于敏感設(shè)備（例如電壓參考），它可能足以干擾電路。

那么我們?nèi)绾卧谠O(shè)計(jì)中解決這個問題？

解決方案是在電路板的敏感區(qū)域周圍產(chǎn)生較少的熱量，在這種情況下，切入PCB的插槽限制了數(shù)量可以從電路板的其他部分遷移的熱能。此外，直接在器件下方移除電源和接地層將有助于防止熱量從連接到PCB其余部分的電路板的狹窄區(qū)域流入器件。

LT1027LS8數(shù)據(jù)表（上面鏈接）也可選擇推薦聚酯電容器以降低噪音。我選擇將電容器延伸到切入電路板的其中一個插槽中，以保護(hù)受保護(hù)的切口區(qū)域盡可能小。電學(xué)上這種方法很好;機(jī)械地，這可能會產(chǎn)生一個應(yīng)力點(diǎn)，但我沒有進(jìn)行有限元分析（FEA）來確定多少。

數(shù)據(jù)表推薦的另一個解決方案是保護(hù)環(huán)，用于保持輸出精度。

什么是護(hù)環(huán)？

焊接掩模，也稱為阻焊劑，在電路板制造過程結(jié)束時(shí)放在印刷電路板上。它有助于防止銅的氧化，并阻止在電路板組裝期間緊密間隔的焊盤之間的焊橋。阻焊劑是非常好的絕緣體;但是，如果銅的相鄰位之間存在電位差，則仍然允許一些少量電流流動（在皮安范圍內(nèi)）。在某些情況下，如果需要極高的精度，則需要將這些泄漏電流最小化。

普遍接受的解決方案是包括一個保護(hù)環(huán)。保護(hù)環(huán)保持與您要保護(hù)的銅部件大致相同的電位。

您可以在下圖中看到我用于此設(shè)計(jì)的保護(hù)環(huán)。

PCB的保護(hù)環(huán)部分

在我們的案例中，參考電壓的NR（降噪）引腳保持在4.4V，因此電阻分壓器（R11，R12）用于產(chǎn)生相同的電壓。電阻分壓器連接到NR節(jié)點(diǎn)周圍的走線。

由于保護(hù)環(huán)與NR節(jié)點(diǎn)處于相同的電位，因此沒有電流流入或流出NR引腳。去除保護(hù)環(huán)周圍的阻焊劑進(jìn)一步防止電流從保護(hù)環(huán)泄漏到周圍的銅中。為防止銅氧化，應(yīng)用少量焊料覆蓋走線。

R10（上圖中未顯示）是一個小型10kΩ微調(diào)電位器，用于對輸出進(jìn)行微小改動電壓。 C18和C19是去耦電容。

保護(hù)信號路徑

我布置了測斜儀的兩個模擬輸出信號，使它們具有相同的跡線長度，使用圓角，并用通孔縫合包圍痕跡。這些功能不是必需的，但它們很容易合并，如果它們在信號質(zhì)量方面提供了很小的改進(jìn)，那將是值得的。

查看信號痕跡

信號走線遇到R8和R9，5.11kΩ0.1％電阻，構(gòu)成第一個低通濾波器的一部分。這些電阻器的封裝尺寸剛好足以允許保護(hù)走線在焊盤之間通過。保護(hù)走線連接到緩沖器的輸出，減少了（已經(jīng)很低）通過阻焊膜的漏電流。這對于這塊電路板來說是完全矯枉過正的，但保護(hù)環(huán)是免費(fèi)的，我試圖盡我所能來最大化測斜儀測量的精度。

只使用兩個緩沖通道，所以另外兩個根據(jù)數(shù)據(jù)表推薦的輸出通道浮動，輸入通道連接到2.5V。將輸出連接到2.5V是路由便利性的問題，盡管輸入電壓接近0到5 V電源范圍的中間電壓肯定不會傷害任何東西。

從那里，傳感器信號遇到由R3，R4，C6，C7和C8組成的第二低通濾波器; AD8244的數(shù)據(jù)表推薦使用此濾波器。

第二個低通濾波器（R3，R4，C6，C7和C8）顯示在圖像的頂部。

通過后在濾波器中，信號最終到達(dá)逐次逼近寄存器ADC，后者將信號數(shù)字化并將結(jié)果數(shù)據(jù)通過SPI傳遞給MSP430。在較大的PCB中，MSP430可能放置在ADC旁邊，然后是CP2102N。但是，MSP430和CP2102N可以產(chǎn)生熱量，在這種設(shè)計(jì)中，它們被放置在電路板的相對邊緣。

電路板層注意事項(xiàng)

正如我在完整的項(xiàng)目文章中所提到的，該電路板有四層：兩個用于組件和信號的外層，一層用于接地，一層用于混合功率。

頂層

該板的頂層還有許多模擬和數(shù)字信號線，以及作為一個大的銅澆注連接到多層接地網(wǎng)與各種過孔。

PCB的頂層

第二層

PCB的第二層有9-12VDC輸入網(wǎng)（紅色），地網(wǎng)（深綠色），2.5VDC網(wǎng)（光）綠色）和3.3V凈（橙色）。該層演示了幾個影響設(shè)計(jì)質(zhì)量的決策。

從9-12VDC輸入網(wǎng)（紅色）開始，您將看到排除使網(wǎng)絡(luò)無法填充四個機(jī)械切口之間的區(qū)域。這樣做是為了滿足電壓參考的數(shù)據(jù)表建議。去除銅會降低耦合到電壓參考電路的噪聲量，并且還會阻止其他組件產(chǎn)生的熱量傳遞。

地網(wǎng)多邊形（深綠色）添加到電路板的這一層，以防止3.3V網(wǎng)絡(luò)的噪聲耦合到信號線。這可以確保頂層的信號具有盡可能低的噪聲。

最后，3.3V網(wǎng)絡(luò)（橙色）。您會注意到左側(cè)有一個大的陰影填充物。這樣可以降低3.3V銅澆注和MSP430電容式觸摸線之間的電容耦合。對于USB走線，電路板右側(cè)還有一個小的陰影填充。

第三層

PCB的第三層是一個大的地面澆筑。 MSP430電容式觸摸線和USB數(shù)據(jù)線再次出現(xiàn)陰影填充，但除此之外該層也相當(dāng)不起眼。

第四層

該層包含MSP430，CP2102N和LDO。這些是最有可能產(chǎn)生熱量的電路部分。將它們放置在電路板的底部，以便在需要時(shí)，它們可以通過導(dǎo)熱膏連接到鋁載體上的突起以便散熱。我將載體設(shè)計(jì)為牢固安裝測斜板的方法。

最后，我不認(rèn)為這種PCB設(shè)計(jì)是最佳的。但是，它是一個功能設(shè)計(jì)，并結(jié)合了有趣的布局技術(shù)，您可能會發(fā)現(xiàn)這些技術(shù)對于未來的項(xiàng)目非常有用。