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单板开发流程之PCB设计

1. 板框层绘制

根据尺寸要求及安规要求绘制PCB的边界。板子拐角处不能太尖锐，需做平滑处理，避免划伤使用者（参考紫色边框示例）。

2. 器件预布局

遵循三大核心原则：模拟电路与数字电路分区、功能板块就近布局、高中低频器件隔离（从板边到板内依次排布高频、中频、低频器件）。

2.1 特殊器件处理

• 蓝牙、温度计需进行包地净空处理。
• 蓝牙、USB、SD卡尽量靠近板边放置，与板边预留3mm左右距离。
• 温度敏感元件（如温度计）附近需加装散热片。

3. 布线设计（基于信号完整性及电源完整性要求）

3.1 信号线设计

• 核心要求：避免交叉，布线短且直接，提升信号传输可靠性。
• 遵循规则：3W规则（地线＞电源线＞信号线）、层级排布顺序（四层板：信号—电源—地—信号）、差分线对称原则。
• 高速差分信号（如USB线）：采用等长、等间距设计，确保信号同步和阻抗匹配，远离其他信号线。
• 线宽规范：信号线建议0.2mm，电源线建议0.3-0.4mm。
• 长距离高速走线：增加匹配电阻，防止信号振铃和反射。

线宽、覆铜厚度与通过电流对应关系

3.2 过孔处理

• 核心要求：合理选择过孔尺寸和间距，保障信号与电流传输。
• 高速大电流信号：采用大直径过孔并增加数量，推荐过孔直径0.45-0.2mm左右。

过孔直径与允许电流对应关系（不同温升）

3.3 EMC设计

1. 信号层与电源层分离，避免电源高频噪声干扰信号。四层板示例：顶层/底层走信号线（蓝色和红色），内电层走电源线（绿色），且电源线宽度大于信号线。
2. 选用带金属屏蔽或具备电磁屏蔽功能的元器件。
3. 开关电源选型：优先选用高效率、低电磁干扰的电源模块（如DCDC替代LDO）。
4. 电源输入输出端接滤波器，抑制高频干扰。
5. 整个电磁设备加装金属外壳。
6. 布线规范：电源线短而直，减少迂回交叉；高速信号线远离低速信号线，模拟信号线远离数字信号线，避免平行走线。

4. PCB低功耗设计

1. 选用低功耗芯片（如支持睡眠模式的MCU）和低静态电流芯片，降低待机功耗。
2. 采用高效降压芯片，优先选择DCDC（转换效率优于LDO）。
3. 布线优化：使用宽电源线降低压降，电源层和GND层设计大而完整，减少电源传输阻抗。
4. 做好阻抗匹配，减少信号反射和损耗。
5. 软件优化：编写高效代码减少资源占用，采用中断处理机制，空闲时使MCU进入睡眠状态，仅在中断或特定事件触发时唤醒。

单板开发流程之单板测试

1. 目视测试orAOI检测，观察单板有无明显的虚焊、连锡、阻焊层开裂等异常。重点检查右上角部分阻容器件密集排布的区域。

2. 电源网络检测，从一次电源开始一直到各个芯片的供电端，观察电源轨是否正常上电，同时通过示波器等工具观察电源纹波是否满足要求。

3. 单板功能检测，针对任务书中各项功能进行测试，观察是否符合指标要求。

4. 可靠性测试，包含温循测试、老化测试、EMC测试。观察单板对环境变化的敏感度、使用寿命、电磁兼容性等特征。

电磁兼容性（EMC）测试详情

电磁兼容性（EMC）测试通常包括电磁干扰（EMI）测试和电磁抗扰度（EMS）测试两个方面。

1. 电磁干扰（EMI）测试

1.1 传导干扰测试

• 设备：需要用到频谱分析仪、电流探头等设备。电流探头可以夹在设备的电源线上，将电源线上的电流信号转换为电压信号，然后通过频谱分析仪来测量其在不同频率下的干扰电平。
• 方法：按照国际标准（如 CISPR 22、CISPR 25 等）规定的测试方法，将设备的电源线连接到相应的测试设备上。在设备正常工作的情况下，从低频到高频扫描，记录下不同频率点的干扰电平。例如，对于计算机设备，其电源线传导干扰的测试频率范围一般是从 150kHz 到 30MHz。如果在某个频率点的干扰电平超过了标准规定的限值，那么就需要采取措施来降低干扰，如安装滤波器等。

1.2 辐射干扰测试

• 设备：主要使用天线（如双脊波导喇叭天线、对数周期天线等）和频谱分析仪。天线用于接收设备在空间中辐射的电磁能量，频谱分析仪则用于分析这些能量的频率和幅度。
• 方法：将被测设备放置在屏蔽室内的转台上，天线放置在距离设备一定距离（如 3m 或 10m，根据标准而定）的位置。在设备正常工作时，转台会旋转，同时天线会在不同的高度（一般从 1m 到 4m 左右）进行扫描，以获取设备在各个方向和高度的辐射干扰情况。例如，在测试移动电话的辐射干扰时，会按照相应的移动通信标准（如 3GPP）来设置测试条件，记录其辐射干扰电平是否符合要求。

2. 电磁抗扰度（EMS）测试

2.1 电快速瞬变脉冲群抗扰度测试

• 设备：需要电快速瞬变脉冲群发生器。这种发生器可以产生一定频率（如 5kHz - 100kHz）和特定幅度（如 ±1kV - ±4kV）的快速瞬变脉冲群。
• 方法：将被测设备的电源线（或信号线）连接到脉冲群发生器的输出端，按照标准（如 IEC 61000 - 4 - 4）规定的测试等级和测试模式（共模、差模等）进行测试。在测试过程中，观察设备是否出现复位、死机、数据错误等异常现象。例如，对于一些工业控制设备，当受到脉冲群干扰时，如果其内部的微控制器出现程序跑飞等情况，就说明设备的抗扰度不足，需要在电源线或信号线上增加滤波、屏蔽等措施。

2.2 浪涌抗扰度测试

• 设备：浪涌发生器是主要设备，它可以产生幅值较高（如 ±1kV - ±6kV）、上升时间快（如 1.2μs/50μs 等）的浪涌脉冲。
• 方法：将浪涌发生器连接到设备的电源线或信号线，按照标准（如 IEC 61000 - 4 - 5）规定的测试参数（包括浪涌电压的极性、幅度、重复率等）进行测试。例如，对于建筑物的电力线路浪涌抗扰度测试，模拟雷击等产生的浪涌情况，观察电气设备（如照明设备、插座等）是否能够正常工作，不会损坏或者出现功能异常。

2.3 射频电磁场抗扰度测试

• 设备：射频信号发生器和天线是关键设备。射频信号发生器可以产生不同频率（如 80MHz - 2.5GHz 或更宽范围）和幅度（如 1V/m - 20V/m 等）的连续波信号，天线用于将这些信号辐射到空间中。
• 方法：将被测设备放置在屏蔽室内，天线按照一定的高度（如 1m - 4m）和距离（根据设备类型和标准而定，如 3m 或 10m）对设备进行照射。在设备正常工作的情况下，逐渐增加射频场强，观察设备在不同场强下的工作状态。例如，对于汽车电子设备，要按照汽车电磁兼容标准（如 ISO 11452 - 2）进行射频电磁场抗扰度测试，确保在车辆遇到外部射频信号（如来自广播电台、手机基站等）干扰时，电子设备能够保持正常运行。

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单板开发之原理图设计

1. 原理图设计首先需要遵从分模块设计的思路，一页图纸或同一页图纸的一个方框Part应为可以完整实现某个子功能的电路模块并加以注释说明。

2. 原理图设计时尽量使用“网络名称➕导线➕信号流向”的方式进行连接，避免使用长导线直接进行连接。

3. 对于小型项目，原理图设计通常采用一人设计一人检视的方式进行，尽量避免设计者与检视者同为一人，可以有效避免惯性思维以及细节错误。

网络警告：提示感叹号图标。这种一般出现在：

• 多个网络标签放在同一条导线上，请确保是否属于正常设计需要，或者是误连接导致短路。点击网络的时候进行排查。
• 器件引脚悬空没有放网络标签、非连接标志或者未连接导线、元件隐藏的引脚没有连接到其他引脚。一个网络需要连接两个导线引脚以上才算完整网络，故需要修改连接或者放置非连接标志。

网络错误：提示红色错误图标。当网络标签出现未连接的时候（即单端网络，一根导线只连接了一端，另一端悬空）。

4. 遵守原理图DRC设计规则：无单端网络，悬空引脚添加非连接标识符，收发信号信号流向区隔，所有器件分配唯一位号，每个器件属性完整。