CN110035606B - 一种适用于包括模拟传感器件电路的pcb层叠方法及结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于包括模拟传感器件电路的PCB层叠方法及结构，其通过将模拟传感器件层、第一隔离层、非模拟传感器件信号层、第二隔离层、模拟传感器件信号层和第三隔离层依次叠层设置；利用模拟传感器件信号层进行模拟传感器件信号线的走线，利用非模拟传感器件信号层进行非模拟传感器件信号线的走线；采取敷铜接地的方式实现第一至第三隔离层的隔离；将模拟传感器件置于模拟传感器件层的上方，模拟传感器件的引脚贯穿上述各层，且模拟传感器引脚实际使用部分为顶层至模拟传感器器件信号层，有效降低了PCB使用环境中电磁干扰对模拟传感器件的引脚信号干扰，提升模拟传感器件的模拟信号精度。
Description
技术领域
本发明属于PCB布局领域，具体涉及一种适用于包括模拟传感器件电路的PCB层叠方法及结构。
背景技术
传感器件是一种检测装置，能感受到被测量的信息并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求，传感器按其原理分为模拟传感器件和数字传感器件。
对于模拟传感器件来说，如何克服使用过程中的干扰使其测量精度达到最高是其需要解决的核心问题，然而，众多的干扰一直影响着传感器的测量精度，如应用现场的设备造成的物理干扰；此外，现场温度、湿度的变化可能引起电路参数发生变化，腐蚀性气体、酸碱盐的作用，野外的风沙、雨淋，甚至鼠咬虫蛀等都会影响传感器的可靠性。
现有大多数光电模拟传感器都是直插DIP形式的封装，由于此类器件引脚数量较少，在PCB上扇出相对容易不需要通过过孔进行多层扇出，因此LAYOUT工程师在处理拥有该器件的PCB时通常为了降低成本使用双层PCB设计，进而由于PCB层叠和焊接因素处理不当导致引脚处产生天线效应将外界电磁干扰导入到模拟信号中给后续的ADC判断结果造成一定的误差，同时，各种信号线绑扎在一起或走同一根多芯电缆，信号会受到干扰；多路开关或保持器性能不好，也会引起通道信号的窜扰；空间各种电磁、气象条件、雷电甚至地磁场的变化也会干扰传感器的正常工作。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种适用于包括模拟传感器件电路的PCB层叠方法及结构，其通过多层设计的PCB结构和限定各器件及其引脚的走线方式，有效降低了PCB使用环境中电磁波对模拟传感器件的模拟信号干扰，提升模拟传感器件的模拟信号的精确度。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种适用于包括模拟传感器件电路的PCB层叠方法，具体步骤为：
S1.将模拟传感器件层、第一隔离层、非模拟传感器件信号层、第二隔离层、模拟传感器件信号层和第三隔离层依次叠层设置；
S2.利用模拟传感器件信号层进行模拟传感器件信号线的走线，利用非模拟传感器件信号层进行非模拟传感器件信号线的走线；
S3.采取铜箔敷铜接地的方式实现第一至第三隔离层的隔离；
S4.将模拟传感器件置于模拟传感器件层的上方，模拟传感器件的引脚贯穿上述各层。
作为本发明的进一步改进，第一至第三隔离层铺设完整GND铜皮。
作为本发明的进一步改进，模拟传感器件信号层和第三隔离层之间填充介质的厚度不超过8mil。
作为本发明的进一步改进，非模拟传感器件信号层还用于电源走线。
作为本发明的进一步改进，模拟传感器件信号层依据3W走线规则进行走线。
为实现上述目的，按照本发明的另一个方面，提供了一种适用于包括模拟传感器件电路的PCB层叠结构，该PCB层叠结构为至少6层结构，其包括依次叠层设置的模拟传感器件层、第一隔离层、非模拟传感器件信号层、第二隔离层、模拟传感器件信号层和第三隔离层，模拟传感器件置于模拟传感器件层的上方，模拟传感器件的引脚通过上述各层对应设置的通孔安装，模拟传感器件层用于安装模拟传感器件，模拟传感器件的引脚通过上述各层对应设置的通孔进行安装，即通过通孔焊盘插入后焊接安装，模拟传感器件信号层用于进行模拟传感器件信号线的走线，非模拟传感器件信号层用于进行非模拟传感器件信号线的走线，第一至第三隔离层采取铜箔敷铜接地的方式以实现隔离。
作为本发明的进一步改进，第一至第三隔离层铺设完整GND铜皮。
作为本发明的进一步改进，模拟传感器件信号层和第三隔离层之间填充介质的厚度不超过8mil。
作为本发明的进一步改进，非模拟传感器件信号层还用于电源走线。
作为本发明的进一步改进，模拟传感器件信号层依据3W走线规则进行走线。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
本发明的一种适用于包括模拟传感器件电路的PCB层叠方法及结构，其通过多层设计的PCB结构和限定各器件及其引脚的走线方式，有效降低了PCB使用环境中电磁波对模拟传感器件的模拟信号干扰，提升模拟传感器件的模拟信号的精确度。
本发明的一种适用于包括模拟传感器件电路的PCB层叠方法及结构，其通过对各隔离层采用铜箔敷铜接地的方式实现隔离及模拟传感器件信号层依据3W走线规则进行走线，进一步降低电磁波对模拟传感器件的模拟信号干扰，从而进一步提升传感器件的模拟信号的精确度。
本发明的一种适用于包括模拟传感器件电路的PCB层叠方法及结构，其通过增加PCB的层数及减少模拟信号层和底层隔离层之间的填充介质厚度，缩短了模拟传感器件的非走线部分的引脚长度，进而让该模拟信号的回路面积降低，从而进一步增强该模拟信号的信号完整性。
附图说明
图1是本发明实施例的一种适用于包括模拟传感器件电路的PCB层叠结构的结构示意图；
图2是本发明优选实施例的一种适用于包括模拟传感器件电路的PCB层叠结构的结构示意图；
图3是现有技术的适用于包括模拟传感器件电路的PCB层叠结构的结构示意图；
图4是本发明优选实施例的一种适用于包括模拟传感器件电路的PCB层叠结构的天线信号回路示意图；
图5是现有技术的适用于包括模拟传感器件电路的PCB层叠结构的天线信号回路示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面结合具体实施方式对本发明进一步详细说明。
一种适用于包括模拟传感器件电路的PCB层叠方法，该方法地具体步骤为：
S1.将模拟传感器件层、第一隔离层、非模拟传感器件信号层、第二隔离层、模拟传感器件信号层和第三隔离层依次叠层设置；
S2.利用模拟传感器件信号层进行模拟传感器件信号线的走线，利用非模拟传感器件信号层进行非模拟传感器件信号线的走线；
S3.采取铜箔敷铜接地的方式实现第一至第三隔离层的隔离；
S4.将模拟传感器件安装于模拟传感器件层，模拟传感器件的引脚贯穿上述各层。
作为优选的一个方案，尽可能降低模拟传感器件信号层和第三隔离层之间的填充介质的厚度以缩短天线长度，模拟传感器件信号层和第三隔离层之间的填充介质的厚度不超过8mil。
作为一个优选的方案，第一至第三隔离层铺设完整GND铜皮以隔离内层走线对模拟器件的干扰。
作为一个优选的方案，非模拟传感器件信号层可用于电源走线。
作为一个优选的方案，模拟传感器件信号层依据3W走线规则进行走线。具体地，3W走线规则为：如果线中心距不少于3倍线宽时，则可保持70％的线间电场不互相干扰，称为3W规则。使用3W走线规则可以确保模拟传感器件信号层的线与线之间不会产生互相干扰。
图1是本发明实施例的一种适用于包括模拟传感器件电路的PCB层叠结构的示意图。如图1所示，该PCB层叠结构为至少6层结构，其包括依次排列的模拟传感器件层、第一隔离层、非模拟传感器件信号层、第二隔离层、模拟传感器件信号层和第三隔离层，各层对应位置设置有通孔，安装各类器件的引脚通过通孔安装，其中，模拟传感器件层用于安装模拟传感器件，模拟传感器件的引脚通过上述各层对应设置的通孔进行安装，模拟传感器件信号层用于进行模拟传感器件信号线的走线，非模拟传感器件信号层用于进行非模拟传感器件信号线的走线，第一至第三隔离层采取铜箔敷铜接地的方式实现隔离；
作为优选的一个方案，尽可能降低模拟传感器件信号层和第三隔离层之间的填充介质的厚度以缩短天线长度，模拟传感器件信号层和第三隔离层之间的填充介质的厚度不超过8mil；
作为一个优选的方案，第一至第三隔离层铺设完整GND铜皮以隔离内层走线对模拟器件的干扰。
作为一个优选的方案，非模拟传感器件信号层可用于电源走线。
作为一个优选的方案，模拟传感器件信号层依据3W走线规则进行走线。具体地，3W走线规则为：如果线中心距不少于3倍线宽时，则可保持70％的线间电场不互相干扰，称为3W规则。使用3W走线规则可以确保模拟传感器件信号层的线与线之间不会产生互相干扰。
在通信天线设计中等于某频率信号波长的天线在接收此信号时对此信号衰减越低，若信号波长与接收天线长度差值越大那么对该信号衰减越大。天线最容易接收到的电磁干扰的频率的计算公式为：f＝v/λ，
式中，v为电磁波传播速度可近似为光速，λ为波长即是天线的长度，f为天线最容易接收到的电磁干扰的频率。
由上述公式可知，在一定的电磁波速度下(在此PCB工作环境下也可看做电磁干扰)，由于PCB设计的引脚“天线”长度降低后，对300GHZ以内的信号都具有衰减作用，且电磁波频率越低衰减作用越大(实际工作环境中电磁干扰频率多在10K-1G内)，因而，通过改变层叠将信号回路改进后可使导入到模拟信号中的电磁干扰尽可能降低。
图2是本发明优选实施例的一种适用于包括模拟传感器件电路的PCB层叠结构的结构示意图。如图2所示，以模拟器件连接ADC芯片为示例，该PCB布局设计包括依次层叠设计的TOP层、L2层、L3层、L4层、L5层和BOTTOM层，其中，模拟器件和ADC芯片均安装于图中的TOP层即模拟传感器件层的上方，第一隔离层即为图示的L2层，非模拟传感器件信号层即为图示的L3层，第二隔离层即为图示的L4层，模拟传感器件信号层即为图示的L5层，第三隔离层即为图示的BOTTOM层，模拟器件的GND引脚和模拟器件的采样信号输出引脚分别通过上述各层对应设置的通孔进行安装，ADC芯片的模拟输入引脚通过位于TOP层的ADC芯片的模拟输入引脚扇出走线、各层对应设置的过孔和位于L5层的模拟器件的采样信号输出走线进行安装，ADC芯片的GND引脚通过ADC芯片的GND引脚扇出走线和GND走线的过孔进行安装，L2层、L4层及BOTTOM层采用铺设完整GND铜皮以隔离内层走线对模拟器件的干扰。
图3是现有技术的适用于包括模拟传感器件电路的PCB层叠结构的结构示意图。如图3所示，以模拟器件连接ADC芯片为示例，该PCB布局设计包括依次层叠设计的TOP层和BOTTOM层，其中，模拟器件和ADC芯片均安装于图中的TOP层，模拟器件的GND引脚和模拟器件的采样信号输出引脚分别通过上述各层对应设置的通孔进行安装，BOTTOM层GND铜皮不与模拟器件输出引脚连接，ADC芯片的模拟输入引脚与模拟器件的输出引脚在TOP层直接走线连接，ADC芯片的GND引脚通过ADC芯片的GND引脚扇出走线和GND走线的过孔进行安装。
图4和图5分别为本发明优选实施例的一种适用于包括模拟传感器件电路的PCB层叠结构的天线信号回路示意图和现有技术的适用于包括模拟传感器件电路的天线信号回路示意图。如图4和图5所示，本发明优选实施例的一种适用于包括模拟传感器件电路的PCB层叠结构的天线信号回路为图4中的阴影部分，对应的天线信号回路即模拟器件的GND引脚与模拟器件的采样信号输出引脚位于L5层与BOTTOM层之间的连接区域、L5层模拟器件的采样信号走线对应的L5层与BOTTOM层之间的连接区域、与ADC芯片的模拟输入引脚扇出走线连接的过孔对应L5层至TOP层的区域、ADC芯片的模拟输入引脚扇出走线至GND走线的过孔对应的TOP层与L2层之间的连接区域；现有技术的包括模拟传感器件的PCB层叠结构的天线信号回路图5中的阴影部分，对应的天线信号回路即模拟器件的GND引脚与GND走线的过孔对应的TOP层与BOTTOM层之间的连接区域。可以明显看出，相对于现有技术的设计方案，本发明优选实施例的一种适用于包括模拟传感器件电路的PCB层叠结构引脚的利用部分大大增加进而降低了天线的长度，因为天线既能接收外接的辐射也能将引脚上的信号通过电磁波的方式辐射到外界，所以由于对外的辐射减弱，外接干扰降低也就增强了信号的完整性。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种适用于包括模拟传感器件电路的PCB层叠方法，其特征在于，具体步骤为：
S1. 将模拟传感器件层、第一隔离层、非模拟传感器件信号层、第二隔离层、模拟传感器件信号层和第三隔离层依次叠层设置；
S2. 利用模拟传感器件信号层进行模拟传感器件信号线的走线，利用非模拟传感器件信号层进行非模拟传感器件信号线的走线；
S3. 采取敷铜接地的方式实现第一至第三隔离层的隔离；
S4. 将模拟传感器件置于模拟传感器件层的上方，模拟传感器件的引脚贯穿上述各层；
所述第一至第三隔离层铺设完整GND铜皮；
所述模拟传感器件信号层和第三隔离层之间填充介质的厚度不超过8mil；
所述模拟传感器件信号层依据3W走线规则进行走线。
2.根据权利要求1中任一项所述的一种适用于包括模拟传感器件电路的PCB层叠方法，其特征在于，所述非模拟传感器件信号层还用于电源走线。
3.一种适用于权利要求1-2中任意一项所述方法的PCB层叠结构，该PCB层叠结构为至少6层结构，其包括依次叠层设置的模拟传感器件层、第一隔离层、非模拟传感器件信号层、第二隔离层、模拟传感器件信号层和第三隔离层，模拟传感器件置于模拟传感器件层的上方，模拟传感器件的引脚通过上述各层对应设置的通孔安装，其特征在于，
所述模拟传感器件层用于安装模拟传感器件，模拟传感器件的引脚通过上述各层对应设置的通孔进行安装；
所述模拟传感器件信号层用于进行模拟传感器件信号线的走线，非模拟传感器件信号层用于进行非模拟传感器件信号线的走线；
所述第一至第三隔离层采取敷铜接地的方式以实现隔离；
所述第一至第三隔离层铺设完整GND铜皮；
所述模拟传感器件信号层和第三隔离层之间填充介质的厚度不超过8mil；
所述模拟传感器件信号层依据3W走线规则进行走线。
4.根据权利要求3所述的一种适用于包括模拟传感器件电路的PCB层叠结构，其特征在于，所述非模拟传感器件信号层还用于电源走线。
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| GR01 | Patent grant | ||
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