CN116187255B - 一种智能触摸屏的pcb布局结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能触摸屏的PCB布局结构，本发明涉及PCB板设技术领域，现提出如下方案，包括有电路板，以及设置在所述电路板一侧的数字电路、电源电路、模拟电路、接口保护电路以及电路模块。本发明在现有PCB布局结构的基础上，在PCB板的模拟电路上贴装集成式CPU、插装大容量存储器，通过特制PCB板上集成CPU和大容量存储器，使得触摸屏系统中的PCB能够集成有特制CPU和多种相应接口，促进触摸屏系统能够快速启动并提供相对丰富的功能，增强触摸屏系统的拓展性，进而规避了现有的触摸屏系统因为基于PLC软件开发，且触摸屏系统存储容量少，导致现有的触摸屏系统开机速度慢且容易出现卡住死机的现象。

Description

一种智能触摸屏的PCB布局结构

技术领域

本发明涉及PCB板技术领域，具体涉及一种智能触摸屏的PCB布局结构。

背景技术

触摸屏又称为“触控屏”、“触控面板”，是一种可接收触头等输入讯号的感应式液晶显示装置，当接触了屏幕上的图形按钮时，屏幕上的触觉反馈系统可根据预先编程的程式驱动各种连结装置，可用以取代机械式的按钮面板，并借由液晶显示画面制造出生动的影音效果。

而PCB，中文名称为印制电路板，又称印刷线路板，是重要的电子部件，是电子元器件的支撑体，也是智能触摸屏中的电气元器件的重要支撑体，现有的智能触摸屏因为其基于plc软件开发，且触摸屏系统存储容量少只有128mb，导致现有的智能触摸屏系统的开机速度较慢，通常都需要5-6s，并且还容易卡住死机，而本领域技术人员观察此种现象后，通过在智能触摸屏的PCB板上安装集成式CPU与大容量存储器，利用PCB板的大容量存储来加快开机速度，实现拓展智能触摸屏的功能，因而，现提出一种智能触摸屏的PCB布局结构。

发明内容

针对上述缺陷，本发明所要解决的技术问题在于提供一种智能触摸屏的PCB布局结构，包括：包括有电路板，以及设置在所述电路板一侧的数字电路、电源电路、模拟电路、接口保护电路以及电路模块；

其中，所述模拟电路上设置有集成式CPU与大容量存储器，其集成式CPU与所述电路板为贴装，大容量存储器与所述电路板为焊接插装。

在上述一种智能触摸屏的PCB布局结构的技术方案中，优选地，所述电路模块中包含有时钟电路、放大电路、驱动电路、A/D转换电路、D/A转换电路、I/O电路、开关电源电路和滤波电路。

在上述一种智能触摸屏的PCB布局结构的技术方案中，优选地，所述数字电路中还设置有旁路电容，其用于旁路电源上的高频信号，高频信号可通过电源引脚进入敏感的模拟芯片，在模拟和数字PCB设计中，旁路或去耦电容(0.1uF)应尽量靠近器件放置，供电电源去耦电容(10uF)应放置在电路板的电源线入口处。

在上述一种智能触摸屏的PCB布局结构的技术方案中，优选地，所述电源电路中设置有电源芯片、线性电源和高频开关电源。

在上述一种智能触摸屏的PCB布局结构的技术方案中，优选地，所述接口保护电路使用高压电容进行电路保护，将耐压至少为1.5KV的陶瓷电容放置在I/O连接器或者关键信号的位置，同时连接线尽可能的短，以便减小连接线的感抗。

在上述一种智能触摸屏的PCB布局结构的技术方案中，优选地，所述滤波电路中所述滤波线路还包括放电管、压敏电阻，所述放电管、压敏电阻设于所述电路板上，所述压敏电阻和放电管位于所述电路板上部。

在上述一种智能触摸屏的PCB布局结构的技术方案中，优选地，所述电源电路中包括，继电器控制端口，且继电器控制端口位于所述电路板上

由上述技术方案可知，本发明提供一种智能触摸屏的PCB布局结构与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明在现有PCB布局结构的基础上，在PCB板的模拟电路上贴装集成式CPU、插装大容量存储器，通过特制PCB板上集成CPU和大容量存储器，使得触摸屏系统中的PCB能够集成有特制CPU和多种相应接口，促进触摸屏系统能够快速启动并提供相对丰富的功能，增强触摸屏系统的拓展性，进而规避了现有的触摸屏系统因为基于PLC软件开发，且触摸屏系统存储容量少，导致现有的触摸屏系统开机速度慢且容易出现卡住死机的现象。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做出简单地介绍和说明。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的部分实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中一种智能触摸屏的PCB布局结构示意图。

附图标号说明：

1、电路板；2、数字电路；3、电源电路；4、模拟电路；5、接口保护电路；6、电路模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，以下所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了对本发明的技术方案和实现方式做出更清楚地解释和说明，以下介绍实现本发明技术方案的几个优选的具体实施例。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件上，它可以直接在另一个元件上或者间接设置在另一个元件上；当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至另一个元件上。

另外，本文中的术语：“内、外”，“前、后”，“左、右”，“竖直、水平”，“顶、底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

具体实施例1

按电气性能合理分区，分为数字电路区(即怕干扰、又产生干扰)、模拟电路区(怕干扰)、功率驱动区(干扰源)。同一功能的电路，应尽量靠近放置，并保证各元器件连线最为简洁；同时，使各功能块间的连线最简洁。质量大的元器件应考虑安装位置和安装强度；发热元件应与温度敏感元件分开放置。I/O驱动器件尽量靠近印刷板的边，靠近引出接插件。时钟产生器尽量靠近用到该时钟的器件。每个集成电路的电源输入脚和地之间，加一个去耦电容；电路板空间较密时，几个集成电路周围加一个钽电容。继电器线圈处加放电二极管，布局要求均衡，疏密有序，不能头重脚轻或一头沉。放置元器件时，一定要考虑元器件的实际尺寸大小、相对位置，在保证电路板电气性能和生产安装可行性和便利性同时，使之整齐美观。

对结构有要求的器件进行摆放，摆放的时候根据导入的结构，连接器得注意针脚的摆放位置。布局时要注意结构中的限高要求。如果要布局美观，一般按元件外框或者中线坐标来定位(居中对齐)。整体布局要考虑散热。布局的时候需要考虑好布线通道评估、考虑好等长需要的空间。布局时需要考虑好电源流向，评估好电源通道。高速、中速、低速电路要分开。强电流、高电压、强辐射元器件远离弱电流、低电压、敏感元器件。模拟、数字、电源、保护电路要分开。接口保护器件应尽量靠近接口放置。

接口保护器件摆放顺序要求：

一般电源防雷保护器件的顺序是：压敏电阻、保险丝、抑制二极管、EMI滤波器、电感或者共模电感，对于原理图缺失上面任意器件顺延布局。

一般对接口信号的保护器件的顺序是：ESD(TVS管)、隔离变压器、共模电感、电容、电阻，对于原理图缺失上面任意器件顺延布局；严格按照原理图的顺序(要有判断原理图是否正确的能力)进行一字型布局。

电平变换芯片(如RS232)靠近连接器(如串口)放置。易受ESD干扰的器件，如NMOS、CMOS器件等，尽量远离易受ESD干扰的区域(如单板的边缘区域)。时钟器件布局：晶体、晶振和时钟分配器与相关的IC器件要尽量靠近；时钟电路的滤波器(尽量采用“∏”型滤波)要靠近时钟电路的电源输入管脚；晶振和时钟分配器的输出是否串接一个22欧姆的电阻；时钟分配器没用的输出管脚是否通过电阻接地；晶体、晶振和时钟分配器的布局要注意远离大功率的元器件、散热器等发热的器件；晶振距离板边和接口器件是否大于1英寸。开关电源是否远离ADDA转换器、模拟器件、敏感器件、时钟器件。开关电源布局要紧凑，输入、输出要分开，严格按照原理图的要求进行布局，不要将开关电源的电容随意放置。电容和滤波器件，电容务必要靠近电源管脚放置，而且容值越小的电容要越靠近电源管脚；EMI滤波器要靠近芯片电源的输入口；原则上每个电源管脚一个0.1uf的小电容、一个集成电路一个或多个10uf大电容，可以根据具体情况进行增减。电路布局的一个原则，就是应该按照信号流向关系，尽可能做到使关键的高速信号走线最短，其次考虑电路板的整齐、美观。时钟信号应尽可能短，若时钟走线无法缩短，则应在时钟线的两侧加屏蔽地线。对于比较敏感的信号线，也应考虑采取一定的屏蔽措施。时钟电路具有较大的对外辐射，会对一些较敏感的电路，特别是模拟电路产生较大的影响，因此在电路布局时应让时钟电路远离其他无关电路。为了防止时钟信号的对外辐射，一方面时钟电路一般应远离I/O电路和电缆连接器，另一方面要使时钟输出到负载的走线尽量短；在布线时对时钟信号要优先考虑进行内层走线，并进行必要的匹配和屏蔽处理。

低频数字I/O电路和模拟I/O电路应靠近连接器布放，时钟电路，高速电路和存储器等器件常布放在电路板的最靠近里边，远离人接触的位置；中低速逻辑电路一般放在电路板的中间位置；如果有A/D和D/A电路，则一般放在电路板最中间的位置。在单板上一般都会有多个DC/DC电源模块，电源部分是单板上很大的一个噪声来源，电源部分的噪声会通过传导和辐射传给单板上的其他器件。单板上的供电线路越长，产生的问题越大，因此一般主电源部分都安装在单板电源入口处，如下图所示。电源部分放置方向主要是考虑输入/输出线的顺畅，避免交叉。

元件排列规则

在通常条件下,所有的元件均应布置在印制电路的同一面上，只有在顶层元件过密时，才能将一些高度有限并且发热量小的器件，如贴片电阻、贴片电容、贴IC等放在底层。在保证电气性能的前提下，元件应放置在栅格上且相互平行或垂直排列，以求整齐、美观，一般情况下不允许元件重叠；元件排列要紧凑，输入和输出元件尽量远离。某元器件或导线之间可能存在较高的电位差，应加大它们的距离，以免因放电、击穿而引起意外短路。带高电压的元件应尽量布置在调试时手不易触及的地方。位于板边缘的元件，离板边缘至少有2个板厚的距离元件在整个板面上应分布均匀、疏密一致。按照信号走向布局原则，通常按照信号的流程逐个安排各个功能电路单元的位置，以每个功能电路的核心元件为中心，围绕它进行布局。元件的布局应便于信号流通，使信号尽可能保持一致的方向。多数情况下，信号的流向安排为从左到右或从上到下，与输入、输出端直接相连的元件应当放在靠近输入、输出接插件或连接器的地方。

防止电磁干扰

对辐射电磁场较强的元件，以及对电磁感应较灵敏的元件，应加大它们相互之间的距离或加以屏蔽，元件放置的方向应与相邻的印制导线交叉。尽量避免高低电压器件相互混杂、强弱信号的器件交错在一起。对于会产生磁场的元件，如变压器、扬声器、电感等，布局时应注意减少磁力线对印制导线的切割，相邻元件磁场方向应相互垂直，减少彼此之间的耦合。对干扰源进行屏蔽，屏蔽罩应有良好的接地。在高频工作的电路，要考虑元件之间的分布参数的影响。

抑制热干扰

对于发热元件，应优先安排在利于散热的位置，必要时可以单独设置散热器或小风扇，以降低温度，减少对邻近元件的影响。一些功耗大的集成块、功率管、电阻等元件，要布置在容易散热的地方，并与其它元件隔开一定距离。热敏元件应紧贴被测元件并远离高温区域，以免受到其它发热功当量元件影响，引起误动作。双面放置元件时，底层一般不放置发热元件。可调元件的布局

对于电位器、可变电容器、可调电感线圈或微动开关等可调元件的布局应考虑整机的结构要求，若是机外调节，其位置要与调节旋钮在机箱面板上的位置相适应；若是机内调节，则应放置在印制电路板于调节的地方。

具体实施例2

按电路模块进行布局，实现同一功能的相关电路称为一个模块，电路模块中的元件应采用就近集中原则，同时数字电路和模拟电路分开。器件布局栅格的设置，一般IC器件布局时，栅格应为50-100mil、小型表面安装器件，如表面贴装元件布局时，栅格设置应不少于25mil，同类型插装元器件在X或Y方向上应朝一个方向防止同一种类型的有极性分立元件也要力争在X或Y方向上保持一致，便于生产和检验，IC去耦电容的布局要尽量靠近IC的电源管脚，并使之与电源和地之间形成的回路最短。

元件布局时，应适当考虑使用同一种电源的器件尽量放在一起，以便于将来的电源分割，用于阻抗匹配目的阻容器件的布局，要根据其属性合理布置。串联匹配电阻的布局要靠近该信号的驱动端，距离一般不超过500mil。匹配电阻、电容的布局一定要分清信号的源端和终端，对于多负载的终端匹配一定要在信号的最远端匹配，发热元件不能紧邻导线和热敏元件；高热器件要均衡分布。

电源插座要尽量布置在印制板的四周，电源插座与其相连的汇流条接线端应布置在同侧。特别应注意不要把电源插座及其它焊接连接器布置在连接器之间，以利于这些插座、连接器的焊接及电源线缆设计和扎线。电源插座及焊接连接器的布置间距应考虑方便电源插头的插拔，贴片焊盘上不能有通孔，以免焊膏流失造成元件虚焊。重要信号线不准从插座脚间穿过，贴片单边对齐，字符方向一致，封装方向一致，有极性的器件在以同一板上的极性标示方向尽量保持一致。

串扰是指PCB上不同网络之间因较长的平行布线引起的相互干扰，主要是由于平行线间的分布电容和分布电感的作用，克服串扰的主要措施是：在平行线间插入接地的隔离线。减小布线层与地平面的距离，相邻层的走线方向成正交结构，避免将不同的信号线在相邻层走成同一方向，以减少不必要的层间串扰；当由于板结构限制年已避免出现该情况，特别是信号速率较高时，应考虑用地平面隔离各布线层，用地信号线隔离各信号线。作为电路的输入及输出用的印制导线应尽量避免相邻平行，以免发生回授，在这些导线之间最好加接地线。

一般不允许出现一端浮空的布线，主要是为了避免产生“天线效应”，减少不必要的干扰辐射和接收，否则可能带来不可预知的结果，同一网络的布线宽度应保持一致，线宽的变化会造成线路特性阻抗的不均匀，当传输的速度较高时会产生反射，在设计中应该尽量避免这种情况。在某些条件下，如接插件引出线，BGA封装的引出线类似的结构时，可能无法避免线宽的变化，应该尽量减少中间不一致部分的有效长度。

防止信号线在不同层之间形成自环。在多层板设计中容易发生此类问题，自环将引起辐射干扰，走线的谐振规则：主要针对高频信号设计而言，即布线长度不得与其波长成整数倍关系，以免产生谐振现象。即短线规则，在设计时应该尽量让布线长度尽量短，以减少由于走线过长带来的干扰问题，特别是一些重要信号线，如时钟线，务必将其振荡器放在离器件很近的地方。对驱动多个器件的情况，应根据具体情况决定采用何种网络拓扑结构

PCB设计中应避免产生锐角和直角，产生不必要的辐射，同时工艺性能也不好。在布线中尽量采用135度拐角，主要是为了防止不同工作频率的模块之间的互相干扰，同时尽量缩短高频部分的布线长度。通常将高频的部分布设在接口部分以减少布线长度。同时还要考虑到高/低频部分地平面的分割问题，通常采用将二者的地分割，再在接口处单点相接。对混合电路，也有将模拟与数字电路分布布置在印制板的两面，分别使用不同的层布线，中间用地层隔离的方式。

孤立铜区的出现，将带来一些不可预知的问题，因此将孤立铜区与别的信号相接，有助于改善信号质量，通常是将孤立铜区接地或删除。在实际的制作中，PCB厂家将一些板的空置部分增加了一些铜箔，主要是为了方便印制板加工，同时对防止印制板翘曲也有一定的作用。对于导通孔密集的区域，要注意避免孔在电源和地层的挖空区域相互连接，形成对平面层的分割，从而破坏平面层的完整性，并进而导致信号线在地层的回路面积增大。不同电源层在空间上要避免重叠。主要是为了减少不同电源之间的干扰，特别是一些电压相差很大的电源之间，电源平面的重叠问题一定要设法避免，难以避免时可考虑中间隔底层。在不同信号层间进行供电的电源总线遵循这一规则，即尽量避免重叠。

为了减少线间串扰，应保证导线间距足够大，当导线中心间距不少于3倍线宽时，则可保持70％的电场不互相串扰，如要达到98％的电场不互相干扰，可使用10W间距。在布线密度较低时，信号线的间距可适当地加大，对高、低电平悬殊的信号线应尽可能地短且加大间距。

印制导线的宽度：导线宽度应以能满足电气性能要求而又便于生产为宜，它的最小值以承受的电流大小而定，但最小不宜小于0.2mm，在高密度、高精度的印制线路中，导线宽度和间距一般可取0.3mm；导线宽度在大电流情况下还要考虑其温升，单面板实验表明，当铜箔厚度为50μm、导线宽度1～1.5mm、通过电流2A时，温升很小，因此，一般选用1～1.5mm宽度导线就可能满足设计要求而不致引起温升；印制导线的公共地线应尽可能地粗，可能的话，使用大于2～3mm的线条，这点在带有微处理器的电路中尤为重要，因为当地线过细时，由于流过的电流的变化，地电位变动，微处理器定时信号的电平不稳，会使噪声容限劣化；在DIP封装的IC脚间走线，可应用10－10与12－12原则，即当两脚间通过2根线时，焊盘直径可设为50mil、线宽与线距都为10mil，当两脚间只通过1根线时，焊盘直径可设为64mil、线宽与线距都为12mil。

印制导线的屏蔽与接地：印制导线的公共地线，应尽量布置在印制线路板的边缘部分。在印制线路板上应尽可能多地保留铜箔做地线，这样得到的屏蔽效果，比一长条地线要好，传输线特性和屏蔽作用将得到改善，另外起到了减小分布电容的作用。印制导线的公共地线最好形成环路或网状，这是因为当在同一块板上有许多集成电路，特别是有耗电多的元件时，由于图形上的限制产生了接地电位差，从而引起噪声容限的降低，当做成回路时，接地电位差减小。另外，接地和电源的图形尽可能要与数据的流动方向平行，这是抑制噪声能力增强的秘诀；多层印制线路板可采取其中若干层作屏蔽层，电源层、地线层均可视为屏蔽层，一般地线层和电源层设计在多层印制线路板的内层，信号线设计在内层和外层

最后，还需要说明的是，本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本申请可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本申请所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本申请所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

在本文中使用的术语"包括'、"包含"或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句"包括一个…"限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本发明并不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下做出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种智能触摸屏的PCB布局结构装置，其特征在于，包括有电路板（1），以及设置在所述电路板（1）一侧上的数字电路（2）、电源电路（3）、模拟电路（4）、接口保护电路（5）以及电路模块（6）；

其中，所述模拟电路（4）上设置有集成式CPU与大容量存储器，其集成式CPU与所述电路板为贴装，大容量存储器与所述电路板为焊接插装；

所述电路模块（6）中包含有时钟电路、放大电路、驱动电路、A/D转换电路、D/A转换电路、I/O电路、开关电源电路和滤波电路；

所述数字电路（2）中还设置有旁路电容，其用于旁路电源上的高频信号，高频信号通过电源引脚进入敏感的模拟芯片，在模拟和数字PCB设计中，0.1uF的旁路或去耦电容应尽量靠近器件放置，10uF的供电电源去耦电容应放置在电路板的电源线入口处；

所述接口保护电路（5）使用高压电容进行电路保护，将耐压至少为1.5KV的陶瓷电容放置在I/O连接器或者关键信号的位置；

所述滤波电路中滤波线路还包括放电管、压敏电阻，所述放电管、压敏电阻设于所述电路板上，所述压敏电阻和放电管位于所述电路板上部。

2.根据权利要求1所述的一种智能触摸屏的PCB布局结构装置，其特征在于，所述电源电路（3）中设置有电源芯片、线性电源和高频开关电源。

3.根据权利要求1所述的一种智能触摸屏的PCB布局结构装置，其特征在于，所述电源电路（3）中包括：继电器控制端口，且继电器控制端口位于所述电路板上。