电路板优化设计

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电路板优化设计范文第1篇

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申明:本网站内容仅用于学术交流，如有侵犯您的权益，请及时告知我们，本站将立即删除有关内容。 由78 国6000 台计算机组成的全球最大网格

近日，英国科学家展示了全球最大的网格计算机。该网格计算机系统是由分散在78个国家的6000 多台计算机组成，它是全球最大、首个永久性网格 Large HadronCollider Computing Grid (LCG)的一部分， 主要用于粒子物理领域的研究。

电路板优化设计范文第2篇

[关键词]STC12C5A08S2；字模提取；16*16LED；

中图分类号：TP391.41 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）07-0028-01

1 引言

LED作为一个热门产业已经深深的影响着我们日常的生活和工作，无论是平时的信息通告，还是广告宣传都能看到它的身影。此次设计就是针对其应用市场和当下信息化社会这一时代背景而进行的一次开发应用。基于最小系统的设计开发具有花费低，占空小，用料少，使用方便等多方面优点。而用数码管作为显示器的LED屏则具有直观高效的特点。本文就将对单片机和LED的配合运用作深刻解析，我们将从硬件入手并配合软件的编程实现LED的滚动显示。本设计主要涉及单片机STC12C5A08S2【1】，正电压稳压器CH340T， 片状晶振HD74LS154P的应用，PCB板的绘制，还包括led屏的焊接、程序的调试。

2 硬、软件设计

2.1 硬件设计

本设计采用STC12C5A08S2单片机为主控芯片【2】，还有电源电路、16*16点阵显示屏电路、电压转换芯片CH340T。电源电路把24V直流电稳定为+5V直流电；16*16点阵显示屏【3】电路是由256个发光二极管组成；CH340T把USB口电平转换成单片机串口电平。

2.2 软件设计

程序的设计主要包括启动程序，显示汉字的字模数据，调取字模数据，字体滚动显示程序。

（1）系统初始化

对点阵屏进行全部点亮程序测试。

#include

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

#define zishu 10 //按照实际显示的字数进行修改，例如需要显示“琴岛学院”四个字，则改成4

#uchar code tab[]=//存储需要显示汉字的字模数据，该数据由字模提取软件得到，单片机为8K空间，最多约存储200个汉字。

（2）字体滚动显示

汉字滚动显示程序

{for（flag3=0；flag3

{for（flag1=0；flag1

{P1=flag1；

P2=tab[flag2]；//调字模数据

P0=tab[flag2+1]；//调字模数据

flag2=flag2+2； //字节偏移

delay（1）；

P0=0x00； //关闭显示

P2=0x00；//关闭显示}

flag2=flag2-32；}

flag2=flag2+2； //滚动显示寄存器

if（flag2>（zishu-1）*32）//判断数据是否显示结束

flag2=0；}

3 电路板制作、调试

首先，根据电路原理图生成PCB板，然后拿到厂家制板，电路板共两块，一块是主控板；一块是点阵显示屏板。

3.1 电路板的元件焊接

将购买好的元件，焊在电路板上，然后把单片机芯片插入芯片底座。主控板和点阵显示屏板在焊接时需要注意一下事项：

3.1.1 主控板焊接时应注意以下事项：

（1） 焊接时应遵循先焊小件，后焊大件的焊接步骤。

（2） 对于有极性的器件，焊接时对正负极是有严格要求的，所以要注意区分它们的正负极，例如：铝电解电容、整流二极管、发光二极管等。

（3） 和焊接二极管一样，焊接三极管的持续时间也不宜过长，否则也会导致三极管的损坏。

3.1.2 点阵板焊接注意事项：

（1） LED 需安装在电路板正面，并从电路板反面进行焊接【4】。

（2） 注意区分LED的正负极，较长的引脚是正极，较短的引脚是负极。

（3） LED焊接时，不要持续焊接超过2S，否则容易导致LED的损坏。

（4） 要注意两根单排插针要从电路板反面安装，并从电路板正面焊接。

3.2 电路板的安装

点阵板与主控板焊接完成后，就可以将两块板子的插针插在一起，从而完成两块独立电路板的电路连接，但是单靠这种连接方式是不够稳定的，因此我们还需要在电路板的四个角各采用一根空心铜柱子配合螺丝来进行固定安装，安装好的广告牌如下图所示【5】。

3.3 程序调试

利用Keil软件将程序编写号以后，利用字模提取软件把要显示的字符的代码提取出来，比如要显示“我爱机电系”。如图所示。

将字模代码除了第一行复制到程序代码中的“unchar code tab[]=”后面的圆括号内，注意将程序中原来的字模数据先删除掉。修改程序第四行#define zishu 5，需要显示几个字数字就改为几，我们显示的是“我爱机电系”一共5个字，所以是5。然后保存，将生成的HEX问价下载到单片机中，运行出结果。

4 结论

本论文包括硬件电路的设计，软件的设计，电路板的制作，程序的调试。通过单片机控制一个16*16的点阵显示屏，滚动显示“我爱机电系”。利用字模提取软件把要显示的汉字代码，写到程序中，然后下载到单片机中进行显示。实现了广告屏的功能。

参考文献

[1] 胡汉才.单片机原理及系统设计[M].北京：清华大学出版社，2004；199-222

[2] 胡汉才. 单片机原理及其接口技术学习辅导与实践教程[M]. 北京：清华大学出版社，2004；110-112

电路板优化设计范文第3篇

关键词：激光导引头；高过载；电路组；灌封固化

激光导引头为配备在弹药武器系统前端的高精度电子设备，对内部器材的振动、冲击、强度、刚度均有较高的要求，其中电路控制部分为其中的关键环节。为保证导引头在轴向8000g的加速度冲击下，设备内部电子组件的安全可靠，我们将对内部的电路组件进行灌封固化处理，并利用Ansys分析软件对电路组进行冲击分析，根据分析结果确认灌封固化效果，最后利用空气炮试验进行确认。

1 概述

随着科技的发展，精确制导类武器在现代作战系统中的作用日益突出，小型化、智能化为成为目前武器系统的重要发展方向，小型化意味着在更小的空间内容纳更多的器材元件，而智能化又要求武器系统在小型化的同时有着更高的探测灵敏度和打击精度，这就对设备组件本身的强度、刚度、振动、冲击等有了更高的设计要求。

电路组作为激光导引头的控制中枢，通常来说，电路板和焊接器件本身在不低于8000g的冲击下的无法满足设计要求，本文将依据工程实际，对导引头电路组进行灌封固化处理，并通过软件分析和试验验证来确认灌封效果，从而使电路组满足武器弹药设计要求。

2 电路组抗过载性设计

2.1 可靠性设计

在结构设计中我们采用以下方法提高其强度和可靠性：（1）多点支撑，降低高度，提高平均强度；（2）结构紧凑，受力均匀，降低平均应力，减少应力变化；（3）受力分布均匀，多层电路器件排布合理，减小强度变化。

为使力在结构中的传递最直接，我们采用电路组叠装的组合方式，从而使整个电路组既紧凑又简单；为使结构元件的剖面应力尽可能均匀分布，我们采用圆形分布的电路排布方式，从而使整个电路组的质心尽可能集中于轴线上；为保证元件材料的力学性能应与元件的受力要求一致，我们还将对组合测试成功的电路组进行灌胶封装。

2.2 振动和冲击设计

振动和冲击既是设备不可避免的实际工况，一般来说，振动和冲击导致产品或系统的损坏一般分为三类：（1）振动和冲击导致机械结构产生较大变形或断裂；（2）各种紧固件由于振动冲击作用而松动，元器件脱开，从而导致设备功能的降低或破坏；（3）各种电子组件和接插件的松动或接触不良，在较大的冲击和振动下，导致的元器件引线的断裂，电路系统的短路或开路故障等。

针对上述问题，我们采以下措施：（1）提高离散的电器元件的安装刚性，尽量缩短引线的长度，注重贴面焊接，并用环氧材脂胶或聚氨酯胶点封在安装板上；（2）降低集成电路的安b高度，整个设备中涉及紧固件的部分不允许使用通常的弹垫和平垫，装配时螺钉直接点胶固定；（3）采用阻尼减振措施，整个电路组整体灌胶固化。

2.3 灌胶固化处理

2.3.1 齐套性检查及准备工作

检查工具齐备性：纸杯（每套配一个）、夹具工装、搅拌工具、电子称1台、量杯2个、手套人手1双、口罩每人2个、双组份胶液（A、B）若干等。

清洗夹具及夹头，夹头涂抹脱模剂，涂三遍。将夹具工装固定至电路组上，要求夹具一侧与电路组后盖板无缝隙，另一侧与电路组最后一块电路板形成密闭结合（胶液不遗漏）。

2.3.2 灌胶固化

（1）将双组份胶液分别导入两个量杯内；A组分胶导入纸杯约36g，B组分胶导入纸杯约35g。（2）混合胶液，快速搅拌均匀；胶液快速搅拌后，立即倒入夹具工装内，整体静置30分钟。（3）30分钟后，拆除工装夹具和夹头；清理电路组多余发泡剂，要求电路板发泡不超出电路组圆形边界；同时清理夹具和夹头上的发泡剂粘接物，以备下一次发泡使用。（4）首先检查是否存在明显未填充部分或电子器件，如有上述情况，则及时补充相应部分；其次检查电路组发泡情况，若出现明显结构疏松，则及时清理掉疏松部分，重新发泡。

3 有限元分析和试验

3.1 有限元分析

根据设计规范，为确保设计的有效性和可靠性，本设计采用有限元软件Ansys对电路组做了模态分析和高过载冲击分析。模型说明：为提高计算效率，在不影响整体分析结果的基础上，分析模型去除了内部小孔、小平面、小螺钉和螺纹孔等特征，并把导引头内部的后端电路板组采用分层的聚四氟乙烯材料替代。

冲击试验输入条件为：产品应满足弹丸发射（最大发射过载：轴向：8000g，横向：1500g）及飞行弹道环境（弹道无控段≤3g、修正段≤40g）要求。

经过上述四幅图片对比，我们可以看出：（1）灌封前，电路组的应力主要集中于电路板的板间连接处和元器件凸起处；灌封后整个电路组受力均匀，应力主要集中于电路组的后盖板处，且灌封后应力峰值有了明显减小。（2）灌封前电路组的形变主要集中于电路板的元器件焊接处，灌封后电路组的形变主要集中于远离电路组固定端的侧端。最重要的是，灌封后电路组的最大形变从0.457mm减小为0.016mm，明显提高了电路组抗冲击的强度和可靠性。

3.2 试验验证

为验证本设计能够满足设计要求，我们进行了空气炮试验和靶场实弹打靶。试验证明，经过灌封固化后的激光导引头结构稳定，处理电路功能正常，电路组系统稳定有效。

4 结束语

本文给出了一种针对高冲击载荷下电路组防护的方法：针对设备的受力环境和结构特点，对导引头电路组的安装排布和振动冲击要求进行了专门设计，并对电路组的灌封固化进行了较为详细的阐述，从而使电路组满足在特定环境下的使用要求。经过有限元分析和实弹测试，证明改灌封固化方法对电路组的防护达到了设计要求，从而使系统满足相应的振动冲击要求。

参考文献

[1]朱伟，曾亮，等.高性能环氧电子灌封胶的研制[J].绝缘材料，2014，47（1）：56.

[2]郑超，张亚，郭佩宏.高冲击条件下聚氨酯灌封电路板应力分析[J].工程与试验料，2014（7）：23.

[3]钱立志.弹载任务设备抗高过载方法研究[J].兵工学报，2007（8）：1017.

[4]王正平.冲击载荷下减震系统的优化设计[D].北京：北京理工大学，2003.

电路板优化设计范文第4篇

关键词：A ltium Designer；电子产品；一体化

中图分类号：TN02；TP391.72 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 22-0000-01

随着社会需求的不断提高，出现了各种各样的电子设计自动化软件，A ltium Designer就是其中的一种，A ltium Designer软件具有强大的PCB设计功能和完善的EDA开发功能，A ltium Designer软件将不同企业中的开发环境、电子产品的板级设计等各项电子产品设计的环节进行了有效的集成和统一，能够显著缩短电子产品开发制造的周期，提高电子产品的设计效率。为此，文章对基于A ltium Designer电子设计软件的电子产品一体化设计进行探讨。

一、A ltium Designer的概述

（一）A ltium Designer的定义

A ltium Designer是一款由Protel软件开发商的A ltium公司所新研发出来的一种一体化的电子产品软件开发系统，A ltium Designer软件主要在Windows操作系统当中运行，该软件完美地融合了原理图的设计、电路仿真、PCB的绘制和编辑、拓扑逻辑的自动布线、对信号的完整性进行分析和设计技术等，为电子产品的设计者提供了全新、便捷的设计方案，有效地提高了电子产品的设计质量和效率。

（二）A ltium Designer的发展历程

A ltium Designer软件最早于1985年开发出来，其最早的版本是Dos版的Protel Tango，到1991年，出现了新的版本Protel for Windows，1999年，Protel的电路设计和板级分析体系得到完善，与1999年的版本相比，2000年的版本其控制力得到显著的加强，2004年，出现了A ltium Designer一体化电子设计环境，该版本的出现是传统EDA工具的进一步发展，直到2006年，推出了A ltium Designer 6，这一版本将更多的电子产品设计工具集成统一在一起，显著增加了A ltium Designer的功能，2009年的A ltium Designer 09实现了复杂板级设计、FPGA设计以及嵌入式软件设计等为一体的一个一体化电子产品平台[1]。基于A ltium Designer的电子产品一体化设计平台如图1所示。

二、A ltium Designer的功能

文章以2007年的A ltium Designer 6.8版本为例，对A ltium Designer软件的功能进行简要的阐述。与前几个版本相比，A ltium Designer6.8软件新增了许多功能。

第一个是FPGA设计当中的I/O管角的自动交换功能，FPGA设计的一个显著特点是其器件的管脚定义可以配置，但是这样的FPGA的设计增加了逻辑设计的复杂性和I/O管脚的数量，导致电子产品设计图纸上的电路板走线过于密集，最终给PCB板图的设计增加了困难。A ltium Designer 6.8中拥有了FPGA的I/O管脚自动交换功能，能够有效地节约布线的时间。

第二个是具有自动产生FPGA的I/O管脚约束文件的功能，在A ltium Designer 6.8当中，不仅能够自动生成管脚的约束文件，还能对文件进行自动更新，这个约束文件能够支持不同厂家的器件，从而实现了PCB和FPGA约束文件的管脚的同步优化，有效地节约了电子产品的开发成本。

三、基于A ltium Designer的电子产品的一体化设计

生产一个电子产品的过程就是将电子产品从概念转变成成品的过程，基于A ltium Designer的电子产品的一体化设计流程主要有以下几个步骤：首先，在A ltium Designer软件当中进行电子产品的设计需要构建一个PCB设计平台；其次，要通过PCB进行可编程器件的集成；第三，对器件和库进行管理；第四，从图纸的设计到制造的过程；第五，充分利用各种可编程器件的功能；第六，对整个电子产品的开发过程进行管理。从本质上看，电子产品的开发过程大致包括两个层次，第一层是物理平台的构建；第二层是可编程器件的开发。这种基于A ltium Designer软件的电子产品的一体化设计过程有效地打破了传统的板级设计的界限，将FPGA的设计功能和SOPC的设计实现功能有效地统一起来，从而为电子产品的一体化设计提供了完整、统一的系统，缩短设计的周期，减少产品设计和开发过程中的差错，能够有效地提高电子产品的设计效率[2]。

四、结语

总之，随着A ltium Designer软件的不断发展和广泛应用，在电子产品的设计当中，利用A ltium Designer软件的优势，能够实现传统工具界限的项目和数据的管理与超越，实现电子产品的一体化设计，缩短了电子产品设计和开发的时间，有效的提高电子产品设计的效率，节约电子产品的开发成本。

参考文献：

[1]付强.Altium Designer软件在电路设计中的应用[J].科技传播，2011（14）：11-14

电路板优化设计范文第5篇

【关键词】PCB板；模态分析；随机振动分析；可靠性分析

0 引言

电子设备在运输、使用过程中不可避免的会受到振动、冲击等环境应力的作用，这对电子设备的可靠性是严峻的考验。印制电路板（PCB， Print Circuit Board）是电子设备的重要组成部分，电子设备的大部分缺陷都来源于PCB板。PCB板设计的好坏，直接影响到电子设备的质量。对PCB板的振动分析是对其高可靠性设计的重要保证[1-2]。

某接收装置安装在某型飞机上，在飞行过程中产生的气动扰流、发动机排气噪声、载机振动传递等使该接收装置受到很大的随机振动，严重影响着接收装置的可靠性。在对PCB板进行设计时，同步进行开展PCB板随机振动的仿真分析，随时调整设计方案，提高接收装置设计的可靠性，避免由于设计不合理而导致的重复设计。

1 PCB板随机振动的数学模型

对随机振动仿真分析的理论依据是强迫振动理论，当一个振动系统受到简谐激励时，其稳态响应也是同频的简谐运动，但幅值和相位不同。若系统输入x（t）=eiωt，则系统输出为[3-5]：

y（t）=H（ω）eiωt（1）

其中，H（ω）是传递函数。

单自由度振动系统的传递函数H（ω）为：

H（ω）=（2）

式中，ω是振动频率，k是系统刚度，m是系统质量，c是系统阻尼系数。

对于多自由度系统的随机振动，先用坐标变换将微分方程解耦，使其变为多个单自由度系统，通过求出振动系统在主坐标系下的频率响应函数，利用模态叠加法得到在原物理坐标系下的响应。在对多系统进行主坐标变换时，需对系统进行模态分析，求得系统的各阶固有频率和相应的主振型。对于N自由度的振动系统，其传递函数{H}为：

（3）

式中，Hij表示单位力作用于在第j个点时，i点的响应值。

{H}与PCB板的振动频率有关，其由PCB板的结构、激励功率谱密度和边界条件共同确定，且与PCB板振动的响应功谱率密度Y（ω）有如下关系：

Y（ω）=H*（ω）TS（ω）H（ω）（4）

式中，S（ω）是随机振动系统的激励功率谱密度，它可以表示力、位移、速度、加速度等类型，该类型的随机振动信号在各个频域段上的分布密度即为激励功率谱密度；Y（ω）表示响应的分布密度，类型同样可以为力、位移、速度、加速度等。

本文使用ANSYS对PCB板进行建模、仿真和分析。建模时对PCB板进行一些简化：去掉较小的元器件、倒角；部分不可忽略的器件为圆柱体，将其等效为同体积的长方体；各类材料均视为各向同性材料。最终建好的PCB板物理模型包含了1块基板和23个元器件（由芯片和电容组成）。之后对模型中的基板、芯片和电容进行材料属性的定义和网格划分，基板、芯片和电容的材料属性如表1所示[1]。

在简化后的模型中，芯片和电容均是标准的长方体或六面体，采用映射网格划分；基板采用自由网格划分。对PCB板进行随机振动仿真之前，需要对其进行模态分析。PCB板的安装方式是螺钉安装，对8个安装孔施加位移约束，各向位移均为0，得到PCB板的数学模型，如图1所示。

2 模态分析

用ANSYS对上述数学模型进行模态分析，并提取模态。在ANSYS中，提供了7提取模态的方法，分别为：子空间法、分块兰索斯法、凝聚法、非对称法、阻尼法、QR阻尼法和Power Dynamics[6]。依据各模态提取法的特点，本文选用分块兰索斯法进行模态提取，得到PCB板的前5阶固有频率，如表2所示，一阶振型如图2所示。

3 随机振动分析

随机振动分析采用ANSYS 中的Spectrum功能，在仿真中采用的随机振动试验频率普曲线如图3所示。对PCB板的Z向（垂直基板方向）进行随机振动分析，得到了PCB板位移、速度和加速度的均方根值云图，位移云图如图5～图7所示。由图可看出在PCB板中心位置处器件响应值最大，其位移响应为0.194×10-3，速度响应为0.057，加速度响应为200.78，位移和速度响应较小，加速度响应较大。说明该位置处所受到的振动烈度不大，但冲击较大。对该位置处的器件进行可靠性分析。

4 可靠性分析

该器件为某型芯片，查看该芯片所受应力，其值为0.174MPa，接下来的可靠性分析主要针对该芯片进行。考虑到芯片是通过引脚焊接到PCB板上的，主要对芯片引脚进行可靠性分析。本文采用应力-强度的正态-正态模型[7]对PCB板进行可靠性分析。根据应力-强度干涉理论，应力S满足S～N（μs，σs），强度r满足r～N（μr，σr），令Y=r-S，则Y～N（μr-σs，），则可靠度为[8]：

（5）

令u=，β=，可得：

（6）

在对PCB板进行随机振动分析时，得到其最大应力为0.174MPa。取此值为应力分布的均值μ，取变异系数vx为0.01，有：

F（x）=edx（7）

引脚材料为金丝，其极限强度是120MPa。同样取变异系数为0.001，可知金丝的强度极限的正态分布函数为：

F（x）=e

dx（8）

故，β===99.99，查表可知φ（99.99）=99.9999%。表明该芯片是可靠的。

5 总结

通过对某接收装置PCB板的模态和随机振动的分析仿真，发现该PCB板在随机振动中的某芯片受到冲击较大，对该进行可靠性分析，发现该芯片的可靠度较高，可以满足随机振动试验的要求。

【参考文献】

[1]韩陪宇.系统级封装（Sip）的随机振动分析[D].西安：西安电子科技大学，2009.

[2]朱继元，周德俭，吴兆华.板级电路振动分析及元器件布局优化技术研究[J].电子机械工程，2007，23（1）：1-4.

[3]欧进萍，王光远.结构随机振动[M].北京：高等教育出版社，1998.

[4]Yang C Y.Random vibration of structures[M].New York： John Wiley & Sons， 1986.

[5]李春洋.印制电路板有限元分析及其优化设计[D].长沙：国防科技大学，2005.

[6]高耀东，刘学杰.ANSYS机械工程应用精华50例（第3版）[M].北京：电子工业出版社，2012.