通过拼接PCB布局中的大电流迹线
关键的外卖
电路板上存在大电流痕迹的潜在问题。
设计提示布线电源痕迹和使用大电流拼接过孔。
使用PCB设计工具来帮助进行电源布线。
通过拼接可用于帮助管理电路板中的大电流布线
我从多年的划船生涯中学到的一件事就是永远要尊重河流的流向。如果你没有准备好，水流就会把你带向你不想去的方向，这可能会导致一些不愉快的后果。在电路板设计中，同样的一般谨慎原则也适用。大电流是设计的必要，但如果你在PCB布局中没有给予适当的尊重，它也会导致你陷入一些不愉快的后果。
在设计中必须管理电源和接地，并正确地分配到它们所连接的不同组件。在PCB布局中，一种用于管理大电流的技术是拼接通孔，它可以帮助通过电路板传递电流的热量和能量。这里有一些关于在您的下一个PCB设计中使用通过拼接的高电流痕迹的更多信息。
电路板上的高电流问题
许多系统在运行中会使用大量的电力，这些系统中的电路板需要传导大电流。然而，如果电路板设计不适合这种电流水平，它可能会在电气或结构上出现故障。例如，电路板如果没有使用足够的金属来引导电流通过其电源平面和走线，可能会变得太热。这种热量，如果分配不正确，会影响非设计部件的正常工作。最终,热会产生多米诺骨牌效应，越来越多的部件受到影响，最终导致电路板失效。
大电流对电路板的潜在负面影响的另一个例子是电路板结构的物理故障。用于制造原始电路板的材料可以承受大量的热量，但只能达到一定的水平。FR-4是用于PCB制造的标准材料，其玻璃化转变温度(Tg)等级为130摄氏度。超过这一点，它的固体形式将变得不稳定，并可能开始融化。然而，即使在达到这个温度之前，热量也可能会烧毁电路板上的任何薄金属痕迹，造成像熔断器一样的开路。
为了避免这些和其他大电流问题，必须注意如何在PCB布局中设计这些电路。
短而直接的电源和组件之间的模拟跟踪路由
大电流电路的电气和热注意事项
大电流会在电路板中产生大量噪声，特别是与电源有关的电流开关电源。在开和关状态之间的切换将产生电磁干扰，电磁干扰的强度将随着开关上升时间的增加而增加。虽然这个问题可以过滤，但也可以用以下一些PCB布局技术来控制，以降低噪声。
电源电路中的元件应放置在足够近的位置，以便进行短而直接的迹线连接，同时不破坏下列情况可制造性设计(DFM)规则:
电源组件应全部位于单板的同一侧，以消除板内布线的需要。
电源的大电流组件，如电感和集成电路，应该尽可能靠近彼此，以实现最短的连接。
将组件像这样放置在一起，在电源部件内的布线应该非常直接。你会希望走线尽可能宽，以保持低电感和降低EMI的潜力。
这种策略将使您更好地控制电源电路中大电流的电气和热问题，但仍然存在将大电流路由到电路板中的其他点的问题。在这样的大电流布线中的热问题将需要更多的金属，这可能需要在不止一层上布线。这就是在高电流痕迹中使用拼接孔可以帮助的地方。
用三个通孔与另一层上的迹线缝合的电源迹线
PCB布局中的大电流迹线拼接
当布线大电流走线时，最好使用尽可能多的金属来减少热量和降低电感。然而，很多时候在电路板的一层上没有足够的空间来使电源走线像他们需要的那样宽。解决方案是在电路板的多层布线。通过将不同层上的痕迹与通孔拼接在一起，您将有效地将电流承载能力从单一层上增加。在上图中，您可以看到电路板内层上的电源痕迹，其中有三个拼接孔，与相邻层上的同伴痕迹连接。这可以为其他路由或板的外部层的附加组件腾出空间。
需要注意的是，你仍然有大量的热量可以产生大电流痕迹。通过在内层上的通孔将多个电源痕迹拼接在一起，您将为更多的金属提供一种方式来共享热量，但它仍然需要消散。这可以通过热通道来完成，它可以将热量传导到板的外部层的金属平台上进行冷却。你可以为你的高电流痕迹提供更多的冷却，你的板将更好地运作，它不太可能遭受热损坏。
当你在规划你的设计时，这里有一些其他重要的当前布局注意事项:
PCB制造:如果你的电路板运行非常热，电流很大，最好是探索其他可以处理更高工作温度的材料。虽然这些材料可能更昂贵，但从长远来看，它们可能会通过避免与热相关的问题来节省您的费用。您还应该与您的制造商合作，为您的大电流板开发最佳的层堆叠配置和电源平面策略。
板的厚度:通过增加板的厚度，你可以增加铜的重量，给你一个更厚的痕迹。这可能会让你减少跟踪宽度，允许更多的路由和组件放置空间。与任何制造问题一样，这些更改应在您将其纳入设计之前与制造商达成一致。
自动化装配:正如我们所看到的，由于电学和热的原因，更高的电流需要更多的金属。与此同时，在操作过程中散热的金属也可能会给PCB组装带来问题。大面积的金属会导致较小部件的热不平衡，从而影响焊接。为了避免这种情况，请确保在将部件直接连接到宽痕迹或大面积金属时使用热缓解。
部件放置:在可以避免的情况下，携带大电流和发热的部件不应放置在单板边缘。通过将这些部件更靠近板的中心，有更大的空间让热量自然地由板散发出去。
在所有这些设计技术中，您拥有的最佳资产是PCB设计工具中的功能和功能，我们将在接下来介绍。
在Allegro PCB编辑器中的约束管理器被用于设置电源的设计规则
在布局大电流走线时，充分利用PCB设计工具
印刷电路板的布线通常需要多个走线宽度和过孔，这取决于所布线的内容。信号走线需要细走线和小过孔，而电源和接地布线通常相反。有时,不同的电源网将需要不同的宽度取决于他们携带的电流水平。为了帮助布局设计师应对这些挑战，PCB设计工具通常具有约束管理系统来设置迹线宽度和间距规则。
在上图中，你可以看到Cadence的Allegro PCB编辑器工具中的约束管理器的图片。有了它，您可以根据需要输入各种宽度的不同网，以及它们自己独特的间隙和首选的通孔。此外，约束管理器允许用户设置可以分配给特定网络的网络类。这使您能够为一组相似的网创建规则集，这样您就不必修改每个单独的网。但是，这只是约束管理器提供给您的功能的开始。
使用约束管理器，您可以为高速设计拓扑和跟踪长度设置规则。您还可以为PCB组装创建规则，以控制组件之间的间距焊接掩模应适用于细螺距零件。甚至还有设置电子规则的部分，这样你就可以根据信号的定时和延迟值进行设计。有了约束管理器的多功能性，您将有足够的能力在PCB设计中使用拼接孔进行高电流走线。
有关电源设计的大电流路由的更多信息，请查看此电子书。
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