從電源原理圖中了解電路的PCB布局

本文討論了電源電路的PCB布局，該電路從小型太陽(yáng)能電池產(chǎn)生3.3 V穩(wěn)壓軌。

我在這個(gè)項(xiàng)目中的目標(biāo)是創(chuàng)建一個(gè)非常簡(jiǎn)單，非常緊湊的電路，可以為基于微控制器的嵌入式系統(tǒng)供電。該電路僅在充足照明的時(shí)間內(nèi)有效，因?yàn)樵撛O(shè)計(jì)不包括用于存儲(chǔ)剩余能量的電容器或電池。

在本文中，我將從電源原理圖中了解電路的PCB布局。

光伏電源的PCB布局

下圖顯示了PCB頂部和底部的布局。所有組件和大部分痕跡和銅澆注都在頂部; 底部主要是地平面。

PCB尺寸

微控制器是Silicon Labs的EFM8 Sleepy Bee，左側(cè)的（相對(duì)）大型連接器提供與SiLabs USB調(diào)試適配器的直接連接。這種連接器消耗了相當(dāng)多的PCB空間，使整體設(shè)計(jì)看起來(lái)比實(shí)際更大。

下圖顯示了PCB的尺寸（以英寸為單位）。較短的水平尺寸是我試圖估計(jì)如果調(diào)試連接器被移除（以及其他組件重新排列），電路板可以有多小。

所以我的猜測(cè)是，一側(cè)的所有組件的雙層板可能小于1.5平方英寸。我會(huì)說(shuō)這很不錯(cuò)，特別是考慮到我們正在討論的是雙層PCB。

此外，我不認(rèn)為我使用兩層而不是四層而失去任何性能，因?yàn)榈撞繋缀跏且粋€(gè)堅(jiān)固的地平面，頂部有足夠的空間用于寬電源線和寬大的接地連接（還因?yàn)槲⒖刂破鲗⒁苑浅５偷念l率運(yùn)行）。

小巧緊湊，但它可能更小

以下是其他一些可以減少該板尺寸的方法：

● 我選擇了更大的無(wú)源元件IC（0805和1206），因?yàn)樗鼈兏菀捉M裝。如果您計(jì)劃專業(yè)組裝電路板，您可以考慮使用0603甚至0402（您可能在0402封裝中找到可接受的2.2μF電容，但對(duì)于0.1μF電容和電阻，您絕對(duì)可以使用0402） 。

● 我為微控制器選擇了更大的封裝; 這是一個(gè)9毫米×9毫米的QFP32。32引腳無(wú)引腳封裝尺寸明顯更小（5 mm×5 mm），還有一個(gè)24引腳無(wú)引腳封裝，尺寸更?。? mm×4 mm）。在我看來(lái)，圍繞此電源構(gòu)建的大多數(shù)應(yīng)用程序不需要超過(guò)少數(shù)I / O引腳，因此24引腳封裝可能是最佳選擇。我之所以使用32引腳器件，是因?yàn)樵撐⒖刂破鳑](méi)有任何其他引線（即非引線）封裝。

● 我為實(shí)時(shí)時(shí)鐘應(yīng)用提供了高精度32.768 kHz晶振; 它大約是0805組件的大小。微控制器有一個(gè)內(nèi)部低功耗振蕩器，精度很低（±10％），所以如果你不需要精確定時(shí)，你可以省略晶體。

● 電荷泵開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器目前有四個(gè)2.2μF輸出電容，但只需要一個(gè)。

● LED及其附帶的電阻僅用于調(diào)試; 它們可以在最終設(shè)計(jì)中省略。

● 您可能認(rèn)為可以消除與調(diào)試電源相關(guān)的所有電路（開(kāi)關(guān)，LDO和兩個(gè)電容）。我不建議這樣做，因?yàn)樘?yáng)能供電不是固件開(kāi)發(fā)和測(cè)試的便利電源。

雙面選擇

該如何制作更小的列表的最后一項(xiàng)是在板的頂部和底部有組件。當(dāng)我寫這篇文章的時(shí)候，我開(kāi)始懷疑整個(gè)電路是否適合與太陽(yáng)能電池尺寸相對(duì)應(yīng)的區(qū)域，這樣你就可以設(shè)計(jì)出一塊只有頂部太陽(yáng)能電池和底部其他東西的電路板。我決定從原理圖中刪除一些不必要的組件然后嘗試這個(gè)想法，這是我發(fā)現(xiàn)的（尺寸以英寸為單位）：

這是一個(gè)粗略的近似，但是，你可以看到，我們非常接近將所有電路塞入太陽(yáng)能電池占用的PCB空間的目標(biāo)。

為了創(chuàng)建這個(gè)元件放置，我消除了四個(gè)輸出電容中的三個(gè)，晶體，LED和LED的電阻。我還將微控制器包切換到QFN24。無(wú)源元件仍然是1206和0805，但這些較大的封裝可以彌補(bǔ)您需要某種方法將微控制器連接到調(diào)試適配器。當(dāng)然沒(méi)有太多的路由空間，但如果你可以使用四層板（并且太陽(yáng)能電池下方的頂部還有足夠的空間），我認(rèn)為這不是一個(gè)嚴(yán)重的障礙。

結(jié)論

我們已經(jīng)討論了我最近設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能微控制器板的PCB布局，我們還研究了一個(gè)更加空間優(yōu)化的實(shí)現(xiàn)示例，其中PCB的尺寸接近太陽(yáng)能電池的尺寸。如果您對(duì)低功耗嵌入式設(shè)備的空間受限設(shè)計(jì)有任何經(jīng)驗(yàn)，請(qǐng)隨時(shí)在評(píng)論中分享您的想法。