KVL和KCL在PCB设计中的应用

我有拖延的坏习惯。我对自己要做的事情往往很挑剔，而那些不那么令人兴奋的事情，比如回复电子邮件，就被委派到长长的待办事项列表中。但拖延症总是会在最后打击你，我经常发现这一点。不幸的是，即使这些任务排在待办事项列表的后面，最终你还是要完成它们。

你推迟的任务经常会聚集在一起，在最糟糕的时候把你压垮。不过，这种情况非常普遍，我和朋友们每年都有一两次晚上会聚在一起，写那些我们多年来一直没有时间为彼此写的电子邮件。

不幸的是，在电路板的电压和电流模拟中，没有很多朋友可以依靠。但是你仍然可以在KVL和KCL的应用等法律形式中找到支持。

KVL和KCL:基尔霍夫的果壳

当我们沉迷于最新的集成电路和工具时，我们常常忽略了电子产品的基本原理。基尔霍夫电压定律(KVL)和基尔霍夫电流定律(KCL)是构成电子设计基础的两个常见定律。如果你对理论有点生疏了，那我们就回忆一下吧。

基尔霍夫电压定律指出，通过闭环的总代数电压和等于零。是的，如果你学过电子学，这听起来像是常识，但当新的PCB设计师犯了严重的错误，忽略了led的限制电阻时，这仍然令人困惑。

第二定律，基尔霍夫电流定律，指出在一个结点上的电流的代数和等于零。换句话说，进入节点的电流必须等于离开节点的总电流。这是一个简单的定律，但在PCB设计中有时会被忽视，往往会产生不良影响。

KVL和KCL在电子设计中的应用

KVL和KCL均显著你在PCB上创建的每一个轨迹。有时，很明显，其中一条规则适用，而其他规则则没有KVL和KCL从电路中尖叫。然而，很明显，在PCB设计中忘记这些规则并不是最好的事情。

如前所述，KVL适用于简单的电路，例如点亮LED。由于LED具有特定的结电压，并且电压源通常要高得多，根据KVL，这种差异必须在电路的其他地方消散。如果省略了一个限制电阻器，铜线就会受到电压差的冲击，并在过程中过热或损坏。

但是KVL不仅仅是在不烧铜的情况下点亮LED。定义KVL的整个思想是关于能量守恒的。能量源(电源电压)在一个闭环中被消耗。然而，不变的常数是流过它的电流。这一现象导致了4-20 mA电流回路信号在工业应用中的广泛应用。

KVL是LED电路中限制电阻的原因。

由于电压在较长的电缆上下降的事实，它不是远距离信号的合适选择。使用电流作为模拟参数的表示是更好的选择，因为它将在整个长度上保持恒定。

KCL是关于有等量的电流进入和离开一个结，在规划铜迹宽度时很重要。虽然您可以通过使用相同的最小宽度铜痕迹的小电流应用程序，涉及功率MOSFET, LED驱动器和其他的设计而获得免费大功率组件将需要仔细计算当前进入和现有相邻结点。

PCB设计中处理KVL和KCL的最佳实践

你可能正在进行一些未来的设计，但事实是，KVL和KCL仍将是PCB设计的基本法则。问题是，如何才能在不违反电子学这两个基本定律的情况下继续下去。

好吧，这和你在大学里考得好一样。你需要一个计算器或电子表格来计算与KVL和KCL相关的压降或电流。当然，如果你在吸毒的话高级PCB工具，您可以找到模拟器工具来计算各自的节点和元素的值。

但是遵循KVL和KCL并不仅仅是计算值。4-20mA的接收器需要用电阻和运放将电流信号转换成电压信号，然后再由模数转换器(ADC)处理。模拟电压信号必须与高速信号保持距离，以免产生噪声耦合。

在PCB设计中使用分析工具来优化KVL和KCL。

对于涉及大功率元件的设计，在计算流经它们的电流后，确保适当的走线宽度是下一个过程。这可以防止PCB上的热点，这可能会影响相邻组件的功能。

你会惊讶于如何使用正确的PCB设计软件有助于在项目中遵守KVL和KCL。例如《Cadence》OrCAD PSpice模拟器有助于根据原理图中流经网络的电流计算pcb上的迹线宽度。PSpice还在这些情况下识别EMI关键网，以确保设计的完整性。

如果您想了解更多Cadence如何为您提供解决方案，跟我们和我们的专家团队谈谈吧。