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鬼斧神工DIY之作：3D打印机造柔性电路板

　相信大家对3D打印机并不陌生，但是利用它来制造柔性电路板（FPC）可能就鲜为人知了。事实上不管多薄的铜箔，甚至只是一块导电布材料，FPC都可以用3D打印机来进行蚀刻。任何厚度的FPC常用材料例如FR4也可以用此方法蚀刻。
　　第一步：设计方法
　　鬼斧神工DIY之作：3D打印机造柔性电路板
　　PLA，尼龙，ABS和大多数的耗材都很难有效的用2D打印机粘在铜箔上，因此也难以蚀刻成想要的电路。但是， Ninjaflex材料可以这个难题，它几乎可以粘上任何材料，包括亚克力、蓝色印刷胶带和玻璃。
　　电路板的线路可以通过像123D Design这样的免费软件来绘制，它可在铜箔板或者是导电布上绘制线路。从第一幅图不难看出，能利用常用氯化铁蚀刻方法。
　　上述图片展示的是电路试验板和穿孔板，孔中心距为0.1英寸。这与其它的0.1英寸标准的管脚中心距元件相匹配。第二幅图是完成的电路板，一个Picaxe微控制器。
　　如果要设计一个轻且薄的电路板，这样设计完全没问题。不过，如果对绕着性要求高的话，这些器件距离需要设计得更远。
　　第二步：准备材料
　　鬼斧神工DIY之作：3D打印机造柔性电路板
　　现在需要准备3D打印耗材，我用的是Makerbot Replicator 2，不过其他品牌的打印机通过同样的挤出机也可以。
　　白色的Ninjaflex材料，之前有试过黑色和无色透明的Ninjaflex，但是附着性没有白色的好，也许可以试试其它的颜色。
　　剪刀；
　　纯铜涤塔夫面料（0.02英寸）；
　　超薄铜箔电路板（小于0.01英寸）；
　　洁净的衬里材料；
　　乐泰胶；
　　123D Design或者其它可生成并且运行STL文件的3D软件；
　　氯化铁，可以尝试用其它的蚀刻液；
　　钢丝球；
　　丙酮；
　　布基胶带。
　　第三步：设计电路图
　　鬼斧神工DIY之作：3D打印机造柔性电路板
　　绘制线路
　　123D Design可设计线路以及图形，绘制完图形后将喷出0.011英寸厚度的薄膜。0.06英寸的线路宽度和0.04英寸的线距是标准数值，可匹配元件的管脚间距。
　　隔离条的使用
　　在绘制图案边上还需添加一个隔离条，当打印图案时隔离条可根据不同的电路板材料的厚度进行调整。0.7英寸以下都可制作。如果需要更厚的板材，则需要压住底部的隔离条，以便做出合适的厚度。　　
　　第四步：调整3D打印机
　　鬼斧神工DIY之作：3D打印机造柔性电路板
　　如果使用ninjaflex材料进行打印，需要对3D打印机进行调整。
　　检查挤压机
　　用Ninjaflex打印之前调整好挤压机，才能正常完成工作。在Makerbots 的旧版打印机Replicator 2安装一个扩充成套工具，另外需要为此下载一个Thingiverse驱动快。
　　如果你用的是其他的打印机型号，则需要确定Thingiverse的驱动快是否匹配你的打印机。因为在轴承与齿轮之间存在很小的间隙，这会导致很多问题产生。
　　使机床保持平衡
　　铜箔上的镀层误差只允许在很小的范围内，如果喷剂没有很好的粘上，后续的蚀刻也会不彻底。所以机床必须保持非常平整并水平。可用标准刻度对机床进行调整，将其印在机床的中间，然后在每次打印结束后都保证0.02英寸的误差范围内，这一步非常关键。
　　做一次打印试验
　　直接在机床上进行打印，在图形的边缘上做标记，然后剥开这个图形。用这个就可以裁剪成一个FPC。
　　Replicator 2打印机的设置
　　如果用的是Replicator 2就要做一下设置：
　　Infill： 100 per cent
　　Shells： 2
　　Layer Height： .2mm
　　Temp： 225 C
　　Speed Extruding： 15 mm/s
　　Speed Traveling： 150 mm/s
　　填充：100%
　　层高：2mm
　　温度：225℃
　　挤压速度：15mm/s
　　移动速度：150mm/s
2．3 信号线的布置
　　不相容的信号线之间能产生耦合干扰，所以在信号线的布置上要把它们隔离，隔离时采取的措施有：
　　(1)不相容信号线应相互远离，不要平行，分布在不同层上的信号线走向应相互垂直，这样可以减少线间的电场和磁场耦合干扰；
　　(2)高速信号线特别是时钟线要尽可能的短，必要时可在高速信号线两边加隔离地线；
　　(3)信号线的布置最好根据信号流向顺序安排，一个电路的输入信号线不要再折回输入信号线区域，因为输入线与输出线通常是不相容的。
　　当高速数字信号的传输延时时间Td>Tr(Tr为信号的脉冲上升时间)时，应考虑阻抗匹配问题。因为错误的终端阻抗匹配将会引起信号反馈和阻尼振荡。通常线路终端阻抗匹配的方法有串联源端接法、并联端接法、RC端接法、Thevenin端接法4种。
　　(1)串联源端接法
　　图3为串联源端接电路。
高速DSP系统的电路板级电磁兼容性设计
　　源端阻抗Zs和分布在传输线上的阻抗Zo之间，加上源端接电阻Rs，用来完成阻抗匹配，Rs还能吸收负载的反馈。这里的Rs必须离源端尽可能的近，理论上应为Rs=Zo-Zs中的实数值。一般Rs取15～75Ω。
　　(2)并联端接法
　　图4为并联端接电路。附加1个并联端电阻Rp，这样Rp与ZL并联后就与Zo相匹配。这个方法需要源驱动电路来驱动一个较高的电流，能耗很高，所以在功耗小的系统中不适用。
高速DSP系统的电路板级电磁兼容性设计
　　(3)RC端接法
　　图5为RC端接电路。该方法类似于并联端接电路，但引入了电容C1，此时R用于提供匹配Zo的阻抗。C1为R提供驱动电流并过滤掉从传输线到地的射频能量。因此与并联端接方法相比，RC端接电路需要的源驱动电流更少。R和C1的值由Zo，Tpd(环路传输延迟)和终端负载电容值Cd决定。时间为常数，RC=3Tpd，其中R∥ZL=Zo，C=C1∥Cd。
高速DSP系统的电路板级电磁兼容性设计
　　(4)Thevenin端接法
　　图6为Thevenin端接电路。该电路由上拉电阻R1和下拉电阻R2组成，这样就使逻辑高和逻辑低与目标负载相符。其中，R1和R2的值由R1∥R2=Zo决定，R1+R2+ZL的值要保证最大电流不能超过驱动电路容量。
高速DSP系统的电路板级电磁兼容性设计
　　3 结语
　　本文通过对电子产品电磁环境的分析，确定高速DSP系统中产生干扰的主要原因，并针对这些原因，通过对高速DSP系统的多层板布局、器件布局以及PCB布线等方面进行分析，给出有效降低DSP系统的干扰、提高电磁兼容性能的措施。从设计层次保证了高速DSP系统的有效性和可靠性。合理布局设计，减少噪声，降低干扰，避开不必要的失误，对系统性能的发挥起到不可低估的作用。

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