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技術資料

一般線路板基本設計流程

  對于立志當電工的筒子們來說,畫板是門硬武藝,不練就成功,就算你能記下MOS管的所有特性曲線,也終究是不入流。

設計流程

  一般線路板基本設計流程如下:

  前期準備->PCB結構設計->PCB布局->布線->布線優化和絲印->網絡和DRC檢查和結構檢查->制版。

一、前期準備

  這包括準備元件庫和原理圖?!肮び破涫?,必先利其器”,要做出一塊好的板子,除了要設計好原理之外,還要畫得好。在進行PCB設計之前,首先要準備好原理圖SCH的元件庫和PCB的元件庫。元件庫可以用peotel 自帶的庫,但一般情況下很難找到合適的,最好是自己根據所選器件的標準尺寸資料自己做元件庫。原則上先做PCB的元件庫,再做SCH的元件庫。PCB的元件庫要求較高,它直接影響板子的安裝;SCH的元件庫要求相對比較松,只要注意定義好管腳屬性和與PCB元件的對應關系就行。PS:注意標準庫中的隱藏管腳。之后就是原理圖的設計,做好后就準備開始做PCB設計了。

二、PCB結構設計

  這一步根據已經確定的電路板尺寸和各項機械定位,在PCB 設計環境下繪制PCB板面,并按定位要求放置所需的接插件、按鍵/開關、螺絲孔、裝配孔等等。并充分考慮和確定布線區域和非布線區域(如螺絲孔周圍多大范圍屬于非布線區域)。

三、PCB布局

  布局說白了就是在板子上放器件。這時如果前面講到的準備工作都做好的話,就可以在原理圖上生成網絡表(Design->Create Netlist),之后在PCB圖上導入網絡表(Design->Load Nets)。就看見器件嘩啦啦的全堆上去了,各管腳之間還有飛線提示連接。然后就可以對器件布局了。一般布局按如下原則進行:

1、按電氣性能合理分區,一般分為:數字電路區(即怕干擾、又產生干擾)、模擬電路區(怕干擾)、功率驅動區(干擾源);

2、完成同一功能的電路,應盡量靠近放置,并調整各元器件以保證連線最為簡潔;同時,調整各功能塊間的相對位置使功能塊間的連線最簡潔;

3、對于質量大的元器件應考慮安裝位置和安裝強度;發熱元件應與溫度敏感元件分開放置,必要時還應考慮熱對流措施;

4、I/O驅動器件盡量靠近印刷板的邊、靠近引出接插件;

5、時鐘產生器(如:晶振或鐘振)要盡量靠近用到該時鐘的器件;

6、在每個集成電路的電源輸入腳和地之間,需加一個去耦電容(一般采用高頻性能好的獨石電容);電路板空間較密時,也可在幾個集成電路周圍加一個鉭電容。

7、繼電器線圈處要加放電二極管(1N4148即可);

8、布局要求要均衡,疏密有序,不能頭重腳輕或一頭沉——需要特別注意,在放置元器時,一定要考慮元器件的實際尺寸大?。ㄋ济娣e和高度)、元器件之間的相對位置,以保證電路板的電氣性能和生產  安裝的可行性和便利性同時,應該在保證上面原則能夠體現的前提下,適當修改器件的擺放,使之整齊美觀,如同樣的器件要擺放整齊、方向一致,不能擺得“錯落有致” 。這個步驟關系到板子整體形象和下一步布線的難易程度,所以一點要花大力氣去考慮。布局時,對不太肯定的地方可以先作初步布線,充分考慮。

四、布線

  布線是整個PCB設計中最重要的工序。這將直接影響著PCB板的性能好壞。在PCB的設計過程中,布線一般有這么三種境界的劃分:首先是布通,這時PCB設計時的最基本的要求。如果線路都沒布通,搞得到處是飛線,那將是一塊不合格的板子,可以說還沒入門。其次是電器性能的滿足。這是衡量一塊印刷電路板是否合格的標準。這是在布通之后,認真調整布線,使其能達到最佳的電器性能。接著是美觀。假如你的布線布通了,也沒有什么影響電器性能的地方,但是一眼看過去雜亂無章的,加上五彩繽紛、花花綠綠的,那就算你的電器性能怎么好,在別人眼里還是垃圾一塊。這樣給測試和維修帶來極大的不便。布線要整齊劃一,不能縱橫交錯毫無章法。這些都要在保證電器性能和滿足其他個別要求的情況下實現,否則就是舍本逐末了。

1、布線時主要原則

① 一般情況下,首先應對電源線和地線進行布線,以保證電路板的電氣性能。在條件允許的范圍內,盡量加寬電源、地線寬度,最好是地線比電源線寬,它們的關系是:地線>電源線>信號線,通常信號線寬為:0.2~0.3mm,最細寬度可達0.05~0.07mm,電源線一般為1.2~2.5mm。對數字電路的PCB可用寬的地導線組成一個回路, 即構成一個地網來使用(模擬電路的地則不能這樣使用)

② 預先對要求比較嚴格的線(如高頻線)進行布線,輸入端與輸出端的邊線應避免相鄰平行,以免產生反射干擾。必要時應加地線隔離,兩相鄰層的布線要互相垂直,平行容易產生寄生耦合。

③ 振蕩器外殼接地,時鐘線要盡量短,且不能引得到處都是。時鐘振蕩電路下面、特殊高速邏輯電路部分要加大地的面積,而不應該走其它信號線,以使周圍電場趨近于零;

④ 盡可能采用45o的折線布線,不可使用90o折線,以減小高頻信號的輻射;(要求高的線還要用雙弧線)

⑤ 任何信號線都不要形成環路,如不可避免,環路應盡量??;信號線的過孔要盡量少;

⑥ 關鍵的線盡量短而粗,并在兩邊加上保護地。

⑦ 通過扁平電纜傳送敏感信號和噪聲場帶信號時,要用“地線-信號-地線”的方式引出。

⑧ 關鍵信號應預留測試點,以方便生產和維修檢測用

⑨ 原理圖布線完成后,應對布線進行優化;同時,經初步網絡檢查和DRC檢查無誤后,對未布線區域進行地線填充,用大面積銅層作地線用,在印制板上把沒被用上的地方都與地相連接作為地線用?;蚴亲龀啥鄬影?,電源,地線各占用一層。

2、布線工藝要求

① 線

  一般情況下,信號線寬為0.3mm(12mil),電源線寬為0.77mm(30mil)或1.27mm(50mil);線與線之間和線與焊盤之間的距離大于等于0.33mm(13mil),實際應用中,條件允許時應考慮加大距離;布線密度較高時,可考慮(但不建議)采用IC腳間走兩根線,線的寬度為0.254mm(10mil),線間距不小于0.254mm(10mil)。特殊情況下,當器件管腳較密,寬度較窄時,可按適當減小線寬和線間距。

② 焊盤(PAD)

  焊盤(PAD)與過渡孔(VIA)的基本要求是:盤的直徑比孔的直徑要大于0.6mm;例如,通用插腳式電阻、電容和集成電路等,采用盤/孔尺寸1.6mm/0.8mm(63mil/32mil),插座、插針和二極管1N4007等,采用1.8mm/1.0mm(71mil/39mil)。實際應用中,應根據實際元件的尺寸來定,有條件時,可適當加大焊盤尺寸;PCB板上設計的元件安裝孔徑應比元件管腳的實際尺寸大0.2~0.4mm左右。

③ 過孔(VIA)

  一般為1.27mm/0.7mm(50mil/28mil);當布線密度較高時,過孔尺寸可適當減小,但不宜過小,可考慮采用1.0mm/0.6mm(40mil/24mil)。

④ 焊盤、線、過孔的間距要求

PAD and VIA : ≥ 0.3mm(12mil)

PAD and PAD : ≥ 0.3mm(12mil)

PAD and TRACK : ≥ 0.3mm(12mil)

TRACK and TRACK : ≥ 0.3mm(12mil)

密度較高時:

PAD and VIA : ≥ 0.254mm(10mil)

PAD and PAD : ≥ 0.254mm(10mil)

PAD and TRACK : ≥ 0.254mm(10mil)

TRACK and TRACK : ≥ 0.254mm(10mil)

五、布線優化和絲印

  “沒有最好的,只有更好的”!不管你怎么挖空心思的去設計,等你畫完之后,再去看一看,還是會覺得很多地方可以修改的。一般設計的經驗是:優化布線的時間是初次布線的時間的兩倍。感覺沒什么地方需要修改之后,就可以鋪銅了(Place->polygon Plane)。鋪銅一般鋪地線(注意模擬地和數字地的分離),多層板時還可能需要鋪電源。時對于絲印,要注意不能被器件擋住或被過孔和焊盤去掉。同時,設計時正視元件面,底層的字應做鏡像處理,以免混淆層面。

六、網絡和DRC檢查和結構檢查

  首先,在確定電路原理圖設計無誤的前提下,將所生成的PCB網絡文件與原理圖網絡文件進行物理連接關系的網絡檢查(NETCHECK),并根據輸出文件結果及時對設計進行修正,以保證布線連接關系的正確性;網絡檢查正確通過后,對PCB設計進行DRC檢查,并根據輸出文件結果及時對設計進行修正,以保證PCB布線的電氣性能。最后需進一步對PCB的機械安裝結構進行檢查和確認。

七、制版

  在此之前,最好還要有一個審核的過程。

  PCB設計是一個考心思的工作,誰的心思密,經驗高,設計出來的板子就好。所以設計時要極其細心,充分考慮各方面的因數(比如說便于維修和檢查這一項很多人就不去考慮),精益求精,就一定能設計出一個好板子。

要注意的電氣規則

1、電源、地線的處理

  既使在整個PCB板中的布線完成得都很好,但由于電源、 地線的考慮不周到而引起的干擾,會使產品的性能下降,有時甚至影響到產品的成功率。所以對電、地線的布線要認真對待,把電、地線所產生的噪音干擾降到最低限度,以保證產品的質量。

  對每個從事電子產品設計的工程人員來說都明白地線與電源線之間噪音所產生的原因,現只對降低式抑制噪音作以表述:眾所周知的是在電源、地線之間加上去耦電容。盡量加寬電源、地線寬度,最好是地線比電源線寬,它們的關系是:地線>電源線>信號線,通常信號線寬為:0.2~0.3mm,最經細寬度可達0.05~0.07mm,電源線為1.2~2.5 mm,對數字電路的PCB可用寬的地導線組成一個回路, 即構成一個地網來使用(模擬電路的地不能這樣使用)用大面積銅層作地線用,在印制板上把沒被用上的地方都與地相連接作為地線用?;蚴亲龀啥鄬影?,電源,地線各占用一層。

2、數字電路與模擬電路的共地處理

  現在有許多PCB不再是單一功能電路(數字或模擬電路),而是由數字電路和模擬電路混合構成的。因此在布線時就需要考慮它們之間互相干擾問題,特別是地線上的噪音干擾。

  數字電路的頻率高,模擬電路的敏感度強,對信號線來說,高頻的信號線盡可能遠離敏感的模擬電路器件,對地線來說,整人PCB對外界只有一個結點,所以必須在PCB內部進行處理數、模共地的問題,而在板內部數字地和模擬地實際上是分開的它們之間互不相連,只是在PCB與外界連接的接口處(如插頭等)。數字地與模擬地有一點短接,請注意,只有一個連接點。也有在PCB上不共地的,這由系統設計來決定。

3、信號線布在電(地)層上

  在多層印制板布線時,由于在信號線層沒有布完的線剩下已經不多,再多加層數就會造成浪費也會給生產增加一定的工作量,成本也相應增加了,為解決這個矛盾,可以考慮在電(地)層上進行布線。首先應考慮用電源層,其次才是地層。因為最好是保留地層的完整性。

4、大面積導體中連接腿的處理

  在大面積的接地(電)中,常用元器件的腿與其連接,對連接腿的處理需要進行綜合的考慮,就電氣性能而言,元件腿的焊盤與銅面滿接為好,但對元件的焊接裝配就存在一些不良隱患如:①焊接需要大功率加熱器。②容易造成虛焊點。所以兼顧電氣性能與工藝需要,做成十字花焊盤,稱之為熱隔離(heat SHIELD)俗稱熱焊盤(THERMAL),這樣,可使在焊接時因截面過分散熱而產生虛焊點的可能性大大減少。多層板的接電(地)層腿的處理相同。

5、布線中網絡系統的作用

  在許多CAD系統中,布線是依據網絡系統決定的。網格過密,通路雖然有所增加,但步進太小,圖場的數據量過大,這必然對設備的存貯空間有更高的要求,同時也對象計算機類電子產品的運算速度有極大的影響。而有些通路是無效的,如被元件腿的焊盤占用的或被安裝孔、定們孔所占用的等。網格過疏,通路太少對布通率的影響極大。所以要有一個疏密合理的網格系統來支持布線的進行。

標準元器件兩腿之間的距離為0.1英寸(2.54mm),所以網格系統的基礎一般就定為0.1英寸(2.54 mm)或小于0.1英寸的整倍數,如:0.05英寸、0.025英寸、0.02英寸等。

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