PCB設計寶典:做電工必須要精通的畫板技巧
發布時間:2016-09-07 責任編輯:susan
【導讀】對於立誌當電工的朋友們來說,畫板是門硬武藝,不練就不成功,就算你能記下MOS管的所有特性曲線,也終究是不入流。“工欲善其事,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。
一般PCB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、製版。
一.前期準備
這包括準備元件庫和原理圖。“工欲善其事,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鬆,隻要注意定義好管腳屬性和與PCB元件的對應關係就行。PS:注意標準庫中的隱藏管腳。之後就是原理圖的設計,做好後就準備開始做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 設計環境下繪製PCB板麵,並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。並充分考慮和確定布線區域和非布線區域(如螺絲孔周圍多大範圍屬於非布線區域)。
三.PCB布局

布局說白了就是在板子上放器件。這時如果前麵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),之後在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。然後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(即怕幹擾、又產生幹擾)、模擬電路區(怕幹擾)、功率驅動區(幹擾源);
2 完成同一功能的電路,應盡量靠近放置,並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 對於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 時鍾產生器(如:晶振或鍾振)要盡量靠近用到該時鍾的器件;
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小(所占麵積和高度)、yuanqijianzhijiandexiangduiweizhi,yibaozhengdianlubandedianqixingnengheshengchananzhuangdekexingxinghebianlixingtongshi,yinggaizaibaozhengshangmianyuanzenenggoutixiandeqiantixia,shidangxiugaiqijiandebaifang,shizhizhengqimeiguan,rutongyangdeqijianyaobaifangzhengqi、方向一致,不能擺得“錯落有致” 。這zhe個ge步bu驟zhou關guan係xi到dao板ban子zi整zheng體ti形xing象xiang和he下xia一yi步bu布bu線xian的de難nan易yi程cheng度du,所suo以yi一yi點dian要yao花hua大da力li氣qi去qu考kao慮lv。布bu局ju時shi,對dui不bu太tai肯ken定ding的de地di方fang可ke以yi先xian作zuo初chu步bu布bu線xian,充chong分fen考kao慮lv。
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,布線一般有這麼三種境界的劃分:首先是布通,這時PCB設(she)計(ji)時(shi)的(de)最(zui)基(ji)本(ben)的(de)要(yao)求(qiu)。如(ru)果(guo)線(xian)路(lu)都(dou)沒(mei)布(bu)通(tong),搞(gao)得(de)到(dao)處(chu)是(shi)飛(fei)線(xian),那(na)將(jiang)是(shi)一(yi)塊(kuai)不(bu)合(he)格(ge)的(de)板(ban)子(zi),可(ke)以(yi)說(shuo)還(hai)沒(mei)入(ru)門(men)。其(qi)次(ci)是(shi)電(dian)器(qi)性(xing)能(neng)的(de)滿(man)足(zu)。這(zhe)是(shi)衡(heng)量(liang)一(yi)塊(kuai)印(yin)刷(shua)電(dian)路(lu)板(ban)是(shi)否(fou)合(he)格(ge)的(de)標(biao)準(zhun)。這(zhe)是(shi)在(zai)布(bu)通(tong)之(zhi)後(hou),認(ren)真(zhen)調(tiao)整(zheng)布(bu)線(xian),使(shi)其(qi)能(neng)達(da)到(dao)最(zui)佳(jia)的(de)電(dian)器(qi)性(xing)能(neng)。接(jie)著(zhe)是(shi)美(mei)觀(guan)。假(jia)如(ru)你(ni)的(de)布(bu)線(xian)布(bu)通(tong)了(le),也(ye)沒(mei)有(you)什(shen)麼(me)影(ying)響(xiang)電(dian)器(qi)性(xing)能(neng)的(de)地(di)方(fang),但(dan)是(shi)一(yi)眼(yan)看(kan)過(guo)去(qu)雜(za)亂(luan)無(wu)章(zhang)的(de),加(jia)上(shang)五(wu)彩(cai)繽(bin)紛(fen)、花hua花hua綠lv綠lv的de,那na就jiu算suan你ni的de電dian器qi性xing能neng怎zen麼me好hao,在zai別bie人ren眼yan裏li還hai是shi垃la圾ji一yi塊kuai。這zhe樣yang給gei測ce試shi和he維wei修xiu帶dai來lai極ji大da的de不bu便bian。布bu線xian要yao整zheng齊qi劃hua一yi,不bu能neng縱zong橫heng交jiao錯cuo毫hao無wu章zhang法fa。這zhe些xie都dou要yao在zai保bao證zheng電dian器qi性xing能neng和he滿man足zu其qi他ta個ge別bie要yao求qiu的de情qing況kuang下xia實shi現xian,否fou則ze就jiu是shi舍she本ben逐zhu末mo了le。
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。在條件允許的範圍內,盡量加寬電源、地線寬度,最好是地線比電源線寬,它們的關係是: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)jinxingbuxian,shuruduanyushuchuduandebianxianyingbimianxianglinpingxing,yimianchanshengfansheganrao。biyaoshiyingjiadixiangeli,liangxianglincengdebuxianyaohuxiangchuizhi,pingxingrongyichanshengjishengouhe。
③.振蕩器外殼接地,時鍾線要盡量短,且不能引得到處都是。時鍾振蕩電路下麵、特殊高速邏輯電路部分要加大地的麵積,而不應該走其它信號線,以使周圍電場趨近於零;
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,環路應盡量小;信號線的過孔要盡量少;
⑥. 關鍵的線盡量短而粗,並在兩邊加上保護地。
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.原理圖布線完成後,應對布線進行優化;同時,經初步網絡檢查和DRC檢(jian)查(zha)無(wu)誤(wu)後(hou),對(dui)未(wei)布(bu)線(xian)區(qu)域(yu)進(jin)行(xing)地(di)線(xian)填(tian)充(chong),用(yong)大(da)麵(mian)積(ji)銅(tong)層(ceng)作(zuo)地(di)線(xian)用(yong),在(zai)印(yin)製(zhi)板(ban)上(shang)把(ba)沒(mei)被(bei)用(yong)上(shang)的(de)地(di)方(fang)都(dou)與(yu)地(di)相(xiang)連(lian)接(jie)作(zuo)為(wei)地(di)線(xian)用(yong)。或(huo)是(shi)做(zuo)成(cheng)多(duo)層(ceng)板(ban),電(dian)源(yuan),地(di)線(xian)各(ge)占(zhan)用(yong)一(yi)層(ceng)。
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於等於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),線間距不小於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於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,隻有更好的”!不管你怎麼挖空心思的去設計,等你畫完之後,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。感覺沒什麼地方需要修改之後,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(duo)層(ceng)板(ban)時(shi)還(hai)可(ke)能(neng)需(xu)要(yao)鋪(pu)電(dian)源(yuan)。時(shi)對(dui)於(yu)絲(si)印(yin),要(yao)注(zhu)意(yi)不(bu)能(neng)被(bei)器(qi)件(jian)擋(dang)住(zhu)或(huo)被(bei)過(guo)孔(kong)和(he)焊(han)盤(pan)去(qu)掉(diao)。同(tong)時(shi),設(she)計(ji)時(shi)正(zheng)視(shi)元(yuan)件(jian)麵(mian),底(di)層(ceng)的(de)字(zi)應(ying)做(zuo)鏡(jing)像(xiang)處(chu)理(li),以(yi)免(mian)混(hun)淆(xiao)層(ceng)麵(mian)。
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係的網絡檢查(NETCHECK),並根據輸出文件結果及時對設計進行修正,以保證布線連接關係的正確性;網絡檢查正確通過後,對PCB設計進行DRC檢查,並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。最後需進一步對PCB的機械安裝結構進行檢查和確認。
七.製版
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,充分考慮各方麵的因數(比如說便於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,但由於電源、 地線的考慮不周到而引起的幹擾,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(di)線(xian)所(suo)產(chan)生(sheng)的(de)噪(zao)音(yin)幹(gan)擾(rao)降(jiang)到(dao)最(zui)低(di)限(xian)度(du),以(yi)保(bao)證(zheng)產(chan)品(pin)的(de)質(zhi)量(liang)。對(dui)每(mei)個(ge)從(cong)事(shi)電(dian)子(zi)產(chan)品(pin)設(she)計(ji)的(de)工(gong)程(cheng)人(ren)員(yuan)來(lai)說(shuo)都(dou)明(ming)白(bai)地(di)線(xian)與(yu)電(dian)源(yuan)線(xian)之(zhi)間(jian)噪(zao)音(yin)所(suo)產(chan)生(sheng)的(de)原(yuan)因(yin),現(xian)隻(zhi)對(dui)降(jiang)低(di)式(shi)抑(yi)製(zhi)噪(zao)音(yin)作(zuo)以(yi)表(biao)述(shu):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,它們的關係是: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)用大麵積銅層作地線用,在印製板上把沒被用上的地方都與地相連接作為地線用。或是做成多層板,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er是shi由you數shu字zi電dian路lu和he模mo擬ni電dian路lu混hun合he構gou成cheng的de。因yin此ci在zai布bu線xian時shi就jiu需xu要yao考kao慮lv它ta們men之zhi間jian互hu相xiang幹gan擾rao問wen題ti,特te別bie是shi地di線xian上shang的de噪zao音yin幹gan擾rao。數shu字zi電dian路lu的de頻pin率lv高gao,模mo擬ni電dian路lu的de敏min感gan度du強qiang,對dui信xin號hao線xian來lai說shuo,高gao頻pin的de信xin號hao線xian盡jin可ke能neng遠yuan離li敏min感gan的de模mo擬ni電dian路lu器qi件jian,對dui地di線xian來lai說shuo,整zheng人renPCB對外界隻有一個結點,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,隻是在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,隻有一個連接點。也有在PCB上不共地的,這由係統設計來決定。
3、信號線布在電(地)層上
在(zai)多(duo)層(ceng)印(yin)製(zhi)板(ban)布(bu)線(xian)時(shi),由(you)於(yu)在(zai)信(xin)號(hao)線(xian)層(ceng)沒(mei)有(you)布(bu)完(wan)的(de)線(xian)剩(sheng)下(xia)已(yi)經(jing)不(bu)多(duo),再(zai)多(duo)加(jia)層(ceng)數(shu)就(jiu)會(hui)造(zao)成(cheng)浪(lang)費(fei)也(ye)會(hui)給(gei)生(sheng)產(chan)增(zeng)加(jia)一(yi)定(ding)的(de)工(gong)作(zuo)量(liang),成(cheng)本(ben)也(ye)相(xiang)應(ying)增(zeng)加(jia)了(le),為(wei)解(jie)決(jue)這(zhe)個(ge)矛(mao)盾(dun),可(ke)以(yi)考(kao)慮(lv)在(zai)電(dian)(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、大麵積導體中連接腿的處理
在大麵積的接地(電)zhong,changyongyuanqijiandetuiyuqilianjie,duilianjietuidechulixuyaojinxingzonghedekaolv,jiudianqixingnengeryan,yuanjiantuidehanpanyutongmianmanjieweihao,danduiyuanjiandehanjiezhuangpeijiucunzaiyixiebuliangyinhuanru: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,可使在焊接時因截麵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、布線中網絡係統的作用
在許多CAD係(xi)統(tong)中(zhong),布(bu)線(xian)是(shi)依(yi)據(ju)網(wang)絡(luo)係(xi)統(tong)決(jue)定(ding)的(de)。網(wang)格(ge)過(guo)密(mi),通(tong)路(lu)雖(sui)然(ran)有(you)所(suo)增(zeng)加(jia),但(dan)步(bu)進(jin)太(tai)小(xiao),圖(tu)場(chang)的(de)數(shu)據(ju)量(liang)過(guo)大(da),這(zhe)必(bi)然(ran)對(dui)設(she)備(bei)的(de)存(cun)貯(zhu)空(kong)間(jian)有(you)更(geng)高(gao)的(de)要(yao)求(qiu),同(tong)時(shi)也(ye)對(dui)象(xiang)計(ji)算(suan)機(ji)類(lei)電(dian)子(zi)產(chan)品(pin)的(de)運(yun)算(suan)速(su)度(du)有(you)極(ji)大(da)的(de)影(ying)響(xiang)。而(er)有(you)些(xie)通(tong)路(lu)是(shi)無(wu)效(xiao)的(de),如(ru)被(bei)元(yuan)件(jian)腿(tui)的(de)焊(han)盤(pan)占(zhan)用(yong)的(de)或(huo)被(bei)安(an)裝(zhuang)孔(kong)、定ding們men孔kong所suo占zhan用yong的de等deng。網wang格ge過guo疏shu,通tong路lu太tai少shao對dui布bu通tong率lv的de影ying響xiang極ji大da。所suo以yi要yao有you一yi個ge疏shu密mi合he理li的de網wang格ge係xi統tong來lai支zhi持chi布bu線xian的de進jin行xing。標biao準zhun元yuan器qi件jian兩liang腿tui之zhi間jian的de距ju離li為wei0.1英寸(2.54mm),所以網格係統的基礎一般就定為0.1英寸(2.54 mm)或小於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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