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第一:前期准备。这包括准备元件库和原理图。“工欲善其事;必先利其器”;要做出一块好的板子;除了要设计好原理之外;还要画得好。在进行PCB设计之前;首先要准备好原理图SCH的元件库和PCB的元件库。元件库可以用peotel 自带的库;但一般情况下很难找到合适的;最好是自己根据所选器件的标准尺寸资料自己做元件库。原则上先做PCB的元件库;再做SCH的元件库。PCB的元件库要求较高;它直接影响板子的安装;SCH的元件库要求相对比较松;只要注意定义好管脚属性和与PCB元件的对应关系就行。PS:注意标准库中的隐藏管脚。之后就是原理图的设计;做好后就准备开始做PCB设计了。
第二:PCB结构设计。这一步根据已经确定的电路板尺寸和各项机械定位;在PCB 设计环境下绘制PCB板面;并按定位要求放置所需的接插件、按键/开关、螺丝孔、装配孔等等。并充分考虑和确定布线区域和非布线区域(如螺丝孔周围多大范围属于非布线区域)。
第三:PCB布局。布局说白了就是在板子上放器件。这时如果前面讲到的准备工作都做好的话;就可以在原理图上生成网络表(Design…》 Create Netlist);之后在PCB图上导入网络表(Design…》Load Nets)。就看见器件哗啦啦的全堆上去了;各管脚之间还有飞线提示连接。然后就可以对器件布局了。一般布局按如下原则进行:
①. 按电气性能合理分区;一般分为:数字电路区(即怕干扰、又产生干扰)、模拟电路区(怕干扰)、功率驱动区(干扰源);
②. 完成同一功能的电路;应尽量靠近放置;并调整各元器件以保证连线最为简洁;同时;调整各功能块间的相对位置使功能块间的连线最简洁;
③. 对于质量大的元器件应考虑安装位置和安装强度;发热元件应与温度敏感元件分开放置;必要时还应考虑热对流措施;
④. I/O驱动器件尽量靠近印刷板的边、靠近引出接插件;
⑤. 时钟产生器(如:晶振或钟振)要尽量靠近用到该时钟的器件;
⑥. 在每个集成电路的电源输入脚和地之间;需加一个去耦电容(一般采用高频性能好的独石电容);电路板空间较密时;也可在几个集成电路周围加一个钽电容。
⑦. 继电器线圈处要加放电二极管(1N4148即可);
⑧. 布局要求要均衡;疏密有序;不能头重脚轻或一头沉
——需要特别注意;在放置元器件时;一定要考虑元器件的实际尺寸大小(所占面积和高度)、元器件之间的相对位置;以保证电路板的电气性能和生产安装的可行性和便利性同时;应该在保证上面原则能够体现的前提下;适当修改器件的摆放;使之整齐美观;如同样的器件要摆放整齐、方向一致;不能摆得“错落有致” 。
这个步骤关系到板子整体形象和下一步布线的难易程度;所以一点要花大力气去考虑。布局时;对不太肯定的地方可以先作初步布线;充分考虑。
第四:布线。布线是整个PCB设计中最重要的工序。这将直接影响着PCB板的性能好坏。在PCB的设计过程中;布线一般有这么三种境界的划分:首先是布通;这时PCB设计时的最基本的要求。如果线路都没布通;搞得到处是飞线;那将是一块不合格的板子;可以说还没入门。其次是电器性能的满足。这是衡量一块印刷电路板是否合格的标准。这是在布通之后;认真调整布线;使其能达到最佳的电器性能。接着是美观。假如你的布线布通了;也没有什么影响电器性能的地方;但是一眼看过去杂乱无章的;加上五彩缤纷、花花绿绿的;那就算你的电器性能怎么好;在别人眼里还是垃圾一块。这样给测试和维修带来极大的不便。布线要整齐划一;不能纵横交错毫无章法。这些都要在保证电器性能和满足其他个别要求的情况下实现;否则就是舍本逐末了。布线时主要按以下原则进行:
①.一般情况下;首先应对电源线和地线进行布线;以保证电路板的电气性能。在条件允许的范围内;尽量加宽电源、地线宽度;最好是地线比电源线宽;它们的关系是:地线》电源线》信号线;通常信号线宽为:0。2~0。3mm;最细宽度可达0。05~0。07mm;电源线一般为1。2~2。5mm。对数字电路的 PCB可用宽的地导线组成一个回路; 即构成一个地网来使用(模拟电路的地则不能这样使用)
②. 预先对要求比较严格的线(如高频线)进行布线;输入端与输出端的边线应避免相邻平行;以免产生反射干扰。必要时应加地线隔离;两相邻层的布线要互相垂直;平行容易产生寄生耦合。
③. 振荡器外壳接地;时钟线要尽量短;且不能引得到处都是。时钟振荡电路下面、特殊高速逻辑电路部分要加大地的面积;而不应该走其它信号线;以使周围电场趋近于零;
④. 尽可能采用45o的折线布线;不可使用90o折线;以减小高频信号的辐射;(要求高的线还要用双弧线)
⑤. 任何信号线都不要形成环路;如不可避免;环路应尽量小;信号线的过孔要尽量少;
⑥. 关键的线尽量短而粗;并在两边加上保护地。
⑦. 通过扁平电缆传送敏感信号和噪声场带信号时;要用“地线…信号…地线”的方式引出。
⑧. 关键信号应预留测试点;以方便生产和维修检测用
⑨.原理图布线完成后;应对布线进行优化;同时;经初步网络检查和DRC检查无误后;对未布线区域进行地线填充;用大面积铜层作地线用;在印制板上把没被用上的地方都与地相连接作为地线用。或是做成多层板;电源;地线各占用一层。
——PCB布线工艺要求
①. 线
一般情况下;信号线宽为0。3mm(12mil);电源线宽为0。77mm(30mil)或1。27mm(50mil);线与线之间和线与焊盘之间的距离大于等于0。33mm(13mil);实际应用中;条件允许时应考虑加大距离;
布线密度较高时;可考虑(但不建议)采用IC脚间走两根线;线的宽度为0。254mm(10mil);线间距不小于0。254mm(10mil)。特殊情况下;当器件管脚较密;宽度较窄时;可按适当减小线宽和线间距。
②. 焊盘(PAD)
焊盘(PAD)与过渡孔(VIA)的基本要求是:盘的直径比孔的直径要大于0。6mm;例如;通用插脚式电阻、电容和集成电路等;采用盘/孔尺寸 1。6mm/0。8mm(63mil/32mil);插座、插针和二极管1N4007等;采用1。8mm/1。0mm(71mil/39mil)。实际应用中;应根据实际元件的尺寸来定;有条件时;可适当加大焊盘尺寸;
PCB板上设计的元件安装孔径应比元件管脚的实际尺寸大0。2~0。4mm左右。
③. 过孔(VIA)
一般为1。27mm/0。7mm(50mil/28mil);
当布线密度较高时;过孔尺寸可适当减小;但不宜过小;可考虑采用1。0mm/0。6mm(40mil/24mil)。
④. 焊盘、线、过孔的间距要求
PAD and VIA : ≥ 0。3mm(12mil)
PAD and PAD : ≥ 0。3mm(12mil)
PAD and TRACK : ≥ 0。3mm(12mil)
TRACK and TRACK : ≥ 0。3mm(12mil)
密度较高时:
PAD and VIA : ≥ 0。254mm(10mil)
PAD and PAD : ≥ 0。254mm(10mil)
PAD and TRACK : ≥ 0。254mm(10mil)
TRACK and TRACK : ≥ 0。254mm(10mil)
第五:布线优化和丝印。“没有最好的;只有更好的”!不管你怎么挖空心思的去设计;等你画完之后;再去看一看;还是会觉得很多地方可以修改的。一般设计的经验是:优化布线的时间是初次布线的时间的两倍。感觉没什么地方需要修改之后;就可以铺铜了(Place…》polygon Plane)。铺铜一般铺地线(注意模拟地和数字地的分离);多层板时还可能需要铺电源。时对于丝印;要注意不能被器件挡住或被过孔和焊盘去掉。同时;设计时正视元件面;底层的字应做镜像处理;以免混淆层面。
第六:网络和DRC检查和结构检查。首先;在确定电路原理图设计无误的前提下;将所生成的PCB网络文件与原理图网络文件进行物理连接关系的网络检查(NETCHECK);并根据输出文件结果及时对设计进行修正;以保证布线连接关系的正确性;
网络检查正确通过后;对PCB设计进行DRC检查;并根据输出文件结果及时对设计进行修正;以保证PCB布线的电气性能。最后需进一步对PCB的机械安装结构进行检查和确认。
第七:制版。在此之前;最好还要有一个审核的过程。
PCB设计是一个考心思的工作;谁的心思密;经验高;设计出来的板子就好。所以设计时要极其细心;充分考虑各方面的因数(比如说便于维修和检查这一项很多人就不去考虑);精益求精;就一定能设计出一个好板子。
印制线路板设计经验点滴
对于电子产品来说;印制线路板设计是其从电原理图变成一个具体产品必经的一道
设计工序;其设计的合理性与产品生产及产品质量紧密相关;而对于许多刚从事电子设
计的人员来说;在这方面经验较少;虽然已学会了印制线路板设计软件;但设计出的印
制线路板常有这样那样的问题;而许多电子刊物上少有这方面文章介绍;笔者曾多年从
事印制线路板设计的工作;在此将印制线路板设计的点滴经验与大家分享;希望能起到
抛砖引玉的作用。笔者的印制线路板设计软件早几年是TANGO;现在则使用PROTEL2。7 F
OR WINDOWS。
板的布局:
印制线路板上的元器件放置的通常顺序:
放置与结构有紧密配合的固定位置的元器件;如电源插座、指示灯、开关、连接件之类
;这些器件放置好后用软件的LOCK功能将其锁定;使之以后不会被误移动;
放置线路上的特殊元件和大的元器件;如发热元件、变压器、IC等;
放置小器件。
元器件离板边缘的距离:可能的话所有的元器件均放置在离板的边缘3mm以内或至少大于
板厚;这是由于在大批量生产的流水线插件和进行波峰焊时;要提供给导轨槽使用;同
时也为了防止由于外形加工引起边缘部分的缺损;如果印制线路板上元器件过多;不得
已要超出3mm范围时;可以在板的边缘加上3mm的辅边;辅边开V形槽;在生产时用手掰断
即可。
高低压之间的隔离:在许多印制线路板上同时有高压电路和低压电路;高压电路部分的
元器件与低压部分要分隔开放置;隔离距离与要承受的耐压有关;通常情况下在2000kV
时板上要距离2mm;在此之上以比例算还要加大;例如若要承受3000V的耐压测试;则高
低压线路之间的距离应在3。5mm以上;许多情况下为避免爬电;还在印制线路板上的高低
压之间开槽。
印制线路板的走线:
印制导线的布设应尽可能的短;在高频回路中更应如此;印制导线的拐弯应成圆角;而
直角或尖角在高频电路和布线密度高的情况下会影响电气性能;当两面板布线时;两面
的导线宜相互垂直、斜交、或弯曲走线;避免相互平行;以减小寄生耦合;作为电路的
输入及输出用的印制导线应尽量避免相邻平行;以免发生回授;在这些导线之间最好加
接地线。
印制导线的宽度:导线宽度应以能满足电气性能要求而又便于生产为宜;它的最小值以
承受的电流大小而定;但最小不宜小于0。2mm;在高密度、高精度的印制线路中;导线宽
度和间距一般可取0。3mm;导线宽度在大电流情况下还要考虑其温升;单面板实验表明;
当铜箔厚度为50μm、导线宽度1~1。5mm、通过电流2A时;温升很小;因此;一般选用1
~1。5mm宽度导线就可能满足设计要求而不致引起温升;印制导线的公共地线应尽可能地
粗;可能的话;使用大于2~3mm的线条;这点在带有微处理器的电路中尤为重要;因为
当地线过细时;由于流过的电流的变化;地电位变动;微处理器定时信号的电平不稳;
会使噪声容限劣化;在DIP封装的IC脚间走线;可应用10…10与12…12原则;即当两脚间
通过2根线时;焊盘直径可设为50mil、线宽与线距都为10mil;当两脚间只通过1根线时
;焊盘直径可设为64mil、线宽与线距都为12mil。
印制导线的间距:相邻导线间距必须能满足电气安全要求;而且为了便于操作和生产;
间距也应尽量宽些。最小间距至少要能适合承受的电压。这个电压一般包括工作电压、
附加波动电压以及其它原因引起的峰值电压。如果有关技术条件允许导线之间存在某种
程度的金属残粒;则其间距就会减小。因此设计者在考虑电压时应把这种因素考虑进去
。在布线密度较低时;信号线的间距可适当地加大;对高、低电平悬殊的信号线应尽可
能地短且加大间距。
印制导线的屏蔽与接地:印制导线的公共地线;应尽量布置在印制线路�