PCB设计总结

      smtsh.cn/ target=_blank class=infotextkey>上海pcb设计公司-纬亚电子：一. PCB板框设计 1. 物理板框的设计一定要注意尺寸精确，避免安装出现麻烦，确保能够将电路板顺利安装进机箱，外壳，插槽等。 2. 拐角的地方(例如矩形板的四个角)好使用圆角。一方面避免直角，尖角刮伤人，另一方面圆角可以减轻应力作用，减少PCB板因各种原因出现断裂的情况。 3. 在布局前应确定好各种安装孔(例如螺丝孔)及各种开口，开槽。一般来说，孔与PCB板边缘的距离至少大于孔的直径。 4. 当电路板的面积大于200 x 150 mm时，应重视该板所受的机械强度。从美学角度来看，电路板的佳形状为矩形。宽和长之比好是黄金比值0.618(黄金比值的应用也是很广的)。实际应用时可取宽和长为2:3或3:4等。 5. 结合产品设计要求(尤其是批量生产)，综合考虑PCB板的尺寸大小。尺寸过大，印刷铜线过长，阻抗增加，抗噪声能力下降;尺寸过小，散热不好，线距不好控制，相邻导线容易干扰。 6. 一般来说，板框的规划是在KeepOutLayer层进行。 二.PCB板布局设计 元件布置是否合理对整板的寿命，稳定性，易用性及布线都有很大的影响，是设计出优秀PCB板的前提。不同的板的布局各有其要求和特点，但当中不乏一些通用的规则，技巧。现详细介绍给DIYer，希望能够从中提高DIYe的技能水平。 1. 元件的放置顺序 ① 一般来说，首先放置与整板的结构紧密相关的且固定位置的元件。比如常见的电源插座，开关，指示灯，各种有特殊位置要求的接口(连接件之类)，继电器等，并且不要与PCB板中的开孔，开槽相冲突，位置要正确。放置好后，好用软件的锁定功能将其固定。 ② 接着放置体积大的元件和核心元件以及一些特殊的元件。例如变压器等大元件，集成电路，处理器等核心IC元件，发热元件等。这些元件会随着布线的考虑有所移动，因此是大致的放置，更不用锁定。 ③ 后放置小元件。例如阻容元件，辅助小IC等。 2. 注意点 ① 原则上所有元件都应该放置在距离板边缘3mm以上的地方。尤其在大批量生产时的流水线插件和波峰焊，此举是要提供给导轨槽使用的，同时可以防止外形切割加工时引起边缘部分缺损。 ② 要重视散热问题。 对于一些大功率的电路，应该将其发热严重的元件(如功率管，高功率变压器等)尽量分布在板的边缘，便于热量散发，不要过于集中在一个地方。总之要适当，尤其在一些精密的模拟系统中，发热器件产生的温度场对一些放大电路的影响是严重的。除了保证有足够的散热措施外，一些功率超大的部分建议做成一个单独的模块，并作好隔热措施，避免影响后续信号处理电路。还有一点，电解电容不要离热源太近，以免电解液过早老化，寿命剧减。热敏元件切忌靠近热源! ③ 注意元件的重量问题。对于一些较重的元件，建议设计成用支架固定，然后焊接。一些又大又重且发热多的元件，不应直接安装在PCB板上，而应考虑安装在机箱底版上。 ④ 重视PCB板上高压元件或导线的间距。 若要设计的电路板上同时存在高压电路和低压电路，则器件之间或导线之间就可能存在较高的电位差。此时应将它们分开放置，加大导线的间距，以免放电引起意外短路。还应注意带高压的器件应布置在人手不易触及的地方。 ⑤ 摆放元件时，注意焊盘不要重叠，或相碰，避免短路。还有，焊盘重叠放置，在钻孔时会在一处地方多次钻孔，易导致钻头断裂，焊盘和导线都有损伤。 ⑥ 注意元件摆放不要与定位孔，固定支架等有空间冲突。元件应与定位孔，固定支架等保持适当的距离，空间，避免安装冲突。 ⑦ 注意电路中用于调节的器件(例如电位器，可调电容器，微动，拨动开关等)。在布局时应充分结合整机结构要求来布置:若只在机内调节，则应放置在方便调节的地方;若是机外面板调节，则应配合面板旋钮的位置来布局。 3. 布局技巧 ① 对照、结合原理图，以每个功能电路的核心元件(通常是IC芯片)为中心，其他阻容元件等围绕它展开布局。元件应均匀、整齐、紧凑地布置，不仅要考虑整齐有序，更要注重稍候布线的优美流畅性。 ② 按照电路的流程合理布置各子功能电路，使信号流畅，并使信号尽可能保持一致的方向。 ③ 尽量缩短相关元件之间的连线距离，特别是高频元件间的连线距离，减少它们的分布参数。例如振荡电路元件应尽可能靠近。 ④ 一般尽可能使元件平行对齐排列，避免横七竖八。这样不但美观，而且便于安装焊接，批量生产。 ⑤ 输入和输出元件应当尽量远离。容易相互干扰的元件不能挨得太近。 ⑥ 合理区分模拟电路部分，数字电路部分，噪声产生严重的部分(如继电器火花，大电流、高压的开关)。设法优化调整它们的位置，使相互间的信号耦合小，减少电磁干扰。例如尽可能让电机、继电器与敏感的单片机远离。 ⑦ 强信号与弱信号，交流信号与直流信号要分开设置隔离。 ⑧ 在布线前应检查确定好各类元件的焊盘大小。若在布完线后，再修改焊盘的大小，则极易引起焊盘与导线或焊盘与焊盘的间距问题，严重时造成短路! 三 .PCB板布线设计 1. 注意点 ① 输入和输出的导线应避免相邻、平行，以免发生回授，产生反馈耦合。可以的话应加地线隔离。 ② 布线时尽量走短、直的线，特别是数字电路高频信号线，应尽可能的短且粗，以减少导线的阻抗。 ③ 遇到需要拐角时，高压及高频线应使用135度的拐角或圆角，杜绝少于90度的尖锐拐角。90度的拐角也尽量不使用，这在高频高密度情况下更要关注，这些都为了减少高频信号对外的辐射和耦合。 ④ 相邻两层的布线要避免平行，以免容易形成实际意义上的电容而产生寄生耦合。例如双面板的两面布线宜相互垂直，斜交或弯曲走线。 ⑤ 数据线尽可能宽一点(特别是单片机系统)，以减少导线的阻抗。数据线的宽度至少不小于12mil(0.3mm)，可以的话，采用18至20mil(0。46至0.5mm)的宽度就更为理想。 ⑥ 注意元件布线过程中，过孔使用越少越好。数据表明，一个过孔带来约0.5pF的分布电容，减少过孔数量能显著提高速度。 ⑦ 同类的地址线或数据线，走线的长度差异不要太大，否则短的线要人为弯曲加长走线，补偿长度的差异。 2. 布线技巧 ① 良好的布局对自动布线的布通率大有益处。根据实际设计要求预设好布线的规则(例如走线拓扑，过孔大小，线距等等)，然后先进行探索式布线，把短线快速连接好，可以利用交互式布线，把要求严格的线进行布线。接着进行迷宫式布线，把剩余的线全局不好，再进行全局路径优化，可以断开已布的线重新再布。 ② 电源线和地线应尽量加宽，不要嫌大，好地线比电源线宽，其关系是:地线＞电源线＞信号线。加宽除了减少阻抗降低压降外，更重要的是降低耦合噪声。 ③ 各种信号线的走线不要形成环路(回路)，若是不可避免要形成环路，应设法将环路面积减至少，以降低感应噪声。自动布线的走线拓扑中的菊花状走线能有效避免布线时形成环路。 ④ 尽量使电源线、地线的走线方向与数据线走向平行一致，这样对增强抗噪声能力大有益处。 ⑤ 高频信号线要注意近距离平行走线所引起的交叉干扰。对于双面板，可在平行信号线的反面设置大面积的地来降低干扰;对于多层板，可利用电源层或地线层来降低干扰。 ⑥ 在数字电路系统中，同类的数据线、地址线之间不必担心互相干扰，但读、写、时钟线等控制信号线应避免走在一起，好用地线保护起来。 ⑦ 地线或铺地应尽量与信号线保持合理的相等距离，在安全范围内尽可能靠近信号线。 ⑧ 电源线和地线应尽可能相邻靠近，以减少回路面积，降低辐射耦合。 ⑨ 数字信号频率高，模拟信号敏感度高。布线时，高频信号线应尽可能远离敏感的模拟电路器件。 ⑩ 对于一些关键的信号线是否采取了佳的保护措施。例如加地线保护。 ⑾ 信号、元件的连线越短越好，其长度不宜超过25cm 。某条连线使用的过孔数量也应尽量少，好不要超过2个，以免引入太多的分布参数，况且过孔太多，对PCB板的机械强度也有影响。 ⑿ 敏感的信号线(例如复位线，中断线，片选线等)不要靠近大电流的导线，要远离 I/O线和接插件。 ⒀ 石英晶体振荡器下面不要走任何信号线;其外壳要设计成接地;用地线把时钟区包起来，屏蔽干扰信号;时钟线尽量短。 3. 地线设计 ① 对模拟电路来说，地线的处理相当重要。如功放电路，很微小的地噪声都会因为后级放大而对音质产生严重的影响;又如高精度的A/D转换电路中，如果地线上有高频干扰存在将会是放大器产生温飘，影响工作。 ② 对数字电路来说，由于时钟频率高，布线及元件间的电感效应明显，地线阻抗随着频率的上升而变得很大，产生射频电流，电磁干扰问题突出。 ③ 充分利用表面粘贴式元件(贴片元件)，少用直插式元件。这样可以省去很多直插焊盘孔，把多出来的空间让给地线;设法让信号线尽量在顶层走，将底层尽量完整的做地线层或铺地，保持地电流的低阻抗畅通。 ④ 数字电路的地和模拟电路的地要分开处理。在PCB板上既有高速逻辑电路，又有线性电路，两者的地线不要相混，必须彼此分开布线，后只在电源的地相接，或在某一处短接后再接到电源的地。具体后如何相接由系统设计决定。 ⑤ 正确运用单点接地和多点接地。在低频电路中，信号的工作频率小于1MHZ ，它的布线和元器件间的连线电感影响较少，而接地电路的形成的地环流对干扰影响较大，因而应采用一点接地。这种接法通常用于音频功放电路，模拟电路，60HZ直流电源系统等。当信号工作频率大于1MHZ时，连线电感会增大地线阻抗，产生射频电流。此时必须尽量降低接地阻抗。采用多点接地法可有效降低射频电流的影响。 ⑥ 尽量加粗接地线。尤其模拟地线应尽量加大引出端的接地面积。若地线很细，阻抗就会很大，接地电位随着电流的变化而变化，致使信号电平不稳定。好使地线能够通过3倍于电路允许的大电流。 4. 铺铜(主要是指铺地)设计 ① 为了提高系统的可靠性，大面积铺地是必须的，而且是行之有效的。特别是微弱信号处理的电路 ② PCB板上应尽可能多的保留铜箔做铺地。这样得到的传输线特性和屏蔽效果，比一条长长的地线要好。 ③ 大面积铺铜通常有2种作用:一是散热，二是提高抗干扰能力。 ④ 在铺设大面积的铜皮时，建议将其设置成网状。一来可以防止PCB板的基板与铜箔的黏合剂在浸焊或受热时，产生挥发性气体、热量不易排除，导致铜箔膨胀、脱落现象;二来更重要的是网格状的铺地，其受热性能高频导电性性能都要大大优于整块的实心铺地。 ⑤ 为了保持足够低的地阻抗，铺地的连续性很重要。在双面板中，有时为了走一两条信号就将地线分割开，这对于地电流的流畅性是极不利的，必须另想他法。 ⑥ 多层板布线时，抑制电磁干扰的重要思想是:当信号线与地线层相邻布线时，其时钟信号特性好。信号线层有剩余的走线，应当首先考虑在电源层上布完，而保留完整的地线层。 ⑦ 对于只有数字电路的PCB板，可用宽的铜箔线围在板的四周边缘处组成闭环回路，并连接到地。这样做大多能提高抗噪声能力。(注意:模拟电路不适用) ⑧ 大面积铺铜距离板边缘至少保证0.3mm以上。因为在切割外形时，如果切到铜箔上，就容易造成铜箔翘起产生尖刺或引发焊剂脱落。