希望对于从事下游生产工艺段XDJM有所借鉴:
必要时也给设计人员挑点毛病!
PCB布线技术---一个布线工程师谈PCB设计的经验!
一般PCB基本设计流程如下:前期准备->PCB结构设计->PCB布局->布线->布线优化和丝印->网络和DRC检查和结构检查->制版.
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板的边缘部分.
在印制线路板上应尽可能多地保留铜箔做地线,这样得到的屏蔽效果,比一长条地线要
好,传输线特性和屏蔽作用将得到改善,另外起到了减小分布电容的作用.印制导线的 公共地线最好形成环路或网状,这是因为当在同一块板上有许多集成电路,特别是有耗
电多的元件时,由于图形上的限制产生了接地电位差,从而引起噪声容限的降低,当做
成回路时,接地电位差减小.另外,接地和电源的图形尽可能要与数据的流动方向平行
,这是抑制噪声能力增强的秘诀;多层印制线路板可采取其中若干层作屏蔽层,电源层
、地线层均可视为屏蔽层,一般地线层和电源层设计在多层印制线路板的内层,信号线
设计在内层和外层.
焊盘:
焊盘的直径和内孔尺寸:焊盘的内孔尺寸必须从元件引线直径和公差尺寸以及搪锡层厚
度、孔径公差、孔金属化电镀层厚度等方面考虑,焊盘的内孔一般不小于0.6mm,因为小
于0.6mm的孔开模冲孔时不易加工,通常情况下以金属引脚直径值加上0.2mm作为焊盘内
孔直径,如电阻的金属
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