PCB设计的基本原则PCB设计的好坏对电路板的性能有很大的影响,因此在进行PCB设计的时候,必须遵循PCB设计的一般原则。
首先,要考虑PCB的尺寸大小,PCB尺寸过大时,印制线路长,阻抗增加,抗噪能力下降,成本增加;PCB尺寸过小时,则散热不好,且临近线容易受干扰。在确定PCB尺寸后,再确定特殊元件的位置。最后根据电路的功能单元,对电路的全部元件进行布局。设计流程:在绘制完电路原理图之后,还要进行PCB设计的准备工作:生成网络报表。规划PCB板:首先,我们要对设计方案有一个初步的规划,如电路板是什么形状,它的尺寸是多大,使用单面板还是双面板或者是多层板。这一步的工作非常重要,是确定电路板设计的框架。设置相关参数:主要是设置元件的布置参数、板层参数和布线参数等。导入网络报表及元件封装:网络报表相当重要,是原理图设计系统和PCB设计系统之间的桥梁。自动布线操作就是建立在网表的基础上的。元件的封装就是元件在PCB板上的大小以及各个引脚所对应的焊盘位置。每个元件都要有一个对应的封装。元件布局:元件的布局可以使用Protel 软件自动进行,也可以进行手动布局。元器件布局是PCB板设计的重要步骤之一,使用计算机软件的自动布局功能常常有很多不合理的地方,还需要手动调整,良好的元件布局对后面的布线提供方便,而且可以提高整板的可靠性。布线:根据元件引脚之间的电气联系,对PCB板进行布线操作。布线有自动布线和手动布线两种方式。自动布线是根据自动布线参数设置,用软件在PCB板的一部分或者全部范围内进行布线,手动布线是用户在PCB板上根据电气连接进行手工布线。自动布线的结果并不是最优的,存在很多缺陷和不合理的地方,而且并不能保证每次都能百分之百完成自动布线任务。而手动布线的工作量过于繁重,一个大的PCB板往往要耗费巨大的工作量,因此需要灵活运用手工和自动相结合的方式进行布线。完成布线操作后,需要对PCB 板进行补泪滴、打安装孔和覆铜等操作,以完成PCB 板的后续工作。最后在通过设计规则检查之后,就可以保存并输出PCB文件了。
3. 2注意事项3.2.1布局在确定特殊元件的位置时要遵循以下原则:1.尽可能缩短高频元件的连线,设法减少它们的分布参数和相互间的电磁干扰。易受干扰的元件不能靠得太近,输入和输出元件应相互远离。
2.某些元件或导线之间可能有较高的电位差,应加大它们之间的距离,以免放电引起意外短路。带强电的元件应尽量布置在调试时手不宜触及的地方。
3.质量超过15g的元件,应当用支架固定,然后焊接。那些又大又重、发热量又多的元件,不宜装在PCB上,而应安装在整机的机箱上,且考虑散热问题。热敏元件应远离发热元件。
4.对于电位器、可调电感线圈、可变电容器、微动开关等可调元件的布局应考虑整机的结构要求。
5.应留出印制板的定位孔和固定支架所占用的位置。根据电路的功能单元对电路的全部元件进行布局时,要符合以下原则:1.按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置,使布局便于信号流畅,并使信号尽可能保持一致的方向。
2.以每个功能电路的核心元件为中心,围绕它来布局。元件应均匀、整齐、紧凑地排列在PCB上,尽量减少和缩短各元件之间的引线和连接。
3.在高频下工作的电路,要考虑元件之间的分布参数。一般电路应尽可能使元件平行排列。这样不但美观,而且焊接容易,易于批量生产。
4.位于电路板边缘的元件,离电路板边缘一般小于2mm。电路板的最佳形状为矩形,长宽比为3:2(或4:3)。电路板面尺寸过大时,应考虑板所受到的机械强度。
3. 2.2布线1.连线精简原则连线要精简,尽可能短,尽量少拐弯,力求线条简单明了,特别是在高频回路中,当然为了达到阻抗匹配而需要进行特殊延长的线就例外了,如蛇形走线等等。
2.安全载流原则铜线宽度应以自己能承受的电流为基础进行设计,铜线的载流能力取决于以下因素:线宽、线厚(铜箔厚度)、容许温升等。电磁抗干扰原则电磁抗干扰设计的原则比较多,例如铜膜线的应为圆角或斜角(因为高频时直角或者尖角的拐弯会影响电气性能),双面板两面的导线应相互斜交或者弯曲走线,尽量避免平行走线,减少寄生耦合等。
4.安全工作原则要保证安全工作,例如保证两线最小安全间距要能承受所加电压峰值;高压线应圆滑,不得有尖锐的倒角,否则容易造成板路击穿等。以上是一些基本的布线原则,布线很大程度上和设计者的设计经验有关。
3. 2.3 焊盘大小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、公差尺寸以及焊锡层厚度、孔径公差、孔金属电镀层等方面考虑。焊盘的内孔一般不小于0.6mm,因为太小的孔开模冲孔时不易加工。通常情况下以金属引脚加上0.2mm作为焊盘内孔直径,焊盘的直径取决于内孔直径。有关焊盘的其他注意事项:焊盘内孔边缘到印制板边的距离要大于1mm,这样可以避免加工时导致焊盘缺损。焊盘的补泪滴:当与焊盘的连接走线较细时,要将焊盘与走线之间的连接设计成泪滴状,这样的好处是焊盘不容易起皮,增加了连接处的机械强度,使走线与焊盘不易断开。相邻的焊盘要避免成锐角或大面积的铜箔,成锐角会造成波峰焊困难,大面积铜箔会因散热过快导致不易焊接。
3. 2.4 PCB的抗干扰措施PCB的抗干扰设计与具体电路有着密切的关系,这里介绍一下PCB抗干扰设计的常用措施。
1 电源线设计。根据PCB 板电流的大小,尽量加粗电源线宽度,减少环路电阻。同时,使电源线、地线的走向和数据传递的方向不一致,这样有助于增强抗噪声能力。
2地线设计原则:数字地与模拟地分开。若PCB板上既有逻辑电路又有模拟电路,应使它们尽量分开。低频电路的地应尽量采用单点并联接地,实际布线有困难时可部分串联后再并联接地。高频电路宜采用多点串联接地,地线应短而粗,高频元件周围尽量用栅格状的大面积铜箔。接地线应尽量加粗。若接地线用很细的线条,则接地电位随电流的变化而变化,使抗噪能力降低。因此应将接地线加粗,使它能通过三倍于PCB上的允许电流。如有可能,接地线宽度应在2~3mm以上。接地线构成闭环路。有数字电路组成的印刷板,其接地电路构成闭环能提高抗噪声能力。
3大面积覆铜所谓覆铜,就是将PCB上没有布线的地方,铺满铜膜。PCB上的大面积覆铜有两种作用:一为散热;另外还可以减小地线阻抗,并且屏蔽电路板的信号交叉干扰以提高电路系统的抗干扰能力。
3. 2.5去耦电容配置在 PCB 板上每增加一条导线,增加一个元件,或者增加一个通孔,都会给整个PCB 板引入额外的寄生电容,因此在对PCB板进行设计的时候,应该在电路板的关键部位安装适当的去耦电容。安装去耦电容的一般原则是:1.在电源的输入端配置一个10~100μF的电解电容器。
2.每一个集成电路芯片都应配置一个0.01pF 的电容,也可以几个集成电路芯片合起来配置一个10pF的电容。
3.对于抗噪能力弱的元件,如RAM、ROM等,应在芯片的电源线与地线之间直接接入去耦电容。
4.配置的电容尽量靠近被配置的元件,减少引线长度。
5.在有容易产生电火花放电的地方,如继电器,空气开关等地方,应该配置RC电路,以便吸收电流防止电火花发生。
3. 3 设计规则检查对布线完毕的电路板必须要进行DRC(Design Rule Check)检验,通过DRC检查可以查找出电路板上违反预先设定规则的行为,以便于修改不合理的设计。一般检查有一下几个方面:1.检查铜膜导线、焊盘、通孔等之间的距离是否大于允许的最小值。
2.不同的导线之间是否有短路现象发生。
3.是否有些连线没有连接好,或者导线中间有中断现象发生,或者PCB 板上存在未清除干净的废线。
4.各个导线的宽度是否满足要求,尤其是电源线和地线,能加宽的地方一定要加宽,以减小阻抗。
5.导线拐角的地方不能形成锐角或者直角,对不理想的地方进行修改。
6.所有通孔、焊盘的大小是否满足设计要求。