電路板布局布線要求及規(guī)律.ppt

電路板布局布線要求及規(guī)律,四川華迪信息技術(shù)有限公司 VersionX.X,2019/6/24,Hwadee,2,電子類學(xué)生面臨的職業(yè)選擇,從大的方面分四大類：調(diào)試級、硬件級、軟件級、系統(tǒng)級，從技術(shù)層面講調(diào)試級是硬件級的基礎(chǔ)，硬件級是軟件級的基礎(chǔ) 從需求量上講：大量需要調(diào)試級和硬件級人員，他們廣泛活躍在生產(chǎn)，工程，維修，開發(fā)等眾多崗位,2019/6/24,Hwadee,3,為什么要學(xué)習(xí)電路板設(shè)計？,電子產(chǎn)品過程中大量需要調(diào)試及硬件相關(guān)技術(shù)人員，電子產(chǎn)品核心硬件以電路板形式存在。 具有產(chǎn)品硬件設(shè)計基本思想，深入理解原理是從事調(diào)試及相關(guān)硬件技術(shù)工作的關(guān)鍵。 對于眾多電子產(chǎn)品，找到通用的電路板設(shè)計規(guī)律比較困難，希望能理解實質(zhì)并針對具體設(shè)計靈活應(yīng)用,2019/6/24,Hwadee,4,電路板設(shè)計目標(biāo)分析,電氣性能 可生產(chǎn)性能 性價比 穩(wěn)定性（包括干擾） 可維護(hù)性能 觀賞性,原理圖設(shè)計目標(biāo)?,2019/6/24,Hwadee,5,水平分級與實訓(xùn)目標(biāo),入門級：了解部分概念，具有部分知識基礎(chǔ) 工具級：對相應(yīng)設(shè)計工具有較好掌握 生產(chǎn)級（工藝級）：設(shè)計能考慮生產(chǎn)工藝及維修安裝要求 電氣級（系統(tǒng)級）：考慮電氣屬性，系統(tǒng)能穩(wěn)定可靠工作，成本優(yōu)化（我們的目標(biāo)）,2019/6/24,Hwadee,6,硬件設(shè)計不等于protel使用,某些人由于種種原因容易把protel的操作等同于電路板設(shè)計 熟練操作protel并不等于能設(shè)計出好的PCB板 PCB的設(shè)計是電子工程技術(shù)人員的基本技能，PCB板設(shè)計人員經(jīng)驗等）必需有扎實的基礎(chǔ)（材料知識，工藝知識，電路知識，工程及調(diào)試,2019/6/24,Hwadee,7,自動布線與手工布線,在做電子產(chǎn)品時，基本上不會用自動布線，自動布線一方面由于算法的原因，無法象手工布線那樣按照設(shè)計者的意愿做，另外一方面，即使自動布線了，最后還得手工更改線路，因此還不如直接手工布線更好。 即使采用自動布線，也需要對開發(fā)平臺相當(dāng)熟悉（規(guī)則設(shè)置），且有相當(dāng)深入的手工布局布線經(jīng)驗（自動布線完后必需進(jìn)行手工調(diào)整，必需對結(jié)果進(jìn)行判斷是否投產(chǎn)）。 本項目必需手工布局布線完成，希望大家細(xì)心體會，終有收獲。,2019/6/24,Hwadee,8,元件布局,使用交互式布局將元件打散 Tools Interactive Placement Align Left 使用鼠標(biāo)左鍵將各元件外形拖動到滿意的位置，必要時可以配合鍵盤空格鍵將元件外形旋轉(zhuǎn)。 注：非必要時不要對元件外形進(jìn)行翻轉(zhuǎn)操作(鍵盤X鍵和Y鍵)，否則就必須將元件放置在電路板的另外一個焊接面上 對位置要求嚴(yán)格的器件使用坐標(biāo)定位 可使用參考點進(jìn)行有規(guī)律快速布局,2019/6/24,Hwadee,9,元件布局綱要,考慮整體美觀：一個產(chǎn)品的成功與否，一是要注重內(nèi)在質(zhì)量，二是兼顧整體的美觀，兩者都較完美才能認(rèn)為該產(chǎn)品是成功的 一個PCB板上，元件的布局要求均衡，疏密有序，不能頭重腳輕 元件放置順序：首先放置與機械結(jié)構(gòu)、機械尺寸緊密相關(guān)或位置固定的元器件，再放特殊的、體積大的占據(jù)面積的元件和系統(tǒng)電路的核心元件，最后放小元件,2019/6/24,Hwadee,10,元件布局綱要,印制板尺寸是否正確，能否與結(jié)構(gòu)配合，是否符合PCB制造工藝要求 元件在二維、三維空間上有無沖突 需經(jīng)常更換的元件能否方便的更換 對于大板子應(yīng)在中間多加固定螺絲孔；板上有重的器件或 較大的接插件等受力器件邊上也應(yīng)加固定螺絲孔；有需要 的話可在適當(dāng)位置放上一些測試用焊盤；最好在原理圖 中就加上；將過小的焊盤、過孔改大。 將所有固定螺絲孔、焊盤的網(wǎng)絡(luò)定義到地或保護(hù)地等,2019/6/24,Hwadee,11,元件布局綱要,熱敏元件與發(fā)熱元件之間是否有適當(dāng)?shù)木嚯x，在需要散熱的地方，空氣是否通暢，是否需加散熱器； 板上有發(fā)熱較多的器件時應(yīng)考慮加散熱器甚至軸流風(fēng) 機，風(fēng)機向內(nèi)吹時散熱效果好，但板子很會臟所以一般還是向外排風(fēng)較為多見，并與周圍電解電容、晶振、鍺管等怕熱元件隔開一定的距離。 豎放的板子應(yīng)把發(fā)熱元件放置在板的最上面。 雙面放器件時底層不得放發(fā)熱元件。,元件布局綱要,2019/6/24,Hwadee,12,對于單面板器件一律放頂層； 雙面板或多層板器件一般放頂層只有在器件過密時才能把一些高度有限并且發(fā)熱量少的器件如貼片電阻貼片電容貼片IC 等放在底層。由于器件放置時有些是可以上下重疊的，有些器件的封裝邊框畫 得比實際的器件尺寸要略大如0805 使得部分器件封裝放置時可以有邊框相碰甚至有部分重疊。 所以設(shè)計規(guī)則檢查DRC 里的Report 和Online這兩項的Component Clearance 一般不選,2019/6/24,Hwadee,13,元件布局誤區(qū),插頭、插座與結(jié)構(gòu)設(shè)計是否矛盾； 調(diào)整可調(diào)元件是否方便； 信號流程是否順暢且互連最短； 線路的干擾問題是否有所考慮。 強弱電分離、高低頻分離、數(shù)模分離（包括空間的和連接兩層意思）。 功率分布、熱分布合理 元件定位隨意，造成布線不方便或不美觀 應(yīng)辯證地處理好布局和布線的關(guān)系,2019/6/24,Hwadee,14,電壓波動及計算,開關(guān)電流和電源寄生的高頻電壓噪聲計算公式 （V是在器件處觀測到的電壓波動，I是開關(guān)電流。Z是在器件處觀測到的整個電源供電系統(tǒng)電源與地之間的輸入阻抗）,Z,器件,2019/6/24,Hwadee,15,電抗的作用,在數(shù)字系統(tǒng)中由于電流的脈動性，因此電抗（主要指L）的影響不容忽視 電容的影響？,負(fù)載,供電,2019/6/24,Hwadee,16,電感的影響,導(dǎo)線本身的電感造成的電壓波動 電流環(huán)路造成電磁的吸收和發(fā)射,2019/6/24,Hwadee,17,數(shù)字電路中電容的使用,利用其隔直通交的特性去干擾（去耦電容） 利用其貯能特性,2019/6/24,Hwadee,18,去耦電容作用基理,芯片旁放置的小電容，減小了電源到芯片Vcc管腳之間的走線長度，從而減少環(huán)路面積。 注：去耦電容為PCB上的芯片提供“高頻”電流，而電源提供“低頻”電流,Z,器件,2019/6/24,Hwadee,19,1、有源器件在開關(guān)時產(chǎn)生的高頻開關(guān)噪聲將沿著電源線傳播，去耦電容的主要作用就是減少開關(guān)噪聲在板上的傳播和將噪聲引導(dǎo)到地。去耦電容去除高頻如RF信號的干擾，干擾的方式是通過電磁輻射。 2、另芯片附近的電容還有蓄能的作用，如果 從微觀來看，高頻器件在工作的時候，其電流是不連續(xù)的， 而且頻率很高，而器件的VCC到總電源有一段距離，即使 距離不長，在頻率很高的情況下，阻抗Z=JWL+R,線路電 感的影響也會很大，會導(dǎo)致器件在需要電流的時候，不能 及時共給，去偶電容彌補此。,2019/6/24,Hwadee,20,電源去耦電容設(shè)計,容量計算：C=I/(dV/dt) 。與芯片所需電流成正比，與信號上升時間（頻率）成反比，一般給104（10M以下），103（1050M），102（50M以上） 位置選擇：需要放置在能夠最小化電容和芯片間走線電感的地方，建議靠近芯片電源引腳放置，且要連接到芯片本級地。,2019/6/24,Hwadee,21,電源去耦電容設(shè)計示例,VCC,VCC,VCC,GND,GND,GND,去耦電容,去耦電容,哪一種接法正確,2019/6/24,Hwadee,22,電容的貯能作用,在電路設(shè)計過程中，往往會遇到大功率開關(guān)型器件（如掃描顯示驅(qū)動板中行管），其具有脈動性和電流大的特性，處理不好會影響整個電路工作性能 處理辦法：在脈沖電流需求大的地方放置大容量電容可以達(dá)到及時補充能量和減小電流波動影響環(huán)路的作用,2019/6/24,Hwadee,23,電源設(shè)計目標(biāo),電源與地之間的輸入阻抗是用來衡量電源供電系統(tǒng)特性的一個重要的觀測量。 一個低阻的電源供電系統(tǒng)(從直流到交流)是獲得低電壓波動的關(guān)鍵 減少電感作用，增加電容作用，消除或降低諧振峰,2019/6/24,Hwadee,24,電源設(shè)計準(zhǔn)則,為了降低電源供電系統(tǒng)的阻抗，應(yīng)遵循以下一些設(shè)計準(zhǔn)則： 1. 降低電源和地板層（線）之間的間距； 2. 盡量加寬電源、地線寬度或增大平板的尺寸； 3. 提高填充介質(zhì)的介電常數(shù)； 4. 采用多對電源和地板層。 5. 在數(shù)字電路中推薦電源線采用樹形設(shè)計 由于制造或一些其他的設(shè)計考慮，設(shè)計工程師還需要用一些較為靈活的有效的方法來改變電源供電系統(tǒng)的阻抗。為了減小阻抗并且消除那些諧振峰，在PCB上放置分立的去耦電容便成為常用的方法,2019/6/24,Hwadee,25,地線的實質(zhì),定義1:地線（指信號地）是作為電路電位基準(zhǔn)點的等電位體。在頻率較高的數(shù)字電路中這個定義是不符合實際情況的。實際地線上的電位并不是恒定的。 定義2:信號流回源的低阻抗路徑。這個定義中突出了地線中電流的流動，比較適合頻率較高的數(shù)字電路。 我們應(yīng)該將地線上的電位想象成像大海中的波浪一樣，此起彼伏。,2019/6/24,Hwadee,26,地線電壓波動,因為地線的阻抗總不會是零，當(dāng)一個電流通過有限阻抗時，就會產(chǎn)生電壓降。 在實際電路中，造成電磁干擾的信號往往是脈沖信號，脈沖信號包含豐富的高頻成分，因此會在地線上產(chǎn)生較大的電壓降。這種電位差完全可能造成電路的誤動作 。,2019/6/24,Hwadee,27,地環(huán)路干擾示意圖,設(shè)備1,設(shè)備2,信號線,大地,2019/6/24,Hwadee,28,加粗接地線與大面積鋪地,若接地線很細(xì)，接地電位則隨電流的變化而變化，致使電子設(shè)備的定時信號電平不穩(wěn)，抗噪聲性能變壞，地線加粗可以減小地線阻抗，從而減小波動。 在頻率較高的數(shù)字電路中將PCB上所有不用面積均布設(shè)為地線，以減少地線中的感抗，從而削弱在地線上產(chǎn)生的高頻信號，并對電場干擾起到屏蔽作用。,2019/6/24,Hwadee,29,模擬地與數(shù)字地,特點：數(shù)字電路的頻率高，模擬電路的敏感度強 高頻的信號線盡可能遠(yuǎn)離敏感的模擬電路器件 最好讓數(shù)字地和模擬地完全分開 如PCB地線只有一個輸出結(jié)點，最好讓PCB內(nèi)部數(shù)字地和模擬地分開互不相連，只是在PCB與外界連接的接口處（如插頭等）進(jìn)行一點短接,2019/6/24,Hwadee,30,電源與地線的緊密耦合設(shè)計,不好,比較好,最好,2019/6/24,Hwadee,31,線長,硐膜線應(yīng)盡可能短，高頻線更應(yīng)如此。 硐膜線拐角處應(yīng)為圓角或斜角 雙面走線時，兩面導(dǎo)線應(yīng)相互垂直、斜交或彎曲走線，避免平行減少寄生電容,2019/6/24,Hwadee,32,線寬設(shè)計,銅膜線寬度應(yīng)以滿足電氣特性參數(shù)而又便于生產(chǎn)為準(zhǔn)則，其最小值取決于流過它的電流，一般不宜小于0.2mm 與使用環(huán)境溫度、導(dǎo)線阻抗、元件數(shù)、過孔數(shù)以及運行頻率等因素有關(guān) 經(jīng)驗公式：0.15線寬(W)=A 導(dǎo)線寬度能寬不細(xì)，一般信號線推薦使用10mil線寬,2019/6/24,Hwadee,33,2019/6/24,Hwadee,34,減小布線阻抗,重要的信號線可增加線寬降低其特性阻抗 關(guān)鍵的信號線可采用平行地線的方法隔離 盡量減少過孔數(shù)量,2019/6/24,Hwadee,35,強弱信號盡量遠(yuǎn)離,電源線,信號clk,不好的布線,2019/6/24,Hwadee,36,相鄰兩面采用#字型布線,這樣布線有那些優(yōu)點?,2019/6/24,Hwadee,37,常見走線對比,2019/6/24,Hwadee,38,常見走線對比,2019/6/24,Hwadee,39,常見走線對比,2019/6/24,Hwadee,40,設(shè)置好布局布線規(guī)則,使用層面、各組線寬、過孔、間距、布線的拓樸結(jié)構(gòu)等部分規(guī)則可通過Design-Rules,2019/6/24,Hwadee,41,布局布線小結(jié),布局應(yīng)考慮哪些因素？ 電氣 工藝 布線 在布線過程中如何處理電源線、地線、信號線（應(yīng)分重要級）以及它們之間的關(guān)系？,2019/6/24,Hwadee,42,快速布線方法,采用copy方式布線 盡量利用系統(tǒng)的自動刪除回路線來修改走線 利用來翻層自動增加過孔 走線過程中使用TAB鍵來快速改變線寬,2019/6/24,Hwadee,43,檢查PCB,PCB布線完成后先手工檢查以下內(nèi)容 電源線和地線的寬度是否合適，電源線和地線之間