PCB設計流程及PCBLayout設計.ppt

PCB及其 設計技巧,目 錄,第一章：PCB 概述 第二章：PCB 設計流程 及PCB Layout 設計 第三章：PCB Layout 技巧 第四章：EMC 基本知識,第一章：,PCB 概述,第一章： PCB 概述,一、PCB： Printed Circuit Board印刷電路板 二、PCB板的質(zhì)量的決定因素： 基材的選用； 組成電路各要素的物理特性。,第一章： PCB 概述,三、PCB的材料分類 1、剛性： （1）、酚醛紙質(zhì)層壓板 （2）、環(huán)氧紙質(zhì)層壓板 （3）、聚酯玻璃氈層壓板 （4）、環(huán)氧玻璃布層壓板 2、撓性 （1）、聚酯薄膜 （2）、聚酰亞胺薄膜 （3）、氟化乙丙烯薄膜,第一章： PCB 概述,四、PCB基板材料種類及用途：,五、PCB板的種類： A、單面板（單面、雙面絲?。?B、雙面板（單面、雙面絲印） C、四層板（兩層走線、電源、GND） D、六層板（四層走線、電源、GND） E、八層及以上多層板（n-2層走線、電源、GND） F、雕刻板,第一章： PCB 概述,六、多層PCB的基本制作工藝流程：,第一章： PCB 概述,注：單層和雙面PCB的基本工藝流程比多層工藝流程更簡單，是在其基礎上減除內(nèi)層部分流程（即去除虛線框部分）。,第二章：,PCB 設計流程及 PCB Layout 設計,第二章：PCB 設計流程及PCB Layout 設計,一、設計準備：對原理圖進行分析和DRC檢查；建立標準元件庫；建立特殊元器件；印制板設計文件的建立；轉(zhuǎn)網(wǎng)表。 二、網(wǎng)表輸入：將轉(zhuǎn)換好的網(wǎng)表進行輸入。 三、規(guī)則設置：按照成品規(guī)格書的要求，將線寬、線距、層定義、過孔、全局參數(shù)等相關參數(shù)設置好。 四、手工布局：根據(jù)印制板安裝結構尺寸要求畫出邊框，參照原理圖，結合機構進行布局，檢查布局。 五、手工布線：參照原理圖進行預布線，檢查布線是否符合電路模塊要求；修改布線，并符合相應要求。 （自動布線：根據(jù)原理圖和已設置好的規(guī)則，進行自動布線。要求原理圖無差錯、規(guī)則設置無誤方可進行。） 六、檢查完善： PCB制作初步完成，“鋪銅”與“補銅”，進行連線、連通性、間距、“孤島”、文字標識檢查，并對其進行修改，使其符合要求。 七、CAM輸出：檢查無誤后，生成底片，到此PCB板制作完成。,圖例：,第二章：PCB 設計流程及PCB Layout 設計,一、設計準備：對原理圖進行分析和DRC檢查；建立標準元件庫；建立特殊元器件；印制板設計文件的建立；轉(zhuǎn)網(wǎng)表。,圖例：,第二章：PCB 設計流程及PCB Layout 設計,Q5,2,1,3,CON2A_1P,R15,10K,BAT1+,1,1,VDD_12V,R1,1,D5,1,2,R14,10K,充電控制電路,Q7,2,1,3,R12,510,CON3A_5,BAT3,BAT1,BAT2,CON3A_6,BAT3,1,1,圖例：,第二章：PCB 設計流程及PCB Layout 設計,Q1,4435,1,2,3,4,5,6,7,8,S,S,S,G,D,D,D,D,CON2A,1,2,3,4,1,2,3,4,PAD5_5P,圖例：,第二章：PCB 設計流程及PCB Layout 設計,LED4,1,2,VDD_12V,TM1,Q11,KA431,1,2,3,VR2,1K,1,3,2,R103,200,R106,2k,LED3,1,2,TM2,TEMP,1,1,R126,1k,原理圖規(guī)范分析及DRC 檢驗： 1、原理圖使用模塊化方式繪制，這樣利于讀原理圖，又利于模塊化布局。 2、原理圖大部分的PCB封裝要確認下來，個別器件沒有封裝，作個標志，利于我們建庫、添加封裝。 3、原理圖的DRC檢驗（見右圖）。,第二章：PCB 設計流程及PCB Layout 設計,二、網(wǎng)表輸入：將轉(zhuǎn)換好的網(wǎng)表進行輸入。,第二章：PCB 設計流程及PCB Layout 設計,三、規(guī)則設置：按照成品規(guī)格書的要求，將線寬、線距、層定義、過孔、全局參數(shù)等相關參數(shù)設置好。,PCB布局的一般規(guī)則：,a、信號流暢，信號方向保持一致； b、核心元件為中心； c、在高頻電路中，要考慮元器件的分布參數(shù)； d、特殊元器件的擺放位置； e、要考慮批量生產(chǎn)時，波峰焊及回流焊的錫流方向及加工傳送PCB的工藝因素。,1、布局前的準備： a、畫出邊框； b、定位孔和對接孔進行位置確認； c、板內(nèi)元件局部的高度控制； d、重要網(wǎng)絡的標志。,第二章：PCB 設計流程及PCB Layout 設計,四、手工布局：根據(jù)印制板安裝結構尺寸要求畫出邊框，參照原理圖，結合機構進行布局，檢查布局。,2、PCB布局的順序： a、固定元件； b、有條件限制的元件； c、關鍵元件； d、面積比較大元件； e、零散元件。,3、參照原理圖，結合機構，進行布局。 4、布局檢查： A、檢查元件在二維、三維空間上是否有沖突。 B、元件布局是否疏密有序，排列整齊。 C、元件是否便于更換，插件是否方便。 D、熱敏元件與發(fā)熱元件是否有距離。 E、信號流程是否流暢且互連最短。 F、插頭、插座等機械設計是否矛盾。 G、元件焊盤是否足夠大。,第二章：PCB 設計流程及PCB Layout 設計,五、手工布線：參照原理圖進行預布線，檢查布線是否符合電路模塊要求；修改布線，并符合相應要求。,第二章：PCB 設計流程及PCB Layout 設計,1、走線規(guī)律： A、走線方式: 盡量走短線，特別是小信號。 B、走線形狀: 同一層走線改變方向時，應走斜線。 C、電源線與地線的設計: 40100mil，高頻線用地線屏蔽。 D、多層板走線方向: 相互垂直，層間耦合面積最小；禁止平行走線。 E、焊盤設計的控制 2、布線: 首先，進行預連線，看一下項目的可連通性怎樣，并根據(jù)原理圖及實際情況進行器件調(diào)整，使其更加有利于走線。,3、布線檢查： (1)、間距是否合理，是否滿足生產(chǎn)要求。 (2)、電源線和地線的寬度是否合適，電源與地線之間是否緊耦合（低的波阻抗）。 (3)、對于關鍵的信號線是否采取了最佳措施，輸入線及輸出線要明顯地分開。 (4)、模擬電路和數(shù)字電路部分，是否有各自獨立的地線。 (5)、后加在PCB中的圖形（如圖標、注標）是否會造成信號短路。 (6)、對一些不理想的線形進行修改。 (7)、在PCB上是否加有工藝線？阻焊是否符合生產(chǎn)工藝的要求，阻焊尺寸是否合適，字符標志是否壓在器件焊盤上，以免影響電裝質(zhì)量。 (8)、多層板中的電源地層的外框邊緣是否縮小，如電源地層的銅箔露出板外容易造成短路。,第二章：PCB 設計流程及PCB Layout 設計,附：自動布線：根據(jù)原理圖和已設置好的規(guī)則，進行自動布線。要求原理圖無差錯、規(guī)則設置無誤方可進行。 一般只要原理圖和規(guī)則設置好后，自動布線一旦成功，基本上設計的電氣方面不會有太大的問題，但有些地方的布線位置及走線方向可能還需要進行手工調(diào)整。,第二章：PCB 設計流程及PCB Layout 設計,六、檢查完善： PCB制作初步完成，“鋪銅”與“補銅”，進行連線、連通性、間距、“孤島”、文字標識檢查，并對其進行修改，使其符合要求。,第二章：PCB 設計流程及PCB Layout 設計,檢查線路，進行鋪銅和補銅處理，重新排列元件標識；通過檢查窗口，對項目進行間距、連通性檢查。,PCB檢查： 1、檢查線路設計是否與原理圖設計思想一致。 2、檢查定位孔與PCB的大小，以及固定鍵安裝位置是否與機構相吻合。 3、結合EMC知識，看PCB 是否有不符合EMC常規(guī)的線路。 4、檢查PCB封裝是否與實物相對應。,第二章：PCB 設計流程及PCB Layout 設計,雙列插裝元件,七、CAM輸出：檢查無誤后，生成底片，并作CAM350檢查。到此PCB板制作完成。 最后的CAM350檢查無誤后， PCB設計就完成了，就可以送底片了。 設計完成，記得存檔。,第二章：PCB 設計流程及PCB Layout 設計,第三章：,PCB Layout 設計技巧,盡量采用地平面作為電流回路； 將模擬地平面和數(shù)字地平面分開； 如果地平面被信號走線隔斷，為降低對地電流回路的干擾，應使信號走線與地平面垂直； 模擬電路盡量靠近電路板邊緣放置，數(shù)字電路盡量靠近電源連接端放置，這樣做可以降低由數(shù)字開關引起的di/dt效應。,第三章：PCB Layout 設計技巧,1、為確保正確實現(xiàn)電路，應遵循的設計準則：,分隔開的地平面有時比連續(xù)的地平面有效,如果使用走線，應將其盡量加粗 應避免地環(huán)路 如果不能采用地平面，應采用星形連接策略 數(shù)字電流不應流經(jīng)模擬器件 高速電流不應流經(jīng)低速器件,第三章：PCB Layout 設計技巧,2、無地平面時的電流回路設計,如果不能采用地平面，可以采用“星形”布線策略來處理電流回路,3、旁路電容或去耦電容,第三章：PCB Layout 設計技巧,4、布局規(guī)劃,第三章：PCB Layout 設計技巧,模擬電路放置在線路的末端,5、印制導線寬度與容許電流：,第三章：PCB Layout 設計技巧,6、高頻數(shù)字電路PCB布線規(guī)則： 高頻數(shù)字信號線要用短線。 主要信號線集中在pcb板中心。 時鐘發(fā)生電路應在板的中心附近，時鐘扇出應采用菊鏈式和并聯(lián)布線。 電源線應遠離高頻數(shù)字信號線，或用地線隔開，電路布局必須減少電流回路，電源的分布必須是低感應的（多路設計) 輸入與輸出之間的導線避免平行。,7、布線的注意事項： 專用地線、電源線寬度應大于1mm。 其走線應成“井”字型排列，以便是分部電流平衡。 盡可能的縮短高頻器件之間的連線，設法減少它們之間地分布參數(shù)和相互間的信號干擾。 某些元器件或?qū)Ь€可能有較高的電位差，應加大它們的間距，避免放電引起意外短路。 盡量加大電源線寬度，減少環(huán)路電阻，電源線、地線的走向和數(shù)據(jù)傳遞方向一致，有助于增強抗干擾能力。 當頻率高于100k時，趨附效應就十分嚴重，高頻電阻增大。,第三章：PCB Layout 設計技巧,第四章：,EMC基本知識,一、電磁兼容（Electromagnetic Compatibility-EMC） 是指設備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中正常工作且不對該環(huán)境中的任何事物構成不能承受的電磁干擾的能力。 兩個含義：1、“污染”，2、防御。 電磁噪聲耦合途徑,第四章： EMC基本知識,電磁噪聲傳播途徑 干擾,第四章： EMC基本知識,二、系 統(tǒng) 接 地 接地按主要功能劃分： 安全地 信號地 機殼地 屏蔽地 1、安全接地子系統(tǒng): A、防止設備漏電的安全接地（見右圖）； B、防止雷擊的安全接地： 使用高建筑物避雷針技術。 防雷保護面積：9h2 （h：避雷針離地面的高度）,第四章： EMC基本知識,2、信號地子系統(tǒng)： 信號地系統(tǒng)的幾種形式：單點接地系統(tǒng)、多點地網(wǎng)或地平面接地系統(tǒng)、復合接地系統(tǒng)、浮地。 （1）、單點接地系統(tǒng)：,第四章： EMC基本知識,（2）、多點地網(wǎng)或地平面接地系統(tǒng)： 多用于高頻（10MHz）電路。,3、機殼接地子系統(tǒng)：,第四章： EMC基本知識,比較大型設備機殼接地,4、集中控制組合裝置接地系統(tǒng) 在控制裝置與功率變換裝置中，專門設置了噪聲地線，一般為繼電器、接觸器、馬達專用，兩裝置之間的控制與反饋電路均采用屏蔽電纜連接，并與功率變換輸出電纜及電力電纜盡量遠離，其屏蔽層屏蔽層正確接地，系統(tǒng)分布范圍通常以15m為限制為佳。,第四章： EMC基本知識,5、大型分散組合系統(tǒng)的接地系統(tǒng) 此接法基于地平面及地柵網(wǎng)具有優(yōu)良接地性能地優(yōu)點； 計算機集中監(jiān)控系統(tǒng)必須配置專用的計算機接地系統(tǒng)，禁止也與其他系統(tǒng)接地相連，并保持足夠遠的距離； 信號傳送必須經(jīng)過信號隔離與良好的屏蔽。,第四章： EMC基本知識,6、計算機集中監(jiān)控室的接地系統(tǒng) 交流進線部分用EMI濾波器，將電網(wǎng)與系統(tǒng)的瞬態(tài)及高頻噪聲加以有效地隔離； 供電柜的電源變壓器采用雙屏蔽，將變壓器的原副邊繞組之間的漏電容減少到幾個pf左右，保證電網(wǎng)任何瞬態(tài)噪聲均不會進入計算機主控電源； 監(jiān)控室的IN/OUT信號線，均采用屏蔽電纜，屏蔽層正確接地。,第四章： EMC基本知識,三、屏 蔽 1、屏 蔽 技 術 屏蔽電場的條件：完善的屏蔽及屏蔽體良好接地。 2、磁 場 技 術 （1）、采用高磁導率材料地屏蔽體進行磁屏蔽 （2）、采用反向磁場抵消的辦法，實現(xiàn)磁屏蔽,第四章： EMC基本知識,A圖可以屏蔽高頻干擾源磁場，W Wc時，Is約I1。 B圖可以用來屏蔽低頻磁場。W Wc 時，IsI1,隨著W的降低，越來越多的電流將從地阻抗分流，因而達不到目的。,四、濾 波 1、電源EMI濾波器與電源濾波器 電源EMI濾波器：IN端通常與噪聲源相連，OUT端與電網(wǎng)相連，主要目的是防止由電力電子裝置產(chǎn)生的傳導行噪聲進入電網(wǎng)； 電源濾波器： IN端與電網(wǎng)相連，OUT端與電子設備直接相連，主要目的是防止電網(wǎng)輸電線中的各種高頻及瞬態(tài)噪聲，通過傳導耦合進入電子裝置，對其進行干擾。 2、 EMI濾波器 （1） EMI的基本電路,第四章： EMC基本知識,（2） EMI濾波器的電路結構,第四章： EM