PCB線路板基礎知識

第五講Protel99se PCB基礎知識 電子CAD設計課程組 學習目標 印制電路板的結構和分類等基本概念元件布局和布線的基本原則手動和自動設計印制電路板的工作流程教學重點 PCB元件布局和布線的基本原則 教學內容 5 1印刷電路板的基本概念5 2印刷電路板的專用名詞5 3PCB布局 布線基本原則5 4印刷電路板設計的一般流程 5 1印刷電路板的基本概念 印制電路板 即PCB板 是由絕緣基板和附在其上的印制導電圖形 焊盤 過孔 銅膜導線 以及說明性文字 元件輪廓 型號 參數(shù) 等構成 印制板按結構劃分為單面板 雙面板 多層板三種 多層板又可以按層數(shù)分為三層 四層 六層板等 單面板 一面有敷銅 另一面沒有敷銅的電路板 它只可在敷銅的一面布線 另一面放置元件 結構如圖1所示 雙面板 包括頂層 TopLayer 和底層 BottomLayer 兩層 兩面都有敷銅 均可布線 結構如圖1所示 多層板 是包含了多個工作層面的電路板 除了頂層 底層以外 還包括中間層 內部電源 接地層等 多層電路板包括三層或三層以上 如四層板 六層板等 結構如圖2所示 圖1單面板與雙面板結構圖 圖2四層板結構圖 返回 5 2印刷電路板的專用名詞 信號層 SignalLayers 主要用于放置連接數(shù)字或模擬信號的銅膜走線 層電源 接地層 InternalPlane 主要用于布置電源線及接地線 機械層 MechanicalLayers 主要用于放置各種指示和說明文字 如電路板尺寸 阻焊層 SolderMask Top BottomSolderMask為頂 底層阻焊層 主要用于絲網(wǎng)漏印版 將不需要焊接的地方涂上阻焊劑 絲印層 Silksreen 用于印刷標識元件的名稱 參數(shù)和形狀 有Top BottomOverlay頂 底層絲印層穿透層 MultiLayer 用于放置所有穿透式焊盤和過孔 禁止布線層 KeepOut 用于設置布線范圍和電路板尺寸 安全間距 Clearance 是銅線與銅線 銅線與焊盤 焊盤與焊盤 焊盤與過孔之間的最小距離 元件封裝 元件封裝的定義規(guī)則為元件類型 焊點距離 元件外形 針腳式元件封裝 元件引腳帶有針腳形狀 在焊接時必須把元件引腳插入焊點導通孔 加上焊錫 通過焊接連接引腳和焊盤 因為針腳式元件的引腳貫穿整個電路板的各個板層 所以在焊點屬性設置中 Layer板層屬性必須設置位MultiLayer 表面貼片式元件 元件引腳用焊錫粘貼在印制電路板表面板層 因為表面貼片式元件的引腳僅僅作用于電路板單一層面 所以在板層屬性設置中 Layer必須指定電路板板層 TopLayer或BottomLayer 導線 電路板上布置的導線都是銅質的 稱為銅膜導線或簡稱為導線 用于傳遞各種電流信號 飛線 飛線是虛線 它指示元件焊點之間的連接關系 導線實現(xiàn)飛線的意圖 焊盤 焊盤的主要作用是通過引腳來固定元件 每一焊盤對一個引腳 在焊盤部位放置引腳和融化的焊錫 冷卻后焊錫凝固從而將元件牢牢固定住 過孔 過孔在多層電路板設計中 它用于連接不同板層間的導線 返回 5 3PCB布局 布線基本原則 一 元件布局基本規(guī)則元件布局的基本過程如下 先規(guī)劃電路板的尺寸 在確定特殊元件的位置后 根據(jù)電路的流程安排各功能單元的位置 使布局便于信號流通 并使信號盡可能保持一致的方向 在放置功能單元電路的元件時 一般以其核心元件為中心 圍繞它布局 元器件應整齊 均勻 緊湊地排列在PCB板上 根據(jù)元器件間的連線關系 要適當調整元件的位置 如旋轉元件 左右或上下移動元件 使元件之間的連線盡量短些 元件的布局就像下棋的布局 直接關系到電路板設計的成敗 應當從機械結構 散熱 電磁干擾 以后布線的方便性等多方面綜合考慮 1 機械方面 1 確定PCB板尺寸 大小 最佳形狀為矩形 長寬比為3 2或4 3 實踐中也有各種異形板 如環(huán)形的操作板 這就要根據(jù)實際情況來定 當電路板尺寸大于200 150mm時 應適當增加厚度 或在電路板中增加支撐定位孔 2 先安排特殊器件 如外部接插件 顯示器件 其定位要考慮和其他機械部件的配合 3 重量超過15g的元器件應當用支架固定 又大又重的元件不宜直接安放到電路板上 4 電位器 可調電感 線圈 可變電容器等可調元件 布局時應考慮整機結構 如在機內調節(jié) 應放在印制板方便調節(jié)的地方 如在機外調節(jié) 其位置要與調節(jié)旋鈕在機箱上的位置相適應 5 應當留出印制板定位孔及固定支架所占用的位置 6 位于電路板邊緣的器件 離電路板邊緣的距離一般不小于2mm 7 定位孔 標準孔等非安裝孔周圍1 27mm內不得貼裝元 器件 螺釘?shù)劝惭b孔周圍3 5mm 對于M2 5 4mm 對于M3 內不得貼裝元器件 2 散熱方面 1 發(fā)熱元器件應放在印制電路板易于散熱的地方 如板子邊緣 通風處 豎放的板子 發(fā)熱元件應放到板子上部 雙面板的底層不得放置發(fā)熱元件 2 發(fā)熱量較大的元件 不宜放在印制板上 3 怕熱元件如電解電容 晶振 鍺管等 要與發(fā)熱元件隔開一段距離 4 發(fā)熱元件不能緊鄰導線和熱敏元件 高熱器件要均衡分布 3 電磁干擾 1 集成電路的去藕電容要盡量就近安放 一般工作頻率在10Mhz以下的用0 1uF電容 10Mhz以上的用0 01uF的電容 2 某些元件或導線間有較高的電位差 應加大距離 以免放電 帶高壓的元器件應盡量布置在調試時手不易觸及的地方 3 易互相干擾的元器件不能靠得太近 輸入輸出元器件應盡可能遠離 避免反饋干擾 4 高頻元器件為減小分布參數(shù) 一般就近安放 不規(guī)則排列 一般電路 低頻電路 應因規(guī)則排列 便于裝焊 4 其它方面 1 按電路模塊進行布局 實現(xiàn)同一功能的相關電路稱為一個模塊 電路模塊中的元件應采用就近集中原則 同時數(shù)字電路和模擬電路分開 2 臥裝電阻 電感 插件 電解電容等元件的下方避免布過孔 以免波峰焊后過孔與元件殼體短路 3 電源插座要盡量布置在印制板的四周 電源插座及焊接連接器的布置間距應考慮方便電源插頭的插拔 4 所有IC元件單邊對齊 有極性元件極性標示明確 5 板面布線應疏密得當 當疏密差別太大時應以網(wǎng)狀銅箔填充 網(wǎng)格大于8mil 或0 2mm 6 貼片焊盤上不能有通孔 以免焊膏流失造成元件虛焊 重要信號線不準從插座腳間穿過 7 貼片單邊對齊 字符方向一致 封裝方向一致 8 有極性的器件在以同一板上的極性標示方向盡量保持一致 二 元件布線規(guī)則 1 畫定布線區(qū)域距PCB板邊 1mm的區(qū)域內 以及安裝孔周圍1mm內 禁止布線 2 一般將公共地線布置在印制板的邊緣 便于與機架 地 相連接 導線與印制板的邊緣應留有一定距離 3 多級電路為防止局部電流而產(chǎn)生地阻抗干擾 各級電路應在一點接地 或盡量集中接地 高頻電路 30MHz以上 常采用大面積接地 這時各級的內部元件也應集中一小塊區(qū)域接地 4 易受干擾器件和線路可用地線包圍 5 電路中數(shù)字地和模擬地要分開 然后在一點接地 以防形成地回路 6 電源線和地線靠近點 盡量減小圍出的面積 以降低電磁干擾 7 注意電源線與地線應盡可能呈放射狀 以及信號線不能出現(xiàn)回環(huán)走線 8 導線間避免近距離平行走長線 這樣寄生耦合較大 雙面印制線避免平行 最好垂直或斜交 9 輸入輸出線最好遠離 中間可用地線隔開 10 導線應走平直 不應有急劇的彎曲和出現(xiàn)尖角 應用圓弧或折線過渡 11 數(shù)字回路和模擬回路要分開 避免高頻和低頻信號的干擾 12 載流大的導線應寬些 印制板上線寬和電流的關系大約是每毫米線寬允許載流1安培 一般導線寬度在0 3mm 2 0mm之間 電源線一般取0 5 1 0mm 20mil 40mil 地線一般取1 0mm 40mil 以上 在可能的情況下 導線盡量寬些 13 不同網(wǎng)絡的走線 焊盤 過孔之間要保持一定距離 一般整個板子可設為0 254mm 10mil 較空的板子可設為0 3mm 較密的貼片板子可設為0 2 0 22mm 0 1mm以下是絕對禁止的 返回 進入PCB編輯環(huán)境 初步規(guī)劃電路板 確定電路板的尺寸 定義電氣邊界 放置安裝定位孔 選擇元件面 添加所需要的元件封裝庫 從中調出所要的元件封裝 并放置到剛才定義的電氣范圍內 手工將元件封裝拖放到合適的位置 修改元件標稱 參數(shù)等說明性符號 根據(jù)電路原理圖 手工在元件封裝的焊盤間連線 適當修改電路板的走線 安裝定位孔和邊界 確認無誤后保存PCB文件 一 手工設計印制電路板手工設計印制電路板指布線等環(huán)節(jié)由人工完成 一般在設計比較簡單的電路時使用 其基本方法如下 5 4印刷電路板設計的一般流程 二 自動設計印制電路板 自動設計印制電路板指在設計中適當運用計算機的自動布局 自動布線等自動化功能 減輕人的勞動量 一般用在較復雜的印制電路板設計中 大型系統(tǒng)的印制電路板如果完全靠人工設計幾乎不可想象 設計者先手工設計某些關鍵線路 其它的再由計算機來完成 自動設計印制電路板基本方法如下 進入SCH編輯環(huán)境 輸入原理圖 并生成網(wǎng)絡表文件 進入PCB編輯環(huán)境 設置好工作環(huán)境參數(shù) 規(guī)劃電路板 添加所需的元件封裝庫 選擇元件面 利用前面生成的網(wǎng)絡表自動調入所有元件的封裝 手工布局或自動布