印制電路板設(shè)計中POWERPCB的應(yīng)用

1、powerpcb在印制電路板設(shè)計中的應(yīng)用技術(shù)印制電路板（pcb）是電子產(chǎn)品中電路元件和器件的支撐件。它提供電路元件和器件之間的電氣連接。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，pcb的密度越來越高。pcb設(shè)計的好壞對抗干擾能力影響很大。實踐證明，即使電路原理圖設(shè)計正確，印制電路板設(shè)計不當(dāng)，也會對電子產(chǎn)品的可靠性產(chǎn)生不利影響。 例如，如果印制板兩條細平行線靠得很近，則會形成信號波形的延遲，在傳輸線的終端形成反射噪聲。因此，在設(shè)計印制電路板的時候，應(yīng)注意采用正確的方法，遵守pcb設(shè)計的一般原則，并應(yīng)符合抗干擾設(shè)計的要求。 一、 pcb設(shè)計的一般原則要使電子電路獲得最佳性能，元器件的布局及導(dǎo)線的布設(shè)是很重要的。為了

2、設(shè)計質(zhì)量好、造價低的pcb，應(yīng)遵循以下的一般性原則：1.布局：首先，要考慮pcb尺寸大小。pcb尺寸過大時，印制線條長，阻抗增加，抗噪聲能力下降，成本也增加；過小，則散熱不好，且鄰近線條易受干擾。在確定pcb尺寸后，再確定特殊元件的位置。最后，根據(jù)電路的功能單元，對電路的全部元器件進行布局。在確定特殊元件的位置時要遵守以下原則：（1）盡可能縮短高頻元器件之間的連線，設(shè)法減少它們的分布參數(shù)和相互間的電磁干擾。易受干擾的元器件不能相互挨得太近，輸入和輸出元件應(yīng)盡量遠離。 （2）某些元器件或?qū)Ь€之間可能有較高的電位差，應(yīng)加大它們之間的距離，以免放電引出意外短路。帶高電壓的元器件應(yīng)盡量布置在調(diào)試時手不

3、易觸及的地方。（3）重量超過15g的元器件，應(yīng)當(dāng)用支架加以固定，然后焊接。那些又大又重、發(fā)熱量多的元器件，不宜裝在印制板上，而應(yīng)裝在整機的機箱底板上，且應(yīng)考慮散熱問題。熱敏元件應(yīng)遠離發(fā)熱元件。（4）對于電位器、可調(diào)電感線圈、可變電容器、微動開關(guān)等可調(diào)元件的布局應(yīng)考慮整機的結(jié)構(gòu)要求。若是機內(nèi)調(diào)節(jié)，應(yīng)放在印制板上方便調(diào)節(jié)的地方；若是機外調(diào)節(jié)，其位置要與調(diào)節(jié)旋鈕在機箱面板上的位置相適應(yīng)。 （5）應(yīng)留出印制板定位孔及固定支架所占用的位置。根據(jù)電路的功能單元，對電路的全部元器件進行布局時，要符合以下原則： （1）按照電路的流程安排各個功能電路單元的位置，使布局便于信號流通，并使信號盡可能保持一致的方向。

4、（2）以每個功能電路的核心元件為中心，圍繞它來進行布局。元器件應(yīng)均勻、整齊、緊湊地排列在pcb上。盡量減少和縮短各元器件之間的引線和連接。（3）在高頻下工作的電路，要考慮元器件之間的分布參數(shù)。一般電路應(yīng)盡可能使元器件平行排列。這樣，不但美觀，而且裝焊容易，易于批量生產(chǎn)。（4）位于電路板邊緣的元器件，離電路板邊緣一般不小于2mm。電路板的最佳形狀為矩形。長寬雙為3:2或4:3。電路板面尺寸大于200150mm時，應(yīng)考慮電路板所受的機械強度。2.布線布線的原則如下：（1）輸入輸出端用的導(dǎo)線應(yīng)盡量避免相鄰平行。最好加線間地線，以免發(fā)生反饋藕合。（2）印制板導(dǎo)線的最小寬度主要由導(dǎo)線與絕緣基板間的粘附強

5、度和流過它們的電流值決定。當(dāng)銅箔厚度為0.5mm、寬度為115mm時，通過2a的電流，溫度不會高于3。因此，導(dǎo)線寬度為1.5mm可滿足要求。對于集成電路，尤其是數(shù)字電路，通常選0.020.3mm導(dǎo)線寬度。當(dāng)然，只要允許，還是盡可能用寬線，尤其是電源線和地線。導(dǎo)線的最小間距主要由最壞情況下的線間絕緣電阻和擊穿電壓決定。對于集成電路，尤其是數(shù)字電路，只要工藝允許，可使間距小于58mil。（3）印制導(dǎo)線拐彎處一般取圓弧形，而直角或夾角在高頻電路中會影響電氣性能。此外，盡量避免使用大面積銅箔，否則，長時間受熱時，易發(fā)生銅箔膨脹和脫落現(xiàn)象。必須用大面積銅箔時，最好用柵格狀。這樣有利于排除銅箔與基板間粘合

6、劑受熱產(chǎn)生的揮發(fā)性氣體。3.焊盤焊盤中心孔要比器件引線直徑稍大一些。焊盤太大易形成虛焊。焊盤外徑d一般不小于（d+1.2）mm，其中d為引線孔徑。對高密度的數(shù)字電路，焊盤最小直徑可取(d+1.0)mm。二、 pcb及電路抗干擾措施印制電路板的抗干擾設(shè)計與具體電路有著密切的關(guān)系，這里僅就pcb抗干擾設(shè)計的幾項常用措施做一些說明。1.電源線設(shè)計根據(jù)印制線路板電流的大小，盡量加粗電源線寬度，減少環(huán)路電阻。同時，使電源線、地線的走向和數(shù)據(jù)傳遞的方向一致，這樣有助于增強抗噪聲能力。2.地線設(shè)計在電子產(chǎn)品設(shè)計中，接地是控制干擾的重要方法。如能將接地和屏蔽正確結(jié)合起來使用，可解決大部分干擾問題。電子產(chǎn)品中地

7、線結(jié)構(gòu)大致有系統(tǒng)地、機殼地（屏蔽地）、數(shù)字地（邏輯地）和模擬地等。在地線設(shè)計中應(yīng)注意以下幾點：（1）正確選擇單點接地與多點接地在低頻電路中，信號的工作頻率小于1mhz，它的布線和器件間的電感影響較小，而接地電路形成的環(huán)流對干擾影響較大，因而應(yīng)采用一點接地的方式。當(dāng)信號工作頻率大于10mhz時，地線阻抗變得很大，此時應(yīng)盡量降低地線阻抗，應(yīng)采用就近多點接地。當(dāng)工作頻率在110mhz時，如果采用一點接地，其地線長度不應(yīng)超過波長的1/20，否則應(yīng)采用多點接地法。（2）數(shù)字地與模擬地分開。 電路板上既有高速邏輯電路，又有線性電路，應(yīng)使它們盡量分開，而兩者的地線不要相混，分別與電源端地線相連。低頻電路的地

8、應(yīng)盡量采用單點并聯(lián)接地，實際布線有困難時可部分串聯(lián)后再并聯(lián)接地。高頻電路宜采用多點串聯(lián)接地，地線應(yīng)短而粗，高頻元件周圍盡量用柵格狀大面積地箔。要盡量加大線性電路的接地面積。（3）接地線應(yīng)盡量加粗。若接地線用很細的線條，則接地電位則隨電流的變化而變化，致使電子產(chǎn)品的定時信號電平不穩(wěn)，抗噪聲性能降低。因此應(yīng)將接地線盡量加粗，使它能通過三倍于印制電路板的允許電流。如有可能，接地線的寬度應(yīng)大于3mm。（4）接地線構(gòu)成閉環(huán)路。設(shè)計只由數(shù)字電路組成的印制電路板的地線系統(tǒng)時，將接地線做成閉路可以明顯地提高抗噪聲能力。其原因在于：印制電路板上有很多集成電路元件，尤其遇有耗電多的元件時，因受接地線粗細的限制，會

9、在地線上產(chǎn)生較大的電位差，引起抗噪能力下降，若將接地線構(gòu)成環(huán)路，則會縮小電位差值，提高電子設(shè)備的抗噪聲能力。3.退藕電容配置pcb設(shè)計的常規(guī)做法之一是在印制板的各個關(guān)鍵部位配置適當(dāng)?shù)耐伺弘娙?。退藕電容的一般配置原則是：（1）電源輸入端跨接10100uf的電解電容器。如有可能，接100uf以上的更好。（2）原則上每個集成電路芯片都應(yīng)布置一個0.01pf的瓷片電容，如遇印制板空隙不夠，可每48個芯片布置一個110pf的鉭電容。（3）對于抗噪能力弱、關(guān)斷時電源變化大的器件，如ram、rom存儲器件，應(yīng)在芯片的電源線和地線之間直接接入退藕電容。（4）電容引線不能太長，尤其是高頻旁路電容不能有引線。此外

10、，還應(yīng)注意以下兩點：（1）在印制板中有接觸器、繼電器、按鈕等元件時，操作它們時均會產(chǎn)生較大火花放電，必須采用rc電路來吸收放電電流。一般r取12k，c取2.247uf。（2）cmos的輸入阻抗很高，且易受感應(yīng)，因此在使用時對不用端要接地或接正電源。三、 powerpcb簡介powerpcb是美國innoveda公司軟件產(chǎn)品。powerpcb能夠使用戶完成高質(zhì)量的設(shè)計，生動地體現(xiàn)了電子設(shè)計工業(yè)界各方面的內(nèi)容。其約束驅(qū)動的設(shè)計方法可以減少產(chǎn)品完成時間。你可以對每一個信號定義安全間距、布線規(guī)則以及高速電路的設(shè)計規(guī)則，并將這些規(guī)劃層次化的應(yīng)用到板上、每一層上、每一類網(wǎng)絡(luò)上、每一個網(wǎng)絡(luò)上、每一組網(wǎng)絡(luò)上、

11、每一個管腳對上，以確保布局布線設(shè)計的正確性。它包括了豐富多樣的功能，包括簇布局工具、動態(tài)布線編輯、動態(tài)電性能檢查、自動尺寸標注和強大的cam輸出能力。它還有集成第三方軟件工具的能力，如specctra布線器。四、 powerpcb使用技巧powerpcb目前已在我所推廣使用，它的基本使用技術(shù)已有培訓(xùn)教材進行了詳細的講解，而對于我所廣大電子應(yīng)用工程師來說，其問題在于已經(jīng)熟練掌握了tango之類的布線工具之后，如何轉(zhuǎn)到powerpcb的應(yīng)用上來。所以，本文就此類應(yīng)用和培訓(xùn)教材上沒有講到，而我們應(yīng)用較多的一些技術(shù)技巧作了論述。1.輸入的規(guī)范問題對于大多數(shù)使用過tango的人來說，剛開始使用power

12、pcb的時候，可能會覺得powerpcb的限制太多。因為powerpcb對原理圖輸入和原理圖到pcb的規(guī)則傳輸上是以保證其正確性為前提的。所以，它的原理圖中沒有能夠?qū)⒁桓姎膺B線斷開的功能，也不能隨意將一根電氣連線在某個位置停止，它要保證每一根電氣連線都要有起始管腳和終止管腳，或是接在軟件提供的連接器上，以供不同頁面間的信息傳輸。這是它防止錯誤發(fā)生的一種手段，其實，也是我們應(yīng)該遵守的一種規(guī)范化的原理圖輸入方式。在powerpcb設(shè)計中，凡是與原理圖網(wǎng)表不一致的改動都要到eco方式下進行，但它給用戶提供了ole鏈接，可以將原理圖中的修改傳到pcb中，也可以將pcb中的修改傳回原理圖。這樣，既防止

13、了由于疏忽引起的錯誤，又給真正需要進行修改提供了方便。但是，要注意的是，進入eco方式時要選擇“寫eco文件”選項，而只有退出eco方式，才會進行寫eco文件操作。2.電源層和地層的選擇powerpcb中對電源層和地層的設(shè)置有兩種選擇，cam plane和split/mixed。split/mixed主要用于多個電源或地共用一個層的情況，但只有一個電源和地時也可以用。它的主要優(yōu)點是輸出時的圖和光繪的一致，便于檢查。而cam plane用于單個的電源或地，這種方式是負片輸出，要注意輸出時需加上第25層。第25層包含了地電信息，主要指電層的焊盤要比正常的焊盤大20mil左右的安全距離，保證金屬化過

14、孔之后，不會有信號與地電相連。這就需要每個焊盤都包含有第25層的信息。而我們自己建庫時往往會忽略這個問題，造成使用split/mixed選項。3.推擠還是不推擠powerpcb提供了一個很好用的功能就是自動推擠。當(dāng)我們手動布線時，印制板在我們的完全控制之下，打開自動推擠的功能，會感到非常的方便。但是如果在你完成了預(yù)布線之后，要自動布線時，最好將預(yù)布好的線固定住，否則自動布線時，軟件會認為此線段可移動，而將你的工作完全推翻，造成不必要的損失。4.定位孔的添加我們的印制板往往需要加一些安裝定位孔，但是對于powerpcb來說，這就屬于與原理圖不一樣的器件擺放，需要在eco方式下進行。但如果在最后的

15、檢查中，軟件因此而給出我們許多的錯誤，就不大方便了。這種情況可以將定位孔器件設(shè)為非eco注冊的即可。在編輯器件窗口下，選中“編輯電氣特性”按鈕，在該窗口中，選中“普通”項，不選中“eco注冊”項。這樣在檢查時，powerpcb不會認為這個器件是需要與網(wǎng)表比較的，不會出現(xiàn)不該有的錯誤。5.添加新的電源封裝由于我們的國際與美國軟件公司的標準不太一致，所以我們盡量配備了國際庫供大家使用。但是電源和地的新符號，必須在軟件自帶的庫中添加，否則它不會認為你建的符號是電源。 所以當(dāng)我們要建一個符合國標的電源符號時，需要先打開現(xiàn)有的電源符號組，選擇“編輯電氣連接”按鈕，點按“添加”按鈕，輸入你新建的符號的名字

16、等信息。然后，再選中“編輯門封裝”按鈕，選中你剛剛建立的符號名，繪制出你需要的形狀，退出繪圖狀態(tài)，保存。這個新的符號就可以在原理圖中調(diào)出了。6.空腳的設(shè)置我們用的器件中，有的管腳本身就是空腳，標志為nc。當(dāng)我們建庫的時候，就要注意，否則標志為nc的管腳會連在一起。這是由于你在建庫時將nc管腳建在了“singal_pins”中，而powerpcb認為“singal_pins”中的管腳是隱含的缺省管腳，是有用的管腳，如vcc和gnd。所以，如果的nc管腳，必須將它們從“singal_pins”中刪除掉，或者說，你根本無需理睬它，不用作任何特殊的定義。7.三極管的管腳對照三極管的封裝變化很多，當(dāng)自己

17、建三極管的庫時，我們往往會發(fā)現(xiàn)原理圖的網(wǎng)表傳到pcb中后，與自己希望的連接不一致。這個問題主要還是出在建庫上。由于三極管的管腳往往用e，b，c來標志，所以在創(chuàng)建自己的三極管庫時，要在“編輯電氣連接”窗口中選中“包括文字數(shù)字管腳”復(fù)選框，這時，“文字數(shù)字管腳”標簽被點亮，進入該標簽，將三極管的相應(yīng)管腳改為字母。這樣，與pcb封裝對應(yīng)連線時會感到比較便于識別。8.表面貼器件的預(yù)處理現(xiàn)在，由于小型化的需求，表面貼器件得到越來越多的應(yīng)用。在布圖過程中，表面貼器件的處理很重要，尤其是在布多層板的時候。因為，表面貼器件只在一層上有電氣連接，不象雙列直插器件在板子上的放置是通孔，所以，當(dāng)別的層需要與表面器件

18、相連時就要從表面貼器件的管腳上拉出一條短線，打孔，再與其它器件連接，這就是所謂的扇入（fan-in），扇出（fan-out）操作。如果需要的話，我們應(yīng)該首先對表面貼器件進行扇入，扇出操作，然后再進行布線，這是因為如果我們只是在自動布線的設(shè)置文件中選擇了要作扇入，扇出操作，軟件會在布線的過程中進行這項操作，這時，拉出的線就會曲曲折折，而且比較長。所以，我們可以在布局完成后，先進入自動布線器，在設(shè)置文件中只選擇扇入，扇出操作，不選擇其它布線選項，這樣從表面貼器件拉出來的線比較短，也比較整齊。9.將板圖加入autocad有時我們需要將印制板圖加入到結(jié)構(gòu)圖中，這時可以通過轉(zhuǎn)換工具將pcb文件轉(zhuǎn)換成autocad能夠識別的格式。在pcb繪圖框中，選中“文件”菜單中的“輸出”菜單項，在彈出的文件輸出窗口中將保存類型設(shè)為dxf文件，再保存。你就可以autocad中打開個這圖了。當(dāng)然，pads中有自動標注功能，可以對畫好的印制板進行尺寸標注，自動顯示出板框或定位孔的位置。要注意的是，標注結(jié)果在drill-drawing層要想在其它的輸出圖上加上標注，需要在輸出時，特別加上這一層才行。10. powerpcb與viewdraw的接口用viewdraw的原理圖，可以產(chǎn)生powerpcb的表，而powerpcb讀入網(wǎng)表后，一樣可