用PROTEL DXP電路板設(shè)計(jì)的一般原則

1、用PROTEL DXP電路板設(shè)計(jì)的一般原則             新手指導(dǎo)-用PROTEL DXP電路板設(shè)計(jì)的一般原則          電路板設(shè)計(jì)的一般原則包括：電路板的選用、電路板尺寸、元件布局、布線、焊盤(pán)、填充、跨接線等。    電路板一般用敷銅層壓板制成，板層選用時(shí)要從電氣性能、可靠性、加工工藝要求和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等方面考慮。常用的敷銅層壓板是敷銅酚醛紙

2、質(zhì)層壓板、敷銅環(huán)氧紙質(zhì)層壓板、敷銅環(huán)氧玻璃布層壓板、敷銅環(huán)氧酚醛玻璃布層壓板、敷銅聚四氟乙烯玻璃布層壓板和多層印刷電路板用環(huán)氧玻璃布等。不同材料的層壓板有不同的特點(diǎn)。 環(huán)氧樹(shù)脂與銅箔有極好的粘合力，因此銅箔的附著強(qiáng)度和工作溫度較高，可以在 260的熔錫中不起泡。環(huán)氧樹(shù)脂浸過(guò)的玻璃布層壓板受潮氣的影響較小。 超高頻電路板最好是敷銅聚四氟乙烯玻璃布層壓板。    在要求阻燃的電子設(shè)備上，還需要阻燃的電路板，這些電路板都是浸入了阻燃樹(shù)脂的層壓板。 電路板的厚度應(yīng)該根據(jù)電路板的功能、所裝元件的重量、電路板插座的規(guī)格、電路板的外形尺寸和承受的機(jī)械負(fù)荷等來(lái)決定。  

3、  主要是應(yīng)該保證足夠的剛度和強(qiáng)度。     常見(jiàn)的電路板的厚度有 0.5mm、1.0mm、1.5mm、2.0mm    從成本、銅膜線長(zhǎng)度、抗噪聲能力考慮，電路板尺寸越小越好，但是板尺寸太小，則散熱不良，且相鄰的導(dǎo)線容易引起干擾。 電路板的制作費(fèi)用是和電路板的面積相關(guān)的，面積越大，造價(jià)越高。 在設(shè)計(jì)具有機(jī)殼的電路板時(shí)，電路板的尺寸還受機(jī)箱外殼大小的限制，一定要在確定電路板尺寸前確定機(jī)殼大小，否則就無(wú)法確定電路板的尺寸。 一般情況下，在禁止布線層中指定的布線范圍就是電路板尺寸的大小。電路板的最佳形狀是矩形，長(zhǎng)寬比為 3:2

4、或 4:3，當(dāng)電路板的尺寸大于 200mm×150mm 時(shí)，應(yīng)該考慮電路板的機(jī)械強(qiáng)度。 總之，應(yīng)該綜合考慮利弊來(lái)確定電路板的尺寸。    雖然 Protel DXP 能夠自動(dòng)布局，但是實(shí)際上電路板的布局幾乎都是手工完成的。要進(jìn)行布局時(shí)，一般遵循如下規(guī)則： 1特殊元件的布局 特殊元件的布局從以下幾個(gè)方面考慮：1）高頻元件：高頻元件之間的連線越短越好，設(shè)法減小連線的分布參數(shù)和相互之間的電磁干擾，易受干擾的元件不能離得太近。隸屬于輸入和隸屬于輸出的元件之間的距離應(yīng)該盡可能大一些。 2）具有高電位差的元件：應(yīng)該加大具有高電位差元件和連線之間的距離，以免出現(xiàn)意外短

5、路時(shí)損壞元件。為了避免爬電現(xiàn)象的發(fā)生，一般要求 2000V 電位差之間的銅膜線距離應(yīng)該大于 2mm，若對(duì)于更高的電位差，距離還應(yīng)該加大。帶有高電壓的器件，應(yīng)該盡量布置在調(diào)試時(shí)手不易觸及的地方。 3）重量太大的元件：此類元件應(yīng)該有支架固定，而對(duì)于又大又重、發(fā)熱量多的元件，不宜安裝在電路板上。 4）發(fā)熱與熱敏元件：注意發(fā)熱元件應(yīng)該遠(yuǎn)離熱敏元件。 5）可以調(diào)節(jié)的元件：對(duì)于電位器、可調(diào)電感線圈、可變電容、微動(dòng)開(kāi)關(guān)等可調(diào)元件的布局應(yīng)該考慮整機(jī)的結(jié)構(gòu)要求，若是機(jī)內(nèi)調(diào)節(jié)，應(yīng)該放在電路板上容易調(diào)節(jié)的地方，若是機(jī)外調(diào)節(jié)，其位置要與調(diào)節(jié)旋鈕在機(jī)箱面板上的位置相對(duì)應(yīng)。 6）電路板安裝孔和支架孔：應(yīng)該預(yù)留出電路板的安

6、裝孔和支架的安裝孔，因?yàn)檫@些孔和孔附近是不能布線的。2按照電路功能布局 如果沒(méi)有特殊要求，盡可能按照原理圖的元件安排對(duì)元件進(jìn)行布局，信號(hào)從左邊進(jìn)入、從右邊輸出，從上邊輸入、從下邊輸出。 按照電路流程，安排各個(gè)功能電路單元的位置，使信號(hào)流通更加順暢和保持方向一致。 以每個(gè)功能電路為核心，圍繞這個(gè)核心電路進(jìn)行布局，元件安排應(yīng)該均勻、整齊、緊湊，原則是減少和縮短各個(gè)元件之間的引線和連接。 數(shù)字電路部分應(yīng)該與模擬電路部分分開(kāi)布局。3元件離電路板邊緣的距離 所有元件均應(yīng)該放置在離板邊緣 3mm 以內(nèi)的位置，或者至少距電路板邊緣的距離等于板厚，這是由于在大批量生產(chǎn)中進(jìn)行流水線插件和進(jìn)行波峰焊時(shí)，要提供給導(dǎo)

7、軌槽使用，同時(shí)也是防止由于外形加工引起電路板邊緣破損，引起銅膜線斷裂導(dǎo)致廢品。如果電路板上元件過(guò)多，不得已要超出 3mm 時(shí)，可以在電路板邊緣上加上 3mm 輔邊，在輔邊上開(kāi) V 形槽，在生產(chǎn)時(shí)用手掰開(kāi)。4元件放置的順序 首先放置與結(jié)構(gòu)緊密配合的固定位置的元件，如電源插座、指示燈、開(kāi)關(guān)和連接插件等。 再放置特殊元件，例如發(fā)熱元件、變壓器、集成電路等。 最后放置小元件，例如電阻、電容、二極管等。    布線的規(guī)則如下： 1）線長(zhǎng)：銅膜線應(yīng)盡可能短，在高頻電路中更應(yīng)該如此。銅膜線的不拐彎處應(yīng)為圓角或斜角，而直角或尖角在高頻電路和布線密度高的情況下會(huì)影響電氣性能。當(dāng)雙面

8、板布線時(shí)，兩面的導(dǎo)線應(yīng)該相互垂直、斜交或彎曲走線，避免相互平行，以減少寄生電容。 2）線寬：銅膜線的寬度應(yīng)以能滿足電氣特性要求而又便于生產(chǎn)為準(zhǔn)則，它的最小值取決于流過(guò)它的電流，但是一般不宜小于 0.2mm。只要板面積足夠大，銅膜線寬度和間距最好選擇 0.3mm。一般情況下，11.5mm 的線寬，允許流過(guò) 2A 的電流。例如地線和電源線最好選用大于 1mm 的線寬。在集成電路座焊盤(pán)之間走兩根線時(shí)，焊盤(pán)直徑為 50mil，線寬和線間距都是 10mil，當(dāng)焊盤(pán)之間走一根線時(shí)，焊盤(pán)直徑為 64mil，線寬和線間距都為 12mil。注意公制和英制之間的轉(zhuǎn)換，100mil=2.54mm。 3）線間距：相鄰

9、銅膜線之間的間距應(yīng)該滿足電氣安全要求，同時(shí)為了便于生產(chǎn)，間距應(yīng)該越寬越好。最小間距至少能夠承受所加電壓的峰值。在布線密度低的情況下，間距應(yīng)該盡可能的大。4）屏蔽與接地：銅膜線的公共地線應(yīng)該盡可能放在電路板的邊緣部分。在電路板上應(yīng)該盡可能多地保留銅箔做地線，這樣可以使屏蔽能力增強(qiáng)。另外地線的形狀最好作成環(huán)路或網(wǎng)格狀。多層電路板由于采用內(nèi)層做電源和地線專用層，因而可以起到更好的屏蔽作用效果。   焊盤(pán)    焊盤(pán)尺寸 焊盤(pán)的內(nèi)孔尺寸必須從元件引線直徑和公差尺寸以及鍍錫層厚度、孔徑公差、孔金屬化電鍍層厚度等方面考慮，通常情況下以金屬引腳直徑

10、加上 0.2mm 作為焊盤(pán)的內(nèi)孔直徑。例如，電阻的金屬引腳直徑為 0.5mm，則焊盤(pán)孔直徑為 0.7mm，而焊盤(pán)外徑應(yīng)該為焊盤(pán)孔徑加1.2mm，最小應(yīng)該為焊盤(pán)孔徑加 1.0mm。 當(dāng)焊盤(pán)直徑為 1.5mm 時(shí)，為了增加焊盤(pán)的抗剝離強(qiáng)度，可采用方形焊盤(pán)。 對(duì)于孔直徑小于 0.4mm 的焊盤(pán)，焊盤(pán)外徑/焊盤(pán)孔直徑=0.53。 對(duì)于孔直徑大于 2mm 的焊盤(pán)，焊盤(pán)外徑/焊盤(pán)孔直徑=1.52。 常用的焊盤(pán)尺寸如表 1-1 所示表 16-1   常用的焊盤(pán)尺寸 焊盤(pán)孔直徑/mm  0.4  0.5  0.6

11、0; 0.8  1.0  1.2  1.6  2.0 焊盤(pán)外徑/mm 1.5  1.5  2.0  2.0  2.5  3.0  3.5  4 注意事項(xiàng)：設(shè)計(jì)焊盤(pán)時(shí)的注意事項(xiàng)如下： 1）焊盤(pán)孔邊緣到電路板邊緣的距離要大于 1mm，這樣可以避免加工時(shí)導(dǎo)致焊盤(pán)缺損。 2）焊盤(pán)補(bǔ)淚滴，當(dāng)與焊盤(pán)連接的銅膜線較細(xì)時(shí)，要將焊盤(pán)與銅膜線之間的連接設(shè)計(jì)成

12、淚滴狀，這樣可以使焊盤(pán)不容易被剝離，而銅膜線與焊盤(pán)之間的連線不易斷開(kāi)。3）相鄰的焊盤(pán)要避免有銳角。大面積填充    電路板上的大面積填充的目的有兩個(gè)，一個(gè)是散熱，另一個(gè)是用屏蔽減少干擾，為避免焊接時(shí)產(chǎn)生的熱使電路板產(chǎn)生的氣體無(wú)處排放而使銅膜脫落，應(yīng)該在大面積填充上開(kāi)窗，后者使填充為網(wǎng)格狀。 使用敷銅也可以達(dá)到抗干擾的目的，而且敷銅可以自動(dòng)繞過(guò)焊盤(pán)并可連接地線?？缃泳€在單面電路板的設(shè)計(jì)中，當(dāng)有些銅膜無(wú)法連接時(shí)，通常的做法是使用跨接線，跨接線的長(zhǎng)度應(yīng)該選擇如下幾種：6mm、8mm 和 10mm。接地1地線的共阻抗干擾 電路圖上的地線表示電路中的零電位，并用作電路中其它

13、各點(diǎn)的公共參考點(diǎn)，在實(shí)際電路中由于地線（銅膜線）阻抗的存在，必然會(huì)帶來(lái)共阻抗干擾，因此在布線時(shí)，不能將具有地線符號(hào)的點(diǎn)隨便連接在一起，這可能引起有害的耦合而影響電路的正常工作。 2如何連接地線 通常在一個(gè)電子系統(tǒng)中，地線分為系統(tǒng)地、機(jī)殼地（屏蔽地）、數(shù)字地（邏輯地）和模擬地等幾種，在連接地線時(shí)應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)： 1）正確選擇單點(diǎn)接地與多點(diǎn)接地。在低頻電路中，信號(hào)頻率小于 1MHz，布線和元件之間的電感可以忽略，而地線電路電阻上產(chǎn)生的壓降對(duì)電路影響較大，所以應(yīng)該采用單點(diǎn)接地法。 當(dāng)信號(hào)的頻率大于 10MHz 時(shí)，地線電感的影響較大，所以宜采用就近接地的多點(diǎn)接地法。 當(dāng)信號(hào)頻率在 110MHz 之

14、間時(shí)，如果采用單點(diǎn)接地法，地線長(zhǎng)度不應(yīng)該超過(guò)波長(zhǎng)的 1/20，否則應(yīng)該采用多點(diǎn)接地。2）數(shù)字地和模擬地分開(kāi)。電路板上既有數(shù)字電路，又有模擬電路，應(yīng)該使它們盡量分開(kāi)，而且地線不能混接，應(yīng)分別與電源的地線端連接（最好電源端也分別連接）。要盡量加大線性電路的面積。一般數(shù)字電路的抗干擾能力強(qiáng)，TTL 電路的噪聲容限為 0.40.6V，CMOS 數(shù)字電路的噪聲容限為電源電壓的 0.30.45 倍，而模擬電路部分只要有微伏級(jí)的噪聲，就足以使其工作不正常。所以兩類電路應(yīng)該分開(kāi)布局和布線。 3）盡量加粗地線。若地線很細(xì)，接地電位會(huì)隨電流的變化而變化，導(dǎo)致電子系統(tǒng)的信號(hào)受到干擾，特別是模擬電路部分，因此地線應(yīng)該

15、盡量寬，一般以大于 3mm 為宜。 4）將接地線構(gòu)成閉環(huán)。當(dāng)電路板上只有數(shù)字電路時(shí)，應(yīng)該使地線形成環(huán)路，這樣可以明顯提高抗干擾能力，這是因?yàn)楫?dāng)電路板上有很多集成電路時(shí)，若地線很細(xì)，會(huì)引起較大的接地電位差，而環(huán)形地線可以減少接地電阻，從而減小接地電位差。5）同一級(jí)電路的接地點(diǎn)應(yīng)該盡可能靠近，并且本級(jí)電路的電源濾波電容也應(yīng)該接在本級(jí)的接地點(diǎn)上。 6）總地線的接法?？偟鼐€必須嚴(yán)格按照高頻、中頻、低頻的順序一級(jí)級(jí)地從弱電到強(qiáng)電連接。高頻部分最好采用大面積包圍式地線，以保證有好的屏蔽效果。抗干擾    具有微處理器的電子系統(tǒng)，抗干擾和電磁兼容性是設(shè)計(jì)過(guò)程中必須考慮的問(wèn)題，特

16、別是對(duì)于時(shí)鐘頻率高、總線周期快的系統(tǒng)；含有大功率、大電流驅(qū)動(dòng)電路的系統(tǒng)；含微弱模擬信號(hào)以及高精度 A/D 變換電路的系統(tǒng)。為增加系統(tǒng)抗電磁干擾能力應(yīng)考慮采取以下措施：1）選用時(shí)鐘頻率低的微處理器。只要控制器性能能夠滿足要求，時(shí)鐘頻率越低越好，低的時(shí)鐘可以有效降低噪聲和提高系統(tǒng)的抗干擾能力。由于方波中包含各種頻率成分，其高頻成分很容易成為噪聲源，一般情況下，時(shí)鐘頻率 3 倍的高頻噪聲是最具危險(xiǎn)性的。 2）減小信號(hào)傳輸中的畸變。當(dāng)高速信號(hào)（信號(hào)頻率高=上升沿和下降沿快的信號(hào)）在銅膜線上傳輸時(shí)，由于銅膜線電感和電容的影響，會(huì)使信號(hào)發(fā)生畸變，當(dāng)畸變過(guò)大時(shí)，就會(huì)使系統(tǒng)工作不可靠。一般要求，信號(hào)在電路板上

17、傳輸?shù)你~膜線越短越好，過(guò)孔數(shù)目越少越好。典型值：長(zhǎng)度不超過(guò) 25cm，過(guò)孔數(shù)不超過(guò) 2 個(gè)。 3）減小信號(hào)間的交叉干擾。當(dāng)一條信號(hào)線具有脈沖信號(hào)時(shí)，會(huì)對(duì)另一條具有高輸入阻抗的弱信號(hào)線產(chǎn)生干擾，這時(shí)需要對(duì)弱信號(hào)線進(jìn)行隔離，方法是加一個(gè)接地的輪廓線將弱信號(hào)包圍起來(lái)，或者是增加線間距離，對(duì)于不同層面之間的干擾可以采用增加電源和地線層面的方法解決。 4）減小來(lái)自電源的噪聲。電源在向系統(tǒng)提供能源的同時(shí)，也將其噪聲加到所供電的系統(tǒng)中，系統(tǒng)中的復(fù)位、中斷以及其它一些控制信號(hào)最易受外界噪聲的干擾，所以，應(yīng)該適當(dāng)增加電容來(lái)濾掉這些來(lái)自電源的噪聲。 5）注意電路板與元器件的高頻特性。在高頻情況下，電路板上的銅膜線

18、、焊盤(pán)、過(guò)孔、電阻、電容、接插件的分布電感和電容不容忽略。由于這些分布電感和電容的影響，當(dāng)銅膜線的長(zhǎng)度為信號(hào)或噪聲波長(zhǎng)的 1/20 時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生天線效應(yīng)，對(duì)內(nèi)部產(chǎn)生電磁干擾，對(duì)外發(fā)射電磁波。 一般情況下，過(guò)孔和焊盤(pán)會(huì)產(chǎn)生 0.6pF 的電容，一個(gè)集成電路的封裝會(huì)產(chǎn)生 26pF 的電容，一個(gè)電路板的接插件會(huì)產(chǎn)生 520mH 的電感，而一個(gè) DIP-24 插座有 18nH 的電感，這些電容和電感對(duì)低時(shí)鐘頻率的電路沒(méi)有任何影響，而對(duì)于高時(shí)鐘頻率的電路必須給予注意。 6）元件布置要合理分區(qū)。元件在電路板上排列的位置要充分考慮抗電磁干擾問(wèn)題。原則之一就是各個(gè)元件之間的銅膜線要盡量的短，在布局上，要把模擬

19、電路、數(shù)字電路和產(chǎn)生大噪聲的電路（繼電器、大電流開(kāi)關(guān)等）合理分開(kāi)，使它們相互之間的信號(hào)耦合最小。 7）處理好地線。按照前面提到的單點(diǎn)接地或多點(diǎn)接地方式處理地線。將模擬地、數(shù)字地、大功率器件地分開(kāi)連接，再匯聚到電源的接地點(diǎn)。 電路板以外的引線要用屏蔽線，對(duì)于高頻和數(shù)字信號(hào)，屏蔽電纜兩端都要接地，低頻模擬信號(hào)用的屏蔽線，一般采用單端接地。對(duì)噪聲和干擾非常敏感的電路或高頻噪聲特別嚴(yán)重的電路應(yīng)該用金屬屏蔽罩屏蔽。 8）去耦電容。去耦電容以瓷片電容或多層陶瓷電容的高頻特性較好。設(shè)計(jì)電路板時(shí)，每個(gè)集成電路的電源和地線之間都要加一個(gè)去耦電容。去耦電容有兩個(gè)作用，一方面是本集成電路的儲(chǔ)能電容，提供和吸收該集成電路開(kāi)門(mén)和關(guān)門(mén)瞬間的充放電電能，另一方面，旁路掉該器件產(chǎn)生的高頻噪聲。數(shù)字電路中典型的去耦電容為