設(shè)計(jì)基本概念

1、PCB設(shè)計(jì)基本概念1、“層(Layer) ”的概念與字處理或其它許多軟件中為實(shí)現(xiàn)圖、文、色彩等的嵌套與合成而引入的“層”的概念有所同，Protel的“層”不是虛擬的，而是印刷板材料本身實(shí)實(shí)在在的各銅箔層?，F(xiàn)今，由于電子線路的元件密集安裝。防干擾和布線等特殊要求，一些較新的電子產(chǎn)品中所用的印刷板不僅有上下兩面供走線，在板的中間還設(shè)有能被特殊加工的夾層銅箔，例如，現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)主板所用的印板材料多在4層以上。這些層因加工相對較難而大多用于設(shè)置走線較為簡單的電源布線層（如軟件中的Ground Dever和Power Dever），并常用大面積填充的辦法來布線（如軟件中的ExternaI P1a11e和

2、Fill）。上下位置的表面層與中間各層需要連通的地方用軟件中提到的所謂“過孔（Via）”來溝通。有了以上解釋，就不難理解“多層焊盤”和“布線層設(shè)置”的有關(guān)概念了。舉個簡單的例子，不少人布線完成，到打印出來時方才發(fā)現(xiàn)很多連線的終端都沒有焊盤，其實(shí)這是自己添加器件庫時忽略了“層”的概念，沒把自己繪制封裝的焊盤特性定義為”多層（Mulii一Layer)的緣故。要提醒的是，一旦選定了所用印板的層數(shù)，務(wù)必關(guān)閉那些未被使用的層，免得惹事生非走彎路。2、過孔(Via）為連通各層之間的線路，在各層需要連通的導(dǎo)線的文匯處鉆上一個公共孔，這就是過孔。工藝上在過孔的孔壁圓柱面上用化學(xué)沉積的方法鍍上一層金屬，用以連通

3、中間各層需要連通的銅箔，而過孔的上下兩面做成普通的焊盤形狀，可直接與上下兩面的線路相通，也可不連。一般而言，設(shè)計(jì)線路時對過孔的處理有以下原則：（1）盡量少用過孔，一旦選用了過孔，務(wù)必處理好它與周邊各實(shí)體的間隙，特別是容易被忽視的中間各層與過孔不相連的線與過孔的間隙，如果是自動布線，可在“過孔數(shù)量最小化” （ Via Minimiz8tion）子菜單里選擇“on”項(xiàng)來自動解決。（2）需要的載流量越大，所需的過孔尺寸越大，如電源層和地層與其它層聯(lián)接所用的過孔就要大一些。3、絲印層（Overlay）為方便電路的安裝和維修等，在印刷板的上下兩表面印刷上所需要的標(biāo)志圖案和文字代號等，例如元件標(biāo)號和標(biāo)稱值

4、、元件外廓形狀和廠家標(biāo)志、生產(chǎn)日期等等。不少初學(xué)者設(shè)計(jì)絲印層的有關(guān)內(nèi)容時，只注意文字符號放置得整齊美觀，忽略了實(shí)際制出的PCB效果。他們設(shè)計(jì)的印板上，字符不是被元件擋住就是侵入了助焊區(qū)域被抹賒，還有的把元件標(biāo)號打在相鄰元件上，如此種種的設(shè)計(jì)都將會給裝配和維修帶來很大不便。正確的絲印層字符布置原則是：”不出歧義，見縫插針，美觀大方”。4、SMD的特殊性Protel封裝庫內(nèi)有大量SMD封裝，即表面焊裝器件。這類器件除體積小巧之外的最大特點(diǎn)是單面分布元引腳孔。因此，選用這類器件要定義好器件所在面，以免“丟失引腳（Missing Plns）”。另外，這類元件的有關(guān)文字標(biāo)注只能隨元件所在面放置。5、網(wǎng)格

5、狀填充區(qū)（External Plane ）和填充區(qū)(Fill)正如兩者的名字那樣，網(wǎng)絡(luò)狀填充區(qū)是把大面積的銅箔處理成網(wǎng)狀的，填充區(qū)僅是完整保留銅箔。初學(xué)者設(shè)計(jì)過程中在計(jì)算機(jī)上往往看不到二者的區(qū)別，實(shí)質(zhì)上，只要你把圖面放大后就一目了然了。正是由于平常不容易看出二者的區(qū)別，所以使用時更不注意對二者的區(qū)分，要強(qiáng)調(diào)的是，前者在電路特性上有較強(qiáng)的抑制高頻干擾的作用，適用于需做大面積填充的地方，特別是把某些區(qū)域當(dāng)做屏蔽區(qū)、分割區(qū)或大電流的電源線時尤為合適。后者多用于一般的線端部或轉(zhuǎn)折區(qū)等需要小面積填充的地方。6、焊盤( Pad）焊盤是PCB設(shè)計(jì)中最常接觸也是最重要的概念，但初學(xué)者卻容易忽視它的選擇和修正，

6、在設(shè)計(jì)中千篇一律地使用圓形焊盤。選擇元件的焊盤類型要綜合考慮該元件的形狀、大小、布置形式、振動和受熱情況、受力方向等因素。Protel在封裝庫中給出了一系列不同大小和形狀的焊盤，如圓、方、八角、圓方和定位用焊盤等，但有時這還不夠用，需要自己編輯。例如，對發(fā)熱且受力較大、電流較大的焊盤，可自行設(shè)計(jì)成“淚滴狀”，在大家熟悉的彩電PCB的行輸出變壓器引腳焊盤的設(shè)計(jì)中，不少廠家正是采用的這種形式。一般而言，自行編輯焊盤時除了以上所講的以外，還要考慮以下原則：（1）形狀上長短不一致時要考慮連線寬度與焊盤特定邊長的大小差異不能過大；（2）需要在元件引角之間走線時選用長短不對稱的焊盤往往事半功倍；（3）各元

7、件焊盤孔的大小要按元件引腳粗細(xì)分別編輯確定，原則是孔的尺寸比引腳直徑大02- 04毫米。7、各類膜（Mask) 這些膜不僅是PcB制作工藝過程中必不可少的，而且更是元件焊裝的必要條件。按“膜”所處的位置及其作用，“膜”可分為元件面（或焊接面）助焊膜（TOp or Bottom 和元件面（或焊接面）阻焊膜（TOp or BottomPaste Mask）兩類。 顧名思義，助焊膜是涂于焊盤上，提高可焊性能的一層膜，也就是在綠色板子上比焊盤略大的各淺色圓斑。阻焊膜的情況正好相反，為了使制成的板子適應(yīng)波峰焊等焊接形式，要求板子上非焊盤處的銅箔不能粘錫，因此在焊盤以外的各部位都要涂覆一層涂料，用于阻止這

8、些部位上錫。可見，這兩種膜是一種互補(bǔ)關(guān)系。由此討論，就不難確定菜單中類似“solder Mask En1argement”等項(xiàng)目的設(shè)置了。8、飛線，飛線有兩重含義：（1）自動布線時供觀察用的類似橡皮筋的網(wǎng)絡(luò)連線，在通過網(wǎng)絡(luò)表調(diào)入元件并做了初步布局后，用“Show 命令就可以看到該布局下的網(wǎng)絡(luò)連線的交叉狀況，不斷調(diào)整元件的位置使這種交叉最少，以獲得最大的自動布線的布通率。這一步很重要，可以說是磨刀不誤砍柴功，多花些時間，值！另外，自動布線結(jié)束，還有哪些網(wǎng)絡(luò)尚未布通，也可通過該功能來查找。找出未布通網(wǎng)絡(luò)之后，可用手工補(bǔ)償，實(shí)在補(bǔ)償不了就要用到“飛線”的第二層含義，就是在將來的印板上用導(dǎo)線連通這些網(wǎng)

9、絡(luò)。要交待的是，如果該電路板是大批量自動線生產(chǎn)，可將這種飛線視為0歐阻值、具有統(tǒng)一焊盤間距的電阻元件來進(jìn)行設(shè)計(jì).設(shè)計(jì)PCB應(yīng)該注意的問題作為一個電子工程師設(shè)計(jì)電路是一項(xiàng)必備的硬功夫，但是原理設(shè)計(jì)再完美，如果電路板設(shè)計(jì)不合理性能將大打折扣，嚴(yán)重時甚至不能正常工作。根據(jù)我的經(jīng)驗(yàn)，我總結(jié)出以下一些設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意的地方，希望能對您有所啟示。    不管用什么軟件，設(shè)計(jì)有個大致的程序，按順序來會省時省力，因此我將按制作流程來介紹一下。（由于界面風(fēng)格與視窗接近，操作習(xí)慣也相近，且有強(qiáng)大的仿真功能，使用的人比較多，將以此軟件作說明。）    原理圖

10、設(shè)計(jì)是前期準(zhǔn)備工作，經(jīng)常見到初學(xué)者為了省事直接就去畫板了，這樣將得不償失，對簡單的板子，如果熟練流程，不妨可以跳過。但是對于初學(xué)者一定要按流程來，這樣一方面可以養(yǎng)成良好的習(xí)慣，另一方面對復(fù)雜的電路也只有這樣才能避免出錯。  作為一個電子工程師設(shè)計(jì)電路是一項(xiàng)必備的硬功夫，但是原理設(shè)計(jì)再完美，如果電路板設(shè)計(jì)不合理性能將大打折扣，嚴(yán)重時甚至不能正常工作。根據(jù)我的經(jīng)驗(yàn)，我總結(jié)出以下一些設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意的地方，希望能對您有所啟示。    不管用什么軟件，設(shè)計(jì)有個大致的程序，按順序來會省時省力，因此我將按制作流程來介紹一下。（由于界面風(fēng)格與視窗接近，操作習(xí)慣也相近，且

11、有強(qiáng)大的仿真功能，使用的人比較多，將以此軟件作說明。）    原理圖設(shè)計(jì)是前期準(zhǔn)備工作，經(jīng)常見到初學(xué)者為了省事直接就去畫板了，這樣將得不償失，對簡單的板子，如果熟練流程，不妨可以跳過。但是對于初學(xué)者一定要按流程來，這樣一方面可以養(yǎng)成良好的習(xí)慣，另一方面對復(fù)雜的電路也只有這樣才能避免出錯。在畫原理圖時，層次設(shè)計(jì)時要注意各個文件最后要連接為一個整體，這同樣對以后的工作有重要意義。由于，軟件的差別有些軟件會出現(xiàn)看似相連實(shí)際未連（電氣性能上）的情況。如果不用相關(guān)檢測工具檢測，萬一出了問題，等板子做好了才發(fā)現(xiàn)就晚了。因此一再強(qiáng)調(diào)按順序來做的重要性，希望引起大家的注意。原理圖

12、是根據(jù)設(shè)計(jì)的項(xiàng)目來的，只要電性連接正確沒什么好說的。下面我們重點(diǎn)討論一下具體的制板程序中的問題。、制作物理邊框    封閉的物理邊框?qū)σ院蟮脑季?、走線來說是個基本平臺，也對自動布局起著約束作用，否則，從原理圖過來的元件會不知所措的。但這里一定要注意精確，否則以后出現(xiàn)安裝問題麻煩可就大了。還有就是拐角地方最好用圓弧，一方面可以避免尖角劃傷工人，同時又可以減輕應(yīng)力作用。以前我的一個產(chǎn)品老是在運(yùn)輸過程中有個別機(jī)器出現(xiàn)面殼板斷裂的情況，改用圓弧后就好了。、元件和網(wǎng)絡(luò)的引入    把元件和網(wǎng)絡(luò)引人畫好的邊框中應(yīng)該很簡單，但是這里往往會出問題

13、，一定要細(xì)心地按提示的錯誤逐個解決，不然后面要費(fèi)更大的力氣。這里的問題一般來說有以下一些：    元件的封裝形式找不到，元件網(wǎng)絡(luò)問題，有未使用的元件或管腳，對照提示這些問題可以很快搞定的。、元件的布局    元件的布局與走線對產(chǎn)品的壽命、穩(wěn)定性、電磁兼容都有很大的影響，是應(yīng)該特別注意的地方。一般來說應(yīng)該有以下一些原則：放置順序    先放置與結(jié)構(gòu)有關(guān)的固定位置的元器件，如電源插座、指示燈、開關(guān)、連接件之類，這些器件放置好后用軟件的功能將其鎖定，使之以后不會被誤移動。再放置線路上的特殊元件和大的元器件，如發(fā)

14、熱元件、變壓器、IC等。最后放置小器件。注意散熱    元件布局還要特別注意散熱問題。對于大功率電路，應(yīng)該將那些發(fā)熱元件如功率管、變壓器等盡量靠邊分散布局放置，便于熱量散發(fā)，不要集中在一個地方，也不要高電容太近以免使電解液過早老化。、布線    布線原則走線的學(xué)問是非常高深的，每人都會有自己的體會，但還是有些通行的原則的。    高頻數(shù)字電路走線細(xì)一些、短一些好    大電流信號、高電壓信號與小信號之間應(yīng)該注意隔離（隔離距離與要承受的耐壓有關(guān)，通常情況下在2時板上要距離2mm

15、，在此之上以比例算還要加大，例如若要承受的耐壓測試，則高低壓線路之間的距離應(yīng)在3.5以上，許多情況下為避免爬電，還在印制線路板上的高低壓之間開槽。）兩面板布線時，兩面的導(dǎo)線宜相互垂直、斜交、或彎曲走線，避免相互平行，以減小寄生耦合；作為電路的輸人及輸出用的印制導(dǎo)線應(yīng)盡量避兔相鄰平行，以免發(fā)生回授，在這些導(dǎo)線之間最好加接地線。走線拐角盡可能大于度，杜絕度以下的拐角，也盡量少用度拐角同是地址線或者數(shù)據(jù)線，走線長度差異不要太大，否則短線部分要人為走彎線作補(bǔ)償走線盡量走在焊接面，特別是通孔工藝的盡量少用過孔、跳線單面板焊盤必須要大，焊盤相連的線一定要粗，能放淚滴就放淚滴，一般的單面板廠家質(zhì)量不會很好，

16、否則對焊接和都會有問題大面積敷銅要用網(wǎng)格狀的，以防止波焊時板子產(chǎn)生氣泡和因?yàn)闊釕?yīng)力作用而彎曲，但在特殊場合下要考慮的流向，大小，不能簡單的用銅箔填充了事，而是需要去走線元器件和走線不能太靠邊放，一般的單面板多為紙質(zhì)板，受力后容易斷裂，如果在邊緣連線或放元器件就會受到影響必須考慮生產(chǎn)、調(diào)試、維修的方便性    對模擬電路來說處理地的問題是很重要的，地上產(chǎn)生的噪聲往往不便預(yù)料，可是一旦產(chǎn)生將會帶來極大的麻煩，應(yīng)該未雨綢緞。對于功放電路，極微小的地噪聲都會因?yàn)楹蠹壍姆糯髮σ糍|(zhì)產(chǎn)生明顯的影響；在高精度轉(zhuǎn)換電路中，如果地線上有高頻分量存在將會產(chǎn)生一定的溫漂，影響放大器的工作

17、。這時可以在板子的角加退藕電容，一腳和板子上的地連，一腳連到安裝孔上去（通過螺釘和機(jī)殼連），這樣可將此分量慮去，放大器及也就穩(wěn)定了。    另外，電磁兼容問題在目前人們對環(huán)保產(chǎn)品倍加關(guān)注的情況下顯得更加重要了。一般來說電磁信號的來源有個：信號源，輻射，傳輸線。晶振是常見的一種高頻信號源，在功率譜上晶振的各次諧波能量值會明顯高出平均值?？尚械淖龇ㄊ强刂菩盘柕姆?，晶振外殼接地，對干擾信號進(jìn)行屏蔽，采用特殊的濾波電路及器件等。    需要特別說明的是蛇形走線，因?yàn)閼?yīng)用場合不同其作用也是不同的，在電腦的主板中用在一些時鐘信號上，如 、-，它

18、的作用有兩點(diǎn)：、阻抗匹配 、濾波電感。    對一些重要信號，如 架構(gòu)中的，一共根，頻率可達(dá)，要求必須嚴(yán)格等長，以消除時滯造成的隱患，這時，蛇形走線是唯一的解決辦法。    一般來講，蛇形走線的線距倍的線寬；若在普通PCB板中，除了具有濾波電感的作用外，還可作為收音機(jī)天線的電感線圈等等。、調(diào)整完善    完成布線后，要做的就是對文字、個別元件、走線做些調(diào)整以及敷銅（這項(xiàng)工作不宜太早，否則會影響速度，又給布線帶來麻煩），同樣是為了便于進(jìn)行生產(chǎn)、調(diào)試、維修。    敷銅通常指以大

19、面積的銅箔去填充布線后留下的空白區(qū)，可以鋪的銅箔，也可以鋪的銅箔（但這樣一旦短路容易燒毀器件，最好接地，除非不得已用來加大電源的導(dǎo)通面積，以承受較大的電流才接）。包地則通常指用兩根地線（）包住一撮有特殊要求的信號線，防止它被別人干擾或干擾別人。如果用敷銅代替地線一定要注意整個地是否連通，電流大小、流向與有無特殊要求，以確保減少不必要的失誤。、檢查核對網(wǎng)絡(luò)    有時候會因?yàn)檎`操作或疏忽造成所畫的板子的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系與原理圖不同，這時檢察核對是很有必要的。所以畫完以后切不可急于交給制版廠家，應(yīng)該先做核對，后再進(jìn)行后續(xù)工作。PCB板布局原則1.元件排列規(guī)則1).在通常條件下,所有的元件均應(yīng)布置在印制電路的同一面上，只有在頂層元件過密時，才能將一些高度有限并且發(fā)熱量小的器件，如貼片電阻、貼片電容、貼IC等放在底層。2).在保證電氣性能的前提下，元件應(yīng)放置在柵格上且相互平行或垂直排列，以求整齊、美觀，一般情況下不允許元件重疊；元件排列要緊湊，輸入和輸出元件盡量遠(yuǎn)離。3).某元器件或?qū)Ь€之間可能存在較高的電位差，應(yīng)加大它們的距離，以免因放電、擊穿而引起意外短路。4).帶高電壓的元件應(yīng)盡量布置在調(diào)試時手不易觸及的地方。5).位于板邊緣的元件，離板邊緣至少有2個板厚的距離6).元件在整個板面上應(yīng)分布均勻、疏密一致。2.按照信號走向布局原則1).通常按照信號的流