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          線路板layout設計步驟解析

          time : 2020-03-09 09:55       作者:凡億pcb

          一、線路板layout設計步驟
          一般而言,layout設計線路板最基本的過程可以分為三大步驟。
          (1) 電路原理圖的設計
          電路原理圖的設計主要是PROTEL099的原理圖設計系統(Advanced Schematic)來繪制一張電路原理圖。在這一過程中,要充分利用PROTEL99所提供的各種原理圖繪圖工具、各種編輯功能,來實現我們的目的,即得到一張正確、精美的電路原理圖。
          (2) 產生網絡表
          網絡表是電路原理圖設計(SCH)與印制線路板設計(PCB)之間的一座橋梁,它是線路板自動的靈魂。網絡表可以從電路原理圖中獲得,也可從印制線路板中提取出來。
          (3) 印制線路板layout設計
          印制線路板的設計主要是針對PROTEL99的另外一個重要的部分PCB而言的,在這個過程中,我們借助PROTEL99提供的強大功能實現線路板的版面設計,完成高難度的等工作。
          二。繪制簡單電路圖
          2.1 原理圖設計過程
          原理圖的設計可按下面過程來完成。
          (1)設計圖紙大小 Protel 99/ Schematic后,首先要構思好零件圖,設計好圖紙大小。圖紙大小是根據電路圖的規模和復雜程度而定的,設置合適的圖紙大小是設計好原理圖的第一步。
          (2)設置Protel 99/Schematic設計環境 設置Protel 99/Schematic設計環境,包括設置格點大小和類型,光標類型等等,大多數參數也可以使用系統默認值。
          (3)旋轉零件 用戶根據電路圖的需要,將零件從零件庫里取出放置到圖紙上,并對放置零件的序號、零件封裝進行定義和設定等工作。
          (4)有原理圖布線 利用Protel 99/Schematic提供的各種工具,將圖紙上的元件用具有電氣意義的導線、符號連接起來,構成一個完整的原理圖。
          (5)調整線路 將初步繪制好的電路圖作進一步的調整和修改,使得原理圖更加美觀。
          (6)報表輸出 通過Protel 99/Schematic提供的各種報表工具生成各種報表,其中最重要的報表是網絡表,通過網絡表為后續的線路板設計作準備。
          (7)文件保存及打印輸出 最后的步驟是文件保存及打印輸出。
          線路板設計
          單片機控制板的layout設計原則需要遵循的原則如下:
          (1) 在元器件的布局方面,應該把相互有關的元件盡量放得近一些,例如,時鐘發生器、晶振、CPU的時鐘輸入端都易產生噪聲,在放置的時候應把它們近些。對于那些易產生噪聲的器件、小電流電路、大電流電路開關電路等,應盡量使其遠離單片機的邏輯控制電路和存儲電路(ROM、RAM),如果可能的話,可以將這些電路另外制成線路板,這樣有利于抗干擾,提高電路工作的可靠性。
          (2) 盡量在關鍵元件,如ROM、RAM等芯片旁邊安裝去耦電容。實際上,印制線路板走線、引腳連線和接線等都可能含有較大的電感效應。大的電感可能會在Vcc走線上引起嚴重的開關噪聲尖峰。防止Vcc走線上開關噪聲尖峰的唯一方法,是在VCC與電源地之間安放一個0.1uF的電子去耦電容。如果線路板上使用的是表面貼裝元件,可以用片狀電容直接緊靠著元件,在Vcc引腳上固定。最好是使用瓷片電容,這是因為這種電容具有較低的靜電損耗(ESL)和高頻阻抗,另外這種電容溫度和時間上的介質穩定性也很不錯。盡量不要使用鉭電容,因為在高頻下它的阻抗較高。 在安放去耦電容時需要注意以下幾點:
          在印制線路板的電源輸入端跨接100uF左右的電解電容,如果體積允許的話,電容量大一些則更好。
          原則上每個集成電路芯片的旁邊都需要放置一個0.01uF的瓷片電容,如果線路板的空隙太小而放置不下時,可以每10個芯片左右放置一個1~10的鉭電容。
          對于抗干擾能力弱、關斷時電流變化大的元件和RAM、ROM等存儲元件,應該在電源線(Vcc)和地線之間接入去耦電容。
          電容的引線不要太長,特別是高頻旁路電容不能帶引線。
          (3) 在單片機控制系統中,地線的種類有很多,有系統地、屏蔽地、邏輯地、模擬地等,地線是否布局合理,將決定線路板的抗干擾能力。在設計地線和接地點的時候,應該考慮以下問題:
          邏輯地和模擬地要分開布線,不能合用,將它們各自的地線分別與相應的電源地線相連。在設計時,模擬地線應盡量加粗,而且盡量加大引出端的接地面積。一般來講,對于輸入輸出的模擬信號,與單片機電路之間最好通過光耦進行隔離。
          在設計邏輯電路的印制電路版時,其地線應構成閉環形式,提高電路的抗干擾能力。
          地線應盡量的粗。如果地線很細的話,則地線電阻將會較大,造成接地電位隨電流的變化而變化,致使信號電平不穩,導致電路的抗干擾能力下降。在布線空間允許的情況下,要保證主要地線的寬度至少在2~3mm以上,元件引腳上的接地線應該在1.5mm左右。
          layout設計要注意接地點的選擇。當線路板上信號頻率低于1MHz時,由于布線和元件之間的電磁感應影響很小,而接地電路形成的環流對干擾的影響較大,所以要采用一點接地,使其不形成回路。當線路板上信號頻率高于10MHz時,由于布線的電感效應明顯,地線阻抗變得很大,此時接地電路形成的環流就不再是主要的問題了。所以應采用多點接地,盡量降低地線阻抗。
          電源線的布置除了要根據電流的大小盡量加粗走線寬度外,在布線時還應使電源線、地線的走線方向與數據線的走線方身一致在布線工作的最后,用地線將線路板的底層沒有走線的地方鋪滿,這些方法都有助于增強電路的抗干擾能力。
          數據線的寬度應盡可能地寬,以減小阻抗。數據線的寬度至少不小于0.3mm(12mil),如果采用0.46~0.5mm(18mil~20mil)則更為理想。
          由于線路板的一個過孔會帶來大約10pF的電容效應,這對于高頻電路,將會引入太多的干擾,所以在布線的時候,應盡可能地減少過孔的數量。再有,過多的過孔也會造成線路板的機械強度降低。