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          PCb設計大局思維精髓

          time : 2020-07-15 10:21       作者:凡億pcb

          PCB設計對于電源電路設計來說至關重要,也是新手必要攻下的技術之一,小編在本文中就將分享關于PCB設計中的一些精髓看點。
          PCB結構設計
          這一步根據已經確定的電路板尺寸和各項機械定位,在PCB 設計環境下繪制PCB板面,并按定位要求放置所需的接插件、按鍵/開關、螺絲孔、裝配孔等等。并充分考慮和確定布線區域和非布線區域(如螺絲孔周圍多大范圍屬于非布線區域)。
          PCB布局
          ①按電氣性能合理分區,一般分為:數字電路區(即怕干擾、又產生干擾)、模擬電路區(怕干擾)、功率驅動區(干擾源);
          ②完成同一功能的電路,應盡量靠近放置,并調整各元器件以保證連線最為簡潔;同時,調整各功能塊間的相對位置使功能塊間的連線最簡潔;
          ③ 對于質量大的元器件應考慮安裝位置和安裝強度;發熱元件應與溫度敏感元件分開放置,必要時還應考慮熱對流措施;
          ④I/O驅動器件盡量靠近印刷板的邊、靠近引出接插件;
          ⑤時鐘產生器(如:晶振或鐘振)要盡量靠近用到該時鐘的器件;
          ⑥在每個集成電路的電源輸入腳和地之間,需加一個去耦電容(一般采用高頻性能好的獨石電容);電路板空間較密時,也可在幾個集成電路周圍加一個鉭電容;
          ⑦繼電器線圈處要加放電二極管(1N4148即可);
          ⑧布局要求要均衡,疏密有序,不能頭重腳輕或一頭沉。
          需要特別注意,在放置元器件時,一定要考慮元器件的實際尺寸大小(所占面積和高度)、元器件之間的相對位置,以保證電路板的電氣性能和生產安裝的可行性和便 利性同時,應該在保證上面原則能夠體現的前提下,適當修改器件的擺放,使之整齊美觀,如同樣的器件要擺放整齊、方向一致,不能擺得“錯落有致” 。
          這個步驟關系到板子整體形象和下一步布線的難易程度,所以一點要花大力氣去考慮。布局時,對不太肯定的地方可以先作初步布線,充分考慮。
          布線是整個PCB設計中最重要的工序。這將直接影響著PCB板 的性能好壞。在PCB的設計過程中,布線一般有這么三種境界的劃分:首先是布通,這時PCB設計時的最基本的要求。如果線路都沒布通,搞得到處是飛線,那將是一塊不合格的板子,可以說還沒入門。
          PCB設計
          其次是電器性能的滿足。這是衡量一塊印刷電路板是否合格的標準。這是在布通之后,認真調整布線,使其能達到最佳的 電器性能。
          接著是美觀。假如你的布線布通了,也沒有什么影響電器性能的地方,但是一眼看過去雜亂無章的,加上五彩繽紛、花花綠綠的,那就算你的電器性能怎么好,在別人眼里還是垃圾一塊。這樣給測試和維修帶來極大的不便。布線要整齊劃一,不能縱橫交錯毫無章法。這些都要在保證電器性能和滿足其他個別要求的情況下實現,否則就是舍本逐末了。
          布線時主要按以下原則進行: 
          ①一般情況下,首先應對電源線和地線進行布線,以保證電路板的電 氣性能。在條件允許的范圍內,盡量加寬電源、地線寬度,最好是地線比電源線寬,它們的關系是:地線>電源線>信號線,通常信號線寬 為:0.2~0.3mm,最細寬度可達0.05~0.07mm,電源線一般為1.2~2.5mm。對數字電路的 PCB可用寬的地導線組成一個回路, 即構成一個地網來使用(模擬電路的地則不能這樣使用)
          ②PCB布線工藝要求:
          一般情況下,信號線寬為0.3mm(12mil),電源線寬為0.77mm(30mil)或1.27mm(50mil);線與線之間和線與焊盤之間的距離大于等于0.33mm(13mil),實際應用中,條件允許時應考慮加大距離;
          布線密度較高時,可考慮(但不建議)采用IC腳間走兩根線,線的寬度為0.254mm(10mil),線間距不小于0.254mm(10mil)。特殊情況下,當器件管腳較密,寬度較窄時,可按適當減小線寬和線間距。
          焊 盤(PAD)與過渡孔(VIA)的基本要求是:盤的直徑比孔的直徑要大于0.6mm;例如,通用插腳式電阻、電容和集成電路等,采用盤/孔尺寸 1.6mm/0.8mm(63mil/32mil),插座、插針和二極管1N4007等,采用1.8mm/1.0mm(71mil/39mil)。實際應 用中,應根據實際元件的尺寸來定,有條件時,可適當加大焊盤尺寸;PCB板上設計的元件安裝孔徑應比元件管腳的實際尺寸大0.2~0.4mm左右。
          ③過孔(VIA):一般為1.27mm/0.7mm(50mil/28mil);當布線密度較高時,過孔尺寸可適當減小,但不宜過小,可考慮采用1.0mm/0.6mm(40mil/24mil)。
          ④焊盤、線、過孔的間距要求
          PAD and VIA :≥ 0.3mm(12mil)
          PAD and PAD :≥ 0.3mm(12mil)
          PAD and TRACK :≥ 0.3mm(12mil)
          TRACK and TRACK :≥ 0.3mm(12mil)
          密度較高時:
          PAD and VIA :≥ 0.254mm(10mil)
          PAD and PAD :≥ 0.254mm(10mil)
          PAD and TRACK :≥ 0.254mm(10mil)
          TRACK and TRACK :≥ 0.254mm(10mil)
          布線優化和絲印
          “沒有最好的,只有更好的”!不管怎么挖空心思的去設計,等畫完之后,再去看一看,還是會覺得很多地方可以修改的。一般設計的經驗是:優化布線的時間是初次布線的時間的兩倍。
          感覺沒什么地方需要修改之后,就可以鋪銅了(Place->polygon Plane)。鋪銅一般鋪地線(注意模擬地和數字地的分離),多層板時還可能需要鋪電源。時對于絲印,要注意不能被器件擋住或被過孔和焊盤去掉。同時,設計時正視元件面,底層的字應做鏡像處理,以免混淆層面。
          網絡和DRC檢查和結構檢查
          首先,在確定電路原理圖設計無誤的前提下,將所生成的PCB網 絡文件與原理圖網絡文件進行物理連接關系的網絡檢查(NETCHECK),并根據輸出文件結果及時對設計進行修正,以保證布線連接關系的正確性;網絡檢查 正確通過后,對PCB設計進行DRC檢查,并根據輸出文件結果及時對設計進行修正,以保證PCB布線的電氣性能。最后需進一步對PCB的機械安裝結構進行 檢查和確認。
          制板
          ①在此之前,最好還要有一個審核的過程。
          PCB設計是一個考心思的工作,誰的心思密,經驗高,設計出來的板子就好。所以設計時要極其細心,充分考慮各方面的因數(比如說便于維修和檢查這一項很多人就不去考慮),精益求精,就一定能設計出一個好板子。
          ② 預先對要求比較嚴格的線(如高頻線)進行布線,輸入端與輸出端的邊線應避免相鄰平行,以免產生反射干擾。必要時應加地線隔離,兩相鄰層的布線要互相垂直,平行容易產生寄生耦合。
          ③振蕩器外殼接地,時鐘線要盡量短,且不能引得到處都是。時鐘振蕩電路下面、特殊高速邏輯電路部分要加大地的面積,而不應該走其它信號線,以使周圍電場趨近于零;
          ④盡可能采用45°的折線布線,不可使用90°折線,以減小高頻信號的輻射;(要求高的線還要用雙弧線);
          ⑤任何信號線都不要形成環路,如不可避免,環路應盡量;信號線的過孔要盡量少;
          ⑥關鍵的線盡量短而粗,并在兩邊加上保護地;
          ⑦通過扁平電纜傳送敏感信號和噪聲場帶信號時,要用“地線-信號-地線”的方式引出;
          ⑧關鍵信號應預留測試點,以方便生產和維修檢測用;
          ⑨原理圖布線完成后,應對布線進行優化;同時,經初步網絡檢查和DRC檢查無誤后,對未布線區域進行地線填充,用大面積銅層作地線用,在印制板上把沒被用上的地方都與地相連接作為地線用;蚴亲龀啥鄬影,電源、地線各占用一層。
          PCB的設計、布局、走線分析、優化這些步驟,都是要經過長期的經驗積累才能做到一個設計的大局觀。