PCB布板技巧综合

PCB布板技巧综合在电子系统设计中，为了少走弯路和节省时间，应充分考虑并满足抗干扰性的要求，避免在设计完成后再去进行抗干扰的补救措施。形成干扰的基本要素有三个：（1）干扰源，指产生干扰的元件、设备或信号，用数学语言描述如下：du/dt， di/dt 大的地方就是干扰源。如：雷电、继电器、可控硅、电机、高频时钟等都可能成为干扰源。（2）传播路径，指干扰从干扰源传播到敏感器件的通路或媒介。典型的干扰传播路径是通过导线的传导和空间的辐射。（3）敏感器件，指容易被干扰的对象。如：A/D、D/A 变换器，单片机，数字IC， 弱信号放大器等。抗干扰设计的基本原则是：抑制干扰源，切断干扰传播路径，提高敏感器件的抗干扰性能。（类似于传染病的预防）1 抑制干扰源抑制干扰源就是尽可能的减小干扰源的du/dt，di/dt。这是抗干扰设计中最优先考虑和最重要的原则，常常会起到事半功倍的效果。减小干扰源的du/dt 主要是通过在干扰源两端并联电容来实现。减小干扰源的 di/dt 则是在干扰源回路串联电感或电阻以及增加续流二极管来实现。抑制干扰源的常用措施如下：（1）继电器线圈增加续流二极管，消除断开线圈时产生的反电动势干扰。仅加续流二极管会使继电器的断开时间滞后，增加稳压二极管后继电器在单位时间内可动作更多的次数。（2）在继电器接点两端并接火花抑制电路（一般是RC 串联电路，电阻一般选几K 到几十K，电容选0.01uF），减小电火花影响。（3）给电机加滤波电路，注意电容、电感引线要尽量短。（4）电路板上每个IC 要并接一个0.01F0.1F 高频电容，以减小IC对电源的影响。注意高频电容的布线，连线应靠近电源端并尽量粗短，否则，等于增大了电容的等效串联电阻，会影响滤波效果。（5）布线时避免90 度折线，减少高频噪声发射。（6）可控硅两端并接RC抑制电路，减小可控硅产生的噪声（这个噪声严重时可能会把可控硅击穿的）。按干扰的传播路径可分为传导干扰和辐射干扰两类所谓传导干扰是指通过导线传播到敏感器件的干扰。高频干扰噪声和有用信号的频带不同，可以通过在导线上增加滤波器的方法切断高频干扰噪声的传播，有时也可加隔离光耦来解决。电源噪声的危害最大，要特别注意处理。所谓辐射干扰是指通过空间辐射传播到敏感器件的干扰。一般的解决方法是增加干扰源与敏感器件的距离，用地线把它们隔离和在敏感器件上加蔽罩。切断干扰传播路径的常用措施如下：（1）充分考虑电源对单片机的影响。电源做得好，整个电路的抗干扰就解决了一大半。许多单片机对电源噪声很敏感,要给单片机电源加滤波电路或稳压器，以减小电源噪声对单片机的干扰。比如，可以利用磁珠和电容组成形滤波电路，当然条件要求不高时也可用100 电阻代替磁珠。（2）如果单片机的I/O口用来控制电机等噪声器件，在I/O口与噪声源之间应加隔离（增加 形滤波电路）。控制电机等噪声器件，在I/O口与噪声源之间应加隔离（增加 形滤波电路）。（3）注意晶振布线。晶振与单片机引脚尽量靠近，用地线把时钟区隔离起来，晶振外壳接地并固定。此措施可解决许多疑难问题。（4）电路板合理分区，如强、弱信号，数字、模拟信号。尽可能把干扰源（如电机，继电器）与敏感元件（如单片机）远离。（5）用地线把数字区与模拟区隔离，数字地与模拟地要分离，最后在一点接于电源地。A/D、D/A 芯片布线也以此为原则，厂家分配A/D、D/A 芯片引脚排列时已考虑此要求。（6）单片机和大功率器件的地线要单独接地，以减小相互干扰。大功率器件尽可能放在电路板边缘。（7）在单片机I/O 口，电源线，电路板连接线等关键地方使用抗干扰元件如磁珠、磁环、电源滤波器，屏蔽罩，可显著提高电路的抗干扰性能。3 提高敏感器件的抗干扰性能提高敏感器件的抗干扰性能是指从敏感器件这边考虑尽量减少对干扰噪声的拾取，以及从不正常状态尽快恢复的方法。 提高敏感器件抗干扰性能的常用措施如下：（1）布线时尽量减少回路环的面积，以降低感应噪声。（2）布线时，电源线和地线要尽量粗。除减小压降外，更重要的是降低耦合噪声。（3）对于单片机闲置的I/O 口，不要悬空，要接地或接电源。其它IC的闲置端在不改变系统逻辑的情况下接地或接电源。（4）对单片机使用电源监控及看门狗电路，如：IMP809，IMP706，IMP813， X25043，X25045 等，可大幅度提高整个电路的抗干扰性能。（5）在速度能满足要求的前提下，尽量降低单片机的晶振和选用低速数字电路。（6）IC 器件尽量直接焊在电路板上，少用IC 座。元件布置.元件布置合理是设计出优质的PCB 图的基本前提。关于元件布置的要求主要有安装、受力、受热、信号、美观六方面的要求。1.1.安装指在具体的应用场合下，为了将电路板顺利安装进机箱、外壳、插槽，不致发生空间干涉、短路等事故，并使指定接插件处于机箱或外壳上的指定位置而提出的一系列基本要求。这里不再赘述。1.2.受力电路板应能承受安装和工作中所受的各种外力和震动。为此电路板应具有合理的形状，板上的各种孔（螺钉孔、异型孔）的位置要合理安排。一般孔与板边距离至少要大于孔的直径。同时还要注意异型孔造成的板的最薄弱截面也应具有足够的抗弯强度。板上直接伸出设备外壳的接插件尤其要合理固定，保证长期使用的可靠性。1.3.受热对于大功率的、发热严重的器件，除保证散热条件外，还要注意放置在适当的位置。尤其在精密的模拟系统中，要格外注意这些器件产生的温度场对脆弱的前级放大电路的不利影响。一般功率非常大的部分应单独做成一个模块，并与信号处理电路间采取一定的热隔离措施。1.4.信号信号的干扰PCB 版图设计中所要考虑的最重要的因素。几个最基本的方面是：弱信号电路与强信号电路分开甚至隔离；交流部分与直流部分分开；高频部分与低频部分分开；注意信号线的走向；地线的布置；适当的屏蔽、滤波等措施。这些都是大量的论著反复强调过的，这里不再重复。1.5.美观不仅要考虑元件放置的整齐有序，更要考虑走线的优美流畅。由于一般外行人有时更强调前者，以此来片面评价电路设计的优劣，为了产品的形象，在性能要求不苛刻时要优先考虑前者。但是，在高性能的场合，如果不得不采用双面板，而且电路板也封装在里面，平时看不见，就应该优先强调走线的美观。下一小节将会具体讨论布线的美学。印制电路设计中的工艺缺陷一、焊盘的重叠1、焊盘（除表面贴焊盘外）的重叠，意味孔的重叠，在钻孔工序会因为在一处多次钻孔导致断钻头，导致孔的损伤。2、多层板中两个孔重叠，如一个孔位为隔离盘，另一孔位为连接盘（花焊盘），这样绘出底片后表现为隔离盘，造成的报废。二、图形层的滥用1、在一些图形层上做了一些无用的连线，本来是四层板却设计了五层以上的线路，使造成误解。2、设计时图省事，以Protel 软件为例对各层都有的线用Board 层去画，又用Board 层去划标注线，这样在进行光绘数据时，因为未选Board 层，漏掉连线而断路，或者会因为选择Board 层的标注线而短路，因此设计时保持图形层的完整和清晰。3、违反常规性设计，如元件面设计在Bottom 层，焊接面设计在Top，造成不便。三、字符的乱放1、字符盖焊盘SMD 焊片，给印制板的通断测试及元件的焊接带来不便。2、字符设计的太小，造成丝网印刷的困难，太大会使字符相互重叠，难以分辨。四、单面焊盘孔径的设置1、单面焊盘一般不钻孔，若钻孔需标注，其孔径应设计为零。如果设计了数值，这样在产生钻孔数据时，此位置就出现了孔的座标，而出现问题。2、单面焊盘如钻孔应特殊标注。五、用填充块画焊盘用填充块画焊盘在设计线路时能够通过DRC 检查，但对于加工是不行的，因此类焊盘不能直接生成阻焊数据，在上阻焊剂时，该填充块区域将被阻焊剂覆盖，导致器件焊装困难。六、电地层又是花焊盘又是连线因为设计成花焊盘方式的电源，地层与实际印制板上的图像是相反的，所有的连线都是隔离线，这一点设计者应非常清楚。 这里顺便说一下，画几组电源或几种地的隔离线时应小心，不能留下缺口，使两组电源短路，也不能造成该连接的区域封锁（使一组电源被分开）。七、加工层次定义不明确1、单面板设计在TOP 层，如不加说明正反做，也许制出来的板子装上器件而不好焊接。2、例如一个四层板设计时采用TOP mid1、mid2 bottom 四层，但加工时不是按这样的顺序放置，这就要求说明。八、设计中的填充块太多或填充块用极细的线填充1、产生光绘数据有丢失的现象，光绘数据不完全。2、因填充块在光绘数据处理时是用线一条一条去画的，因此产生的光绘数据量相当大，增加了数据处理的难度。九、表面贴装器件焊盘太短这是对通断测试而言的，对于太密的表面贴装器件，其两脚之间的间距相当小，焊盘也相当细，安装测试针，必须上下（左右）交错位置，如焊盘设计的太短，虽然不影响器件安装，但会使测试针错不开位。十、大面积网格的间距太小组成大面积网格线同线之间的边缘太小（小于0.3mm），在印制板制造过程中，图转工序在显完影之后容易产生很多碎膜附着在板子上，造成断线。十一、大面积铜箔距外框的距离太近大面积铜箔距外框应至少保证0.2mm 以上的间距，因在铣外形时如铣到铜箔上容易造成铜箔起翘及由其引起的阻焊剂脱落问题。十二、外形边框设计的不明确有的客户在Keep layer、Board layer、Top over layer 等都设计了外形线且这些外形线不重合，造成pcb 生产厂家很难判断以哪条外形线为准。十三、图形设计不均匀在进行图形电镀时造成镀层不均匀，影响质量。十四、异型孔太短异形孔的长/宽应=2：1，宽度应1.0mm，否则，钻床在加工异型孔时极易断钻，造成加工困难，增加成本。PCB 设计的一般原则印制电路板(pcb)是电子产品中电路元件和器件的支撑件它提供电路元件和器件之间的电气连接。随着电于技术的飞速发展，pcb 的密度越来越高。pcb 设计的好坏对抗干扰能力影响很大因此，在进行pcb 设计时必须遵守pcb 设计的一般原则，并应符合抗干扰设计的要求。要使电子电路获得最佳性能，元器件的布局及导线的布设是很重要的。为了设计质量好、造价低的pcb应遵循以下一般原则：1. 布局首先，要考虑pcb 尺寸大小。pcb 尺寸过大时，印制线条长，阻抗增加，抗噪声能力下降，成本也增加；过小，则散热不好，且邻近线条易受干扰。在确定pcb 尺寸后再确定特殊元件的位置。最后，根据电路的功能单元，对电路的全部元器件进行布局。2. 尽可能缩短高频元器件之间的连线，设法减少它们的分布参数和相互间的电磁干扰。易受干扰的元器件不能相互挨得太近，输入和输出元件应尽量远离。3. 某些元器件或导线之间可能有较高的电位差，应加大它们之间的距离，以免放电引出意外短路。带高电压的元器件应尽量布置在调试时手不易触及的地方。4. 重量超过15g 的元器件、应当用支架加以固定，然后焊接。那些又大又重、发热量多的元器件，不宜装在印制板上，而应装在整机的机箱底板上，且应考虑散热问题。热敏元件应远离发热元件。5. 对于电位器、可调电感线圈、可变电容器、微动开关等可调元件的布局应考虑整机的结构要求。若是机内调节，应放在印制板上方便于调节的地方；若是机外调节，其位置要与调节旋钮在机箱面板上的位置相适应。6. 应留出印制板定位孔及固定支架所占用的位置。根据电路的功能单元对电路的全部元器件进行布局时，要符合以下原则： 按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置，使布局便于信号流通，并使信号尽可能保持一致的方向。 以每个功能电路的核心元件为中心，围绕它来进行布局。元器件应均匀、 整齐、紧凑地排列在pcb 上尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接。 在高频下工作的电路，要考虑元器件之间的分布参数。一般电路应尽可能使元器件平行排列。这样，不但美观而且装焊容易易于批量生产。 位于电路板边缘的元器件，离电路板边缘一般不小于2mm。电路板的最佳形状为矩形。长宽比为3：2 成4：3。电路板面尺寸大于200x150mm 时应考虑电路板所受的机械强度。7布线布线的原则如下：输入输出端用的导线应尽量避免相邻平行。最好加线间地线，以免发生反馈藕合。印制摄导线的最小宽度主要由导线与绝缘基扳间的粘附强度和流过它们的电流值决定。当铜箔厚度为 0.05mm、宽度为 1 1.5mm 时通过 2a 的电流，温度不会高于3，因此导线宽度为1.5mm 可满足要求。对于集成电路，尤其是数字电路，通常选0.020.3mm 导线宽度。当然，只要允许，还是尽可能用宽线尤其是电源线和地线。导线的最小间距主要由最坏情况下的线间绝缘电阻和击穿电压决定。对于集成电路，尤其是数字电路，只要工艺允许，可使间距小至58mm。印刷线路板的布线要注意以下问题：专用零伏线，电源线的走线宽度1mm；电源线和地线尽可能靠近，整块印刷板上的电源与地要呈“井”字形分布，以便使分布线电流达到均衡；要为模拟电路专门提供一根零伏线；为减少线间串扰，必要时可增加印刷线条间距离，注意；安插一些零伏线作为线间隔离；印刷电路的插头也要多安排一些零伏线作为线间隔离；特别注意电流流通中的导线环路尺寸；如有可能在控制线（于印刷板上）的入口处加接r-c 去耦，以便消除传输中可能出现的干扰因素；印刷弧上的线宽不要突变，导线不要突然拐角(=90 度)。焊盘焊盘要比器件引线直径大一些。但焊盘太大易形成虚焊。焊盘外径d一般不小于(d+1.2)mm，其中d 为引线孔径。对高密度的数字电路，焊盘最小直径可取(d+1.0)mm。pcb 及电路抗干扰措施印制电路板的抗干扰设计与具体电路有着密切的关系，这里仅就pcb 抗干扰设计的几项常用措施做一些说明。1电源线设计根据印制线路板电流的大小，尽量加租电源线宽度，减少环路电阻。同时、使电源线、地线的走向和数据传递的方向一致，这样有助于增强抗噪声能力。2. 地线设计地线设计的原则是：数字地与模拟地分开。若线路板上既有逻辑电路又有线性电路，应使它们尽量分开。低频电路的地应尽量采用单点并联接地，实际布线有困难时可部分串联