PCB及其设计技巧

PCB及其设计技巧,目录,第一章：PCB概述第二章：PCB设计流程及PCBLayout设计第三章：PROTEL常用操作第四章：PCBLayout技巧,第一章：,PCB概述,第一章：PCB概述,一、PCB：PrintedCircuitBoard印刷电路板二、PCB板的质量的决定因素：基材的选用；组成电路各要素的物理特性。,第一章：PCB概述,三、PCB的材料分类1、刚性：（1）、酚醛纸质层压板（2）、环氧纸质层压板（3）、聚酯玻璃毡层压板（4）、环氧玻璃布层压板2、挠性（1）、聚酯薄膜（2）、聚酰亚胺薄膜（3）、氟化乙丙烯薄膜,第一章：PCB概述,四、PCB基板材料种类及用途：,五、PCB板的种类：A、单面板（单面、双面丝印）B、双面板（单面、双面丝印）C、四层板（两层走线、电源、GND）D、六层板（四层走线、电源、GND）E、八层及以上多层板（n-2层走线、电源、GND）F、雕刻板,第一章：PCB概述,六、多层PCB的基本制作工艺流程：,第一章：PCB概述,注：单层和双面PCB的基本工艺流程比多层工艺流程更简单，是在其基础上减除内层部分流程（即去除虚线框部分）。,第二章：,PCB设计流程及PCBLayout设计,第二章：PCB设计流程及PCBLayout设计,一、设计准备：对原理图进行分析和DRC检查；建立标准元件库；建立特殊元器件；印制板设计文件的建立；转网表。二、网表输入：将转换好的网表进行输入。三、规则设置：按照成品规格书的要求，将线宽、线距、层定义、过孔、全局参数等相关参数设置好。四、手工布局：根据印制板安装结构尺寸要求画出边框，参照原理图，结合机构进行布局，检查布局。五、手工布线：参照原理图进行预布线，检查布线是否符合电路模块要求；修改布线，并符合相应要求。（自动布线：根据原理图和已设置好的规则，进行自动布线。要求原理图无差错、规则设置无误方可进行。）六、检查完善：PCB制作初步完成，“铺铜”与“补铜”，进行连线、连通性、间距、“孤岛”、文字标识检查，并对其进行修改，使其符合要求。七、CAM输出：检查无误后，生成底片，到此PCB板制作完成。,图例：,第二章：PCB设计流程及PCBLayout设计,一、设计准备：对原理图进行分析和DRC检查；建立标准元件库；建立特殊元器件；印制板设计文件的建立；转网表。,原理图规范分析及DRC检验：1、原理图使用模块化方式绘制，这样利于读原理图，又利于模块化布局。2、原理图大部分的PCB封装要确认下来，个别器件没有封装，作个标志，利于我们建库、添加封装。3、原理图的DRC检验（见右图）。,第二章：PCB设计流程及PCBLayout设计,二、网表输入：将转换好的网表进行输入。,第二章：PCB设计流程及PCBLayout设计,三、规则设置：按照成品规格书的要求，将线宽、线距、层定义、过孔、全局参数等相关参数设置好。,PCB布局的一般规则：,a、信号流畅，信号方向保持一致；b、核心元件为中心；c、在高频电路中，要考虑元器件的分布参数；d、特殊元器件的摆放位置；e、要考虑批量生产时，波峰焊及回流焊的锡流方向及加工传送PCB的工艺因素。,1、布局前的准备：a、画出边框；b、定位孔和对接孔进行位置确认；c、板内元件局部的高度控制；d、重要网络的标志。,第二章：PCB设计流程及PCBLayout设计,四、手工布局：根据印制板安装结构尺寸要求画出边框，参照原理图，结合机构进行布局，检查布局。,2、PCB布局的顺序：a、固定元件；b、有条件限制的元件；c、关键元件；d、面积比较大元件；e、零散元件。,3、参照原理图，结合机构，进行布局。4、布局检查：A、检查元件在二维、三维空间上是否有冲突。B、元件布局是否疏密有序，排列整齐。C、元件是否便于更换，插件是否方便。D、热敏元件与发热元件是否有距离。E、信号流程是否流畅且互连最短。F、插头、插座等机械设计是否矛盾。G、元件焊盘是否足够大。,第二章：PCB设计流程及PCBLayout设计,五、手工布线：参照原理图进行预布线，检查布线是否符合电路模块要求；修改布线，并符合相应要求。,第二章：PCB设计流程及PCBLayout设计,1、走线规律：A、走线方式:尽量走短线，特别是小信号。B、走线形状:同一层走线改变方向时，应走斜线。C、电源线与地线的设计:40100mil，高频线用地线屏蔽。D、多层板走线方向:相互垂直，层间耦合面积最小；禁止平行走线。E、焊盘设计的控制2、布线:首先，进行预连线，看一下项目的可连通性怎样，并根据原理图及实际情况进行器件调整，使其更加有利于走线。,3、布线检查：(1)、间距是否合理，是否满足生产要求。(2)、电源线和地线的宽度是否合适，电源与地线之间是否紧耦合（低的波阻抗）。(3)、对于关键的信号线是否采取了最佳措施，输入线及输出线要明显地分开。(4)、模拟电路和数字电路部分，是否有各自独立的地线。(5)、后加在PCB中的图形（如图标、注标）是否会造成信号短路。(6)、对一些不理想的线形进行修改。(7)、在PCB上是否加有工艺线？阻焊是否符合生产工艺的要求，阻焊尺寸是否合适，字符标志是否压在器件焊盘上，以免影响电装质量。(8)、多层板中的电源地层的外框边缘是否缩小，如电源地层的铜箔露出板外容易造成短路。,第二章：PCB设计流程及PCBLayout设计,第二章：PCB设计流程及PCBLayout设计,绘制完毕后的PCB图,六、检查完善：PCB制作初步完成，“铺铜”与“补铜”，进行连线、连通性、间距、“孤岛”、文字标识检查，并对其进行修改，使其符合要求。,第二章：PCB设计流程及PCBLayout设计,检查线路，进行铺铜和补铜处理，重新排列元件标识；通过检查窗口，对项目进行间距、连通性检查。,PCB检查：1、检查线路设计是否与原理图设计思想一致。2、检查定位孔与PCB的大小，以及固定键安装位置是否与机构相吻合。3、结合EMC知识，看PCB是否有不符合EMC常规的线路。4、检查PCB封装是否与实物相对应。,第二章：PCB设计流程及PCBLayout设计,七、CAM输出：检查无误后，生成底片，并作CAM350检查。到此PCB板制作完成。最后的CAM350检查无误后，PCB设计就完成了，就可以送底片了。,第二章：PCB设计流程及PCBLayout设计,第三章：,PROTEL常用操作,第三章：PROTEL常用操作,1、PCB设计常用快捷键：,PageUp：以鼠标为中心放大PageDown：以鼠标为中心缩小G：锁定栅格大小的选择设置Q：mm（毫米）与mil（密尔）的单位切换L：打开Document(设计)Options(选项)对话框中的Layers标签*：顶层与底层之间层的切换+（-）逐层切换：“+”与“-”方向相反JC：查找器件SN：选取网络EEA：取消全部选择End或VR：刷新画面Ctrl+PageDown：显示整板Alt删除键（回车上面的键）：撤消Ctrl+Delete：删除选中的,第三章：PROTEL常用操作,2、原理图设计常用快捷键,PageUP：以光标当前位置为中心进行放大PageDown：以光标当前位置为中心进行缩小End或VR：刷新工作区Ctrl+Delete：删除Ctrl+F：查找元件Ctrl+PageDown：显示整图Ctrl+鼠标左键：显示所有图件Shift+鼠标左键：显示所有图件,第三章：PROTEL常用操作,3、PROTEL常用问题：,复制电路图到word文档tools-preferences-GraphicalEditing，取消AddTemplatetoClipboard，然后复制。取消备份DDB文件减肥：“File”菜单左边一个向下的灰色箭头取消备份：preference-createbackupfiles压缩文件：designutilities-performcompactafterclosing常用rule设置：ClearanceConstraint：不同两个网络的间距；RoutingViaStyle：设置过孔参数，具体含义在属性里有图；WidthConstraint:导线宽度设置；原理图导入PCB时常见问题处理：footprintnotfound：确保所有的器件都指定了封装；nodenotfound：确认没有“footprintnotfound”类型的错误；编辑PCBlib，将对应引脚名改成没有找到的那个nodeNetalreadyexist：常见在原理图有多张的情况design-creatnetlist-netlabelsandportglobal,第四章：,PCBLayout设计技巧,尽量采用地平面作为电流回路；将模拟地平面和数字地平面分开；模拟电路尽量靠近电路板边缘放置，数字电路尽量靠近电源连接端放置，这样做可以降低由数字开关引起的di/dt效应（电流的波动变化率。如果在电路中的di/dt过大会导致某些敏感器件的误导通比如IGBT管的控制极）。,第四章：PCBLayout设计技巧,1、为确保正确实现电路，应遵循的设计准则：,分隔开的地平面有时比连续的地平面有效,如果使用走线，应将其尽量加粗应避免地环路如果不能采用地平面，应采用星形连接策略数字电流不应流经模拟器件高速电流不应流经低速器件,第四章：PCBLayout设计技巧,2、无地平面时的电流回路设计,如果不能采用地平面，可以采用“星形”布线策略来处理电流回路,3、旁路电容或去耦电容,第四章：PCBLayout设计技巧,在电源走线时，尽可能的降低环路面积；在条件允许的情况下，铺设地平面层尽可能保证每个电源输入端都有一个去耦电容去耦电容应加在电源输入的两端，于电源的正端直接连接,4、布局规划,第四章：PCBLayout设计技巧,模拟电路放置在线路的末端,5、印制导线宽度与容许电流：,第四章：PCBLayout设计技巧,实际使用中，为了保证散热等因素，印在该基础上增加2倍左右的宽度,6、多层板的常用的叠层顺序：,第四章：PCBLayout设计技巧,8Layer,10Layer,6Layer,4Layer,S,G,P,S,S,G,S,S,G,P,S,S,G,S,S,G,S,S,G,P,S,S,G,P,S,G,G,S,S：信号层G：底层P：电源层,7、一般PCB的布线的注意事项：专用地线、电源线宽度应大于1mm。其走线应成“井”字型排列。某些元器件或导线可能有较高的电位差，应加大它们的间距，避免放电引起意外短路。尽量加大电源线宽度，减少环路电阻，电源线、地线的走向和数据传递方向一致，有助于增强抗干扰能力。当频率高于100k时，趋附效应就十分严重，高频电阻增大。,第四章：PCBLayout设计技巧,第四章：PCBLayout设计技巧,8、高频数字电路PCB布线规则：高频数字信号线要用短线。主要信号线集中在pcb板中心。时钟发生电路应在板的中心附近，时钟扇出应采用菊链式和并联布线。电源线应远离高频数字信号线，或用地线隔开，电路布局必须减少电流回路，电源的分布必须是低感应的输入与输出之间的导线避免平行。,9、高速PCB的布线的常见问题及处理办法：,第四章：PCBLayout设计技巧,1、端接分串行端接和并行端接，并行端接主要是上下拉用电阻，串行端接主要为了减少反射。2、阻尼电阻：根据电阻在电路中作用命名，主要为了防止回路构成等幅震荡，通过在线路中串联或并联电阻来实现,10、高速PCB中过孔设计的注意事项：过孔的计算方法：寄生电容：C=1.41TD1/(D2-D1)隔离孔直径D2，过孔焊盘的直径D1，PCB板的厚度T，板基材介电常数为寄生电感：L=5.08hln(4h/d)+1L指过孔的电感，h是过孔的长度，d是中心钻孔的直径电容引起的上升时间变化量：T10-90=2.2C(Z0/2)Z0基材的特性阻抗等效阻抗：XL=L/T10-90=3.1