【導(dǎo)讀】作為一個電子工程師設(shè)計電路是一項必備的硬功夫,但是原理設(shè)計再完美,如果電路板設(shè)計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)老工程師的經(jīng)驗,總結(jié)出以下一些PCB設(shè)計中應(yīng)該注意的地方,希望能對您有所啟示。
不管用什么軟件,PCB 設(shè)計有個大致的程序,按順序來會省時省力,因此本文將按制作流程來介紹一下。(由于 protel 界面風(fēng)格與 windows 視窗接近,操作習(xí)慣也相近,且有強大的仿真功能,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 PCB 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。因此一再強調(diào)按順序來做的重要性,希望引起大家的注意。
原理圖是根據(jù)設(shè)計的項目來的,只要電性連接正確沒什么好說的。
下面我們重點討論一下具體的制板程序中的問題。
1.制作物理邊框
封閉的物理邊框?qū)σ院蟮脑季帧⒆呔€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)品老是在運輸過程中有個別機器出現(xiàn)面殼 PCB 板斷裂的情況,改用圓弧后就好了。
2.元件和網(wǎng)絡(luò)的引入
把元件和網(wǎng)絡(luò)引入畫好的邊框中應(yīng)該很簡單,但是這里往往會出問題,一定要細心地按提示的錯誤逐個解決,不然后面要費更大的力氣。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。
3.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:
(1)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 LOCK 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)熱元件、變壓器、IC 等。最后放置小器件。
(2)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。
4.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 2KV 時板上要距離 2mm,在此之上以比例算還要加大,例如若要承受 3KV 的耐壓測試,則高低壓線路之間的距離應(yīng)在 3.5mm 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 90 度,杜絕 90 度以下的拐角,也盡量少用 90 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償;
◆走線盡量走在焊接面,特別是通孔工藝的 PCB;
◆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,否則對焊接和 RE-WORK 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)生氣泡和因為熱應(yīng)力作用而彎曲,但在特殊場合下要考慮 GND 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為后級的放大對音質(zhì)產(chǎn)生明顯的影響;在高精度 A/D 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。這時可以板子的 4 角加退藕電容,一腳和板子上的地連,一腳連到安裝孔上去(通過螺釘和機殼連),這樣可將此分量慮去,放大器及 AD 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 3 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强刂菩盘柕姆龋д裢鈿そ拥兀瑢Ω蓴_信號進行屏蔽,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,因為應(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 PCIClk、AGP-Clk,它的作用有兩點:1、阻抗匹配 2、濾波電感。
對一些重要信號,如 INTELHUB 架構(gòu)中的 HUBLink,一共 13 根,頻率可達 233MHZ,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>=2 倍的線寬;若在普通 PCB 板中,除了具有濾波電感的作用外,還可作為收音機天線的電感線圈等等。
5.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),同樣是為了便于進行生產(chǎn)、調(diào)試、維修。
敷銅通常指以大面積的銅箔去填充布線后留下的空白區(qū),可以鋪 GND 的銅箔,也可以鋪 VCC 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 VCC)。包地則通常指用兩根地線(TRAC)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。
6.檢查核對網(wǎng)絡(luò)
有時候會因為誤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,后再進行后續(xù)工作。
7.使用仿真功能
完成這些工作后,如果時間允許還可以進行軟件仿真。特別是高頻數(shù)字電路,這樣可以提前發(fā)現(xiàn)一些問題,大大減少以后的調(diào)試工作量。
PCB設(shè)計是一個考心思的工作,誰的心思密,經(jīng)驗高,設(shè)計出來的板子就好。所以設(shè)計時要極其細心,充分考慮各方面的因數(shù)(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(shè)計出一個好板子。
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