對話20年PCB設計工程師:唯一的捷徑就是按部就班
發布時間:2016-02-22 責任編輯:wenwei
【導讀】作zuo為wei一yi個ge電dian子zi工gong程cheng師shi設she計ji電dian路lu是shi一yi項xiang必bi備bei的de硬ying功gong夫fu,但dan是shi原yuan理li設she計ji再zai完wan美mei,如ru果guo電dian路lu板ban設she計ji不bu合he理li性xing能neng將jiang大da打da折zhe扣kou,嚴yan重zhong時shi甚shen至zhi不bu能neng正zheng常chang工gong作zuo。根gen據ju老lao工gong程cheng師shi的de經jing驗yan,總zong結jie出chu以yi下xia一yi些xiePCB設計中應該注意的地方,希望能對您有所啟示。
不管用什麼軟件,PCB 設計有個大致的程序,按順序來會省時省力,因此本文將按製作流程來介紹一下。(由於 protel 界麵風格與 windows 視窗接近,操作習慣也相近,且有強大的仿真功能,使用的人比較多,將以此軟件作說明。)
原理圖設計是前期準備工作,經常見到初學者為了省事直接就去畫 PCB 板ban了le,這zhe樣yang將jiang得de不bu償chang失shi,對dui簡jian單dan的de板ban子zi,如ru果guo熟shu練lian流liu程cheng,不bu妨fang可ke以yi跳tiao過guo。但dan是shi對dui於yu初chu學xue者zhe一yi定ding要yao按an流liu程cheng來lai,這zhe樣yang一yi方fang麵mian可ke以yi養yang成cheng良liang好hao的de習xi慣guan,另ling一yi方fang麵mian對dui複fu雜za的de電dian路lu也ye隻zhi有you這zhe樣yang才cai能neng避bi免mian出chu錯cuo。
在zai畫hua原yuan理li圖tu時shi,層ceng次ci設she計ji時shi要yao注zhu意yi各ge個ge文wen件jian最zui後hou要yao連lian接jie為wei一yi個ge整zheng體ti,這zhe同tong樣yang對dui以yi後hou的de工gong作zuo有you重zhong要yao意yi義yi。由you於yu,軟ruan件jian的de差cha別bie有you些xie軟ruan件jian會hui出chu現xian看kan似si相xiang連lian實shi際ji未wei連lian(電氣性能上)的(de)情(qing)況(kuang)。如(ru)果(guo)不(bu)用(yong)相(xiang)關(guan)檢(jian)測(ce)工(gong)具(ju)檢(jian)測(ce),萬(wan)一(yi)出(chu)了(le)問(wen)題(ti),等(deng)板(ban)子(zi)做(zuo)好(hao)了(le)才(cai)發(fa)現(xian)就(jiu)晚(wan)了(le)。因(yin)此(ci)一(yi)再(zai)強(qiang)調(tiao)按(an)順(shun)序(xu)來(lai)做(zuo)的(de)重(zhong)要(yao)性(xing),希(xi)望(wang)引(yin)起(qi)大(da)家(jia)的(de)注(zhu)意(yi)。
原理圖是根據設計的項目來的,隻要電性連接正確沒什麼好說的。
下麵我們重點討論一下具體的製板程序中的問題。
1.製作物理邊框
封閉的物理邊框對以後的元件布局、走zou線xian來lai說shuo是shi個ge基ji本ben平ping台tai,也ye對dui自zi動dong布bu局ju起qi著zhe約yue束shu作zuo用yong,否fou則ze,從cong原yuan理li圖tu過guo來lai的de元yuan件jian會hui不bu知zhi所suo措cuo的de。但dan這zhe裏li一yi定ding要yao注zhu意yi精jing確que,否fou則ze以yi後hou出chu現xian安an裝zhuang問wen題ti麻ma煩fan可ke就jiu大da了le。還hai有you就jiu是shi拐guai角jiao地di方fang最zui好hao用yong圓yuan弧hu,一yi方fang麵mian可ke以yi避bi免mian尖jian角jiao劃hua傷shang工gong人ren,同tong時shi又you可ke以yi減jian輕qing應ying力li作zuo用yong。以yi前qian我wo的de一yi個ge產chan品pin老lao是shi在zai運yun輸shu過guo程cheng中zhong有you個ge別bie機ji器qi出chu現xian麵mian殼ke PCB 板斷裂的情況,改用圓弧後就好了。
2.元件和網絡的引入
把ba元yuan件jian和he網wang絡luo引yin入ru畫hua好hao的de邊bian框kuang中zhong應ying該gai很hen簡jian單dan,但dan是shi這zhe裏li往wang往wang會hui出chu問wen題ti,一yi定ding要yao細xi心xin地di按an提ti示shi的de錯cuo誤wu逐zhu個ge解jie決jue,不bu然ran後hou麵mian要yao費fei更geng大da的de力li氣qi。這zhe裏li的de問wen題ti一yi般ban來lai說shuo有you以yi下xia一yi些xie:
元件的封裝形式找不到,元件網絡問題,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品的壽命、穩定性、電磁兼容都有很大的影響,是應該特別注意的地方。
一般來說應該有以下一些原則:
(1)放置順序
先放置與結構有關的固定位置的元器件,如電源插座、指示燈、開關、連接件之類,這些器件放置好後用軟件的 LOCK 功能將其鎖定,使之以後不會被誤移動。再放置線路上的特殊元件和大的元器件,如發熱元件、變壓器、IC 等。最後放置小器件。
(2)注意散熱
元件布局還要特別注意散熱問題。對於大功率電路,應該將那些發熱元件如功率管、變壓器等盡量靠邊分散布局放置,便於熱量散發,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該注意隔離(隔離距離與要承受的耐壓有關,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在 3.5mm 以上,許多情況下為避免爬電,還在印製線路板上的高低壓之間開槽。);
◆兩麵板布線時,兩麵的導線宜相互垂直、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製導線應盡量避兔相鄰平行,以免發生回授,在這些導線之間最好加接地線;
◆走線拐角盡可能大於 90 度,杜絕 90 度以下的拐角,也盡量少用 90 度拐角;
◆同是地址線或者數據線,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;
◆走線盡量走在焊接麵,特別是通孔工藝的 PCB;
◆盡量少用過孔、跳線;
◆單麵板焊盤必須要大,焊盤相連的線一定要粗,能放淚滴就放淚滴,一般的單麵板廠家質量不會很好,否則對焊接和 RE-WORK 都會有問題;
◆大麵積敷銅要用網格狀的,以防止波焊時板子產生氣泡和因為熱應力作用而彎曲,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,一般的單麵板多為紙質板,受力後容易斷裂,如果在邊緣連線或放元器件就會受到影響;
◆必須考慮生產、調試、維修的方便性。
對dui模mo擬ni電dian路lu來lai說shuo處chu理li地di的de問wen題ti是shi很hen重zhong要yao的de,地di上shang產chan生sheng的de噪zao聲sheng往wang往wang不bu便bian預yu料liao,可ke是shi一yi旦dan產chan生sheng將jiang會hui帶dai來lai極ji大da的de麻ma煩fan,應ying該gai未wei雨yu綢chou緞duan。對dui於yu功gong放fang電dian路lu,極ji微wei小xiao的de地di噪zao聲sheng都dou會hui因yin為wei後hou級ji的de放fang大da對dui音yin質zhi產chan生sheng明ming顯xian的de影ying響xiang;在高精度 A/D 轉換電路中,如果地線上有高頻分量存在將會產生一定的溫漂,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 也就穩定了。
另外,電磁兼容問題在目前人們對環保產品倍加關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shi常chang見jian的de一yi種zhong高gao頻pin信xin號hao源yuan,在zai功gong率lv譜pu上shang晶jing振zhen的de各ge次ci諧xie波bo能neng量liang值zhi會hui明ming顯xian高gao出chu平ping均jun值zhi。可ke行xing的de做zuo法fa是shi控kong製zhi信xin號hao的de幅fu度du,晶jing振zhen外wai殼ke接jie地di,對dui幹gan擾rao信xin號hao進jin行xing屏ping蔽bi,采cai用yong特te殊shu的de濾lv波bo電dian路lu及ji器qi件jian等deng。
需要特別說明的是蛇形走線,因為應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鍾信號上,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 架構中的 HUBLink,一共 13 根,頻率可達 233MHZ,要求必須嚴格等長,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.調整完善
完成布線後,要做的就是對文字、個別元件、走線做些調整以及敷銅(這項工作不宜太早,否則會影響速度,又給布線帶來麻煩),同樣是為了便於進行生產、調試、維修。
敷銅通常指以大麵積的銅箔去填充布線後留下的空白區,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通麵積,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,防止它被別人幹擾或幹擾別人。
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.檢查核對網絡
有(you)時(shi)候(hou)會(hui)因(yin)為(wei)誤(wu)操(cao)作(zuo)或(huo)疏(shu)忽(hu)造(zao)成(cheng)所(suo)畫(hua)的(de)板(ban)子(zi)的(de)網(wang)絡(luo)關(guan)係(xi)與(yu)原(yuan)理(li)圖(tu)不(bu)同(tong),這(zhe)時(shi)檢(jian)察(cha)核(he)對(dui)是(shi)很(hen)有(you)必(bi)要(yao)的(de)。所(suo)以(yi)畫(hua)完(wan)以(yi)後(hou)切(qie)不(bu)可(ke)急(ji)於(yu)交(jiao)給(gei)製(zhi)版(ban)廠(chang)家(jia),應(ying)該(gai)先(xian)做(zuo)核(he)對(dui),後(hou)再(zai)進(jin)行(xing)後(hou)續(xu)工(gong)作(zuo)。
7.使用仿真功能
完(wan)成(cheng)這(zhe)些(xie)工(gong)作(zuo)後(hou),如(ru)果(guo)時(shi)間(jian)允(yun)許(xu)還(hai)可(ke)以(yi)進(jin)行(xing)軟(ruan)件(jian)仿(fang)真(zhen)。特(te)別(bie)是(shi)高(gao)頻(pin)數(shu)字(zi)電(dian)路(lu),這(zhe)樣(yang)可(ke)以(yi)提(ti)前(qian)發(fa)現(xian)一(yi)些(xie)問(wen)題(ti),大(da)大(da)減(jian)少(shao)以(yi)後(hou)的(de)調(tiao)試(shi)工(gong)作(zuo)量(liang)。
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,充分考慮各方麵的因數(比如說便於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。
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