工作多年的硬件工程師的PCB設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)

2017-05-11 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

一般PCB基本設(shè)計(jì)流程如下:前期準(zhǔn)備->PCB結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)->PCB布局->布線->布線優(yōu)化和絲印->網(wǎng)絡(luò)和DRC檢查和結(jié)構(gòu)檢查->制版。

第一:前期準(zhǔn)備。這包括準(zhǔn)備元件庫和原理圖。“工欲善其事,必先利其器”,要做出一塊好的板子,除了要設(shè)計(jì)好原理之外,還要畫得好。在進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)之前,首先要準(zhǔn)備好原理圖SCH的元件庫和PCB的元件庫。元件庫可以用peotel 自帶的庫,但一般情況下很難找到合適的,最好是自己根據(jù)所選器件的標(biāo)準(zhǔn)尺寸資料自己做元件庫。原則上先做PCB的元件庫,再做SCH的元件庫。PCB的元件庫要求較高,它直接影響板子的安裝;SCH的元件庫要求相對比較松,只要注意定義好管腳屬性和與PCB元件的對應(yīng)關(guān)系就行。PS:注意標(biāo)準(zhǔn)庫中的隱藏管腳。之后就是原理圖的設(shè)計(jì),做好后就準(zhǔn)備開始做PCB設(shè)計(jì)了。

第二:PCB結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。這一步根據(jù)已經(jīng)確定的電路板尺寸和各項(xiàng)機(jī)械定位,在PCB 設(shè)計(jì)環(huán)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(guān)、螺絲孔、裝配孔等等。并充分考慮和確定布線區(qū)域和非布線區(qū)域(如螺絲孔周圍多大范圍屬于非布線區(qū)域)。

第三:PCB布局。布局說白了就是在板子上放器件。這時如果前面講到的準(zhǔn)備工作都做好的話,就可以在原理圖上生成網(wǎng)絡(luò)表(Design->Create Netlist),之后在PCB圖上導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表(Design->Load Nets)。就看見器件嘩啦啦的全堆上去了,各管腳之間還有飛線提示連接。然后就可以對器件布局了。一般布局按如下原則進(jìn)行:

①. 按電氣性能合理分區(qū),一般分為:數(shù)字電路區(qū)(即怕干擾、又產(chǎn)生干擾)、模擬電路區(qū)(怕干擾)、功率驅(qū)動區(qū)(干擾源);

②. 完成同一功能的電路,應(yīng)盡量靠近放置,并調(diào)整各元器件以保證連線最為簡潔;同時,調(diào)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(zhì)量大的元器件應(yīng)考慮安裝位置和安裝強(qiáng)度;發(fā)熱元件應(yīng)與溫度敏感元件分開放置,必要時還應(yīng)考慮熱對流措施;

④. I/O驅(qū)動器件盡量靠近印刷板的邊、靠近引出接插件;

⑤. 時鐘產(chǎn)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(dú)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(shí)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(chǎn)安裝的可行性和便利性同時,應(yīng)該在保證上面原則能夠體現(xiàn)的前提下,適當(dāng)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(guān)系到板子整體形象和下一步布線的難易程度,所以一點(diǎn)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。

第四:布線。布線是整個PCB設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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。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(biāo)準(zhǔn)。這是在布通之后,認(rèn)真調(diào)整布線,使其能達(dá)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(shí)現(xiàn),否則就是舍本逐末了。布線時主要按以下原則進(jìn)行:

①. 一般情況下,首先應(yīng)對電源線和地線進(jìn)行布線,以保證電路板的電氣性能。在條件允許的范圍內(nèi),盡量加寬電源、地線寬度,最好是地線比電源線寬,它們的關(guān)系是:地線>電源線>信號線,通常信號線寬為:0.2~0.3mm,最細(xì)寬度可達(dá)0.05~0.07mm,電源線一般為1.2~2.5mm。對數(shù)字電路的PCB可用寬的地導(dǎo)線組成一個回路, 即構(gòu)成一個地網(wǎng)來使用(模擬電路的地則不能這樣使用)

②. 預(yù)先對要求比較嚴(yán)格的線(如高頻線)進(jìn)行布線,輸入端與輸出端的邊線應(yīng)避免相鄰平行,以免產(chǎn)生反射干擾。必要時應(yīng)加地線隔離,兩相鄰層的布線要互相垂直,平行容易產(chǎn)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(yīng)該走其它信號線,以使周圍電場趨近于零;

④. 盡可能采用45o的折線布線,不可使用90o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(huán)路,如不可避免,環(huán)路應(yīng)盡量小;信號線的過孔要盡量少;

⑥. 關(guān)鍵的線盡量短而粗,并在兩邊加上保護(hù)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(guān)鍵信號應(yīng)預(yù)留測試點(diǎn),以方便生產(chǎn)和維修檢測用

⑨. 原理圖布線完成后,應(yīng)對布線進(jìn)行優(yōu)化;同時,經(jīng)初步網(wǎng)絡(luò)檢查和DRC檢查無誤后,對未布線區(qū)域進(jìn)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布線工藝要求

①. 線

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(shí)際應(yīng)用中,條件允許時應(yīng)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(dāng)器件管腳較密,寬度較窄時,可按適當(dāng)減小線寬和線間距。

②. 焊盤(PAD)

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(shí)際應(yīng)用中,應(yīng)根據(jù)實(shí)際元件的尺寸來定,有條件時,可適當(dāng)加大焊盤尺寸;

PCB板上設(shè)計(jì)的元件安裝孔徑應(yīng)比元件管腳的實(shí)際尺寸大0.2~0.4mm左右。

③. 過孔(VIA)

一般為1.27mm/0.7mm(50mil/28mil);

當(dāng)布線密度較高時,過孔尺寸可適當(dāng)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)

第五:布線優(yōu)化和絲印?！皼]有最好的,只有更好的”!不管你怎么挖空心思的去設(shè)計(jì),等你畫完之后,再去看一看,還是會覺得很多地方可以修改的。一般設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)是:優(yōu)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(shù)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(shè)計(jì)時正視元件面,底層的字應(yīng)做鏡像處理,以免混淆層面。

第六:網(wǎng)絡(luò)和DRC檢查和結(jié)構(gòu)檢查。首先,在確定電路原理圖設(shè)計(jì)無誤的前提下,將所生成的PCB網(wǎng)絡(luò)文件與原理圖網(wǎng)絡(luò)文件進(jìn)行物理連接關(guān)系的網(wǎng)絡(luò)檢查(NETCHECK),并根據(jù)輸出文件結(jié)果及時對設(shè)計(jì)進(jìn)行修正,以保證布線連接關(guān)系的正確性;

網(wǎng)絡(luò)檢查正確通過后,對PCB設(shè)計(jì)進(jìn)行DRC檢查,并根據(jù)輸出文件結(jié)果及時對設(shè)計(jì)進(jìn)行修正,以保證PCB布線的電氣性能。最后需進(jìn)一步對PCB的機(jī)械安裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查和確認(rèn)。

第七:制版。在此之前,最好還要有一個審核的過程。

PCB設(shè)計(jì)是一個考心思的工作,誰的心思密,經(jīng)驗(yàn)高,設(shè)計(jì)出來的板子就好。所以設(shè)計(jì)時要極其細(xì)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(xiàng)很多人就不去考慮),精益求精,就一定能設(shè)計(jì)出一個好板子。

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