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1、电路板布局布线要求及规律四川华迪信息技术有限公司 VersionX.X*Hwadee2电子类学生面临的职业选择o 从大的方面分四大类：调试级、硬件级、软 件级、系统级，从技术层面讲调试级是硬件 级的基础，硬件级是软件级的基础 o 从需求量上讲：大量需要调试级和硬件级人 员，他们广泛活跃在生产，工程，维修，开 发等众多岗位*Hwadee3为什么要学习电路板设计？o 电子产品过程中大量需要调试及硬件相关技术 人员，电子产品核心硬件以电路板形式存在。 o 具有产品硬件设计基本思想，深入理解原理是 从事调试及相关硬件技术工作的关键。 o 对于众多电子产品，找到通用的电路板设计规 律比较困难，希望能理解
2、实质并针对具体设计 灵活应用 *Hwadee4电路板设计目标分析o 电气性能 o 可生产性能 o 性价比 o 稳定性（包括干扰） o 可维护性能 o 观赏性原理图设计目标?*Hwadee5水平分级与实训目标o 入门级：了解部分概念，具有部分知识基础 o 工具级：对相应设计工具有较好掌握 o 生产级（工艺级）：设计能考虑生产工艺及 维修安装要求 o 电气级（系统级）：考虑电气属性，系统能 稳定可靠工作，成本优化（我们的目标）*Hwadee6硬件设计不等于protel使用o 某些人由于种种原因容易把protel的操作等 同于电路板设计 o 熟练操作protel并不等于能设计出好的PCB 板 o P
3、CB的设计是电子工程技术人员的基本技能 ，PCB板设计人员经验等）必需有扎实的基 础（材料知识，工艺知识，电路知识，工程 及调试*Hwadee7自动布线与手工布线o 在做电子产品时，基本上不会用自动布线，自动布 线一方面由于算法的原因，无法象手工布线那样按 照设计者的意愿做，另外一方面，即使自动布线了 ，最后还得手工更改线路，因此还不如直接手工布 线更好。 o 即使采用自动布线，也需要对开发平台相当熟悉（ 规则设置），且有相当深入的手工布局布线经验（ 自动布线完后必需进行手工调整，必需对结果进行 判断是否投产）。 o 本项目必需手工布局布线完成，希望大家细心体会 ，终有收获。*Hwadee8元
4、件布局o 使用交互式布局将元件打散 o Tools Interactive Placement Align Left o 使用鼠标左键将各元件外形拖动到满意的位置，必要 时可以配合键盘空格键将元件外形旋转。 o 注：非必要时不要对元件外形进行翻转操作(键盘X 键和Y键)，否则就必须将元件放置在电路板的另外一 个焊接面上 o 对位置要求严格的器件使用坐标定位 o 可使用参考点进行有规律快速布局*Hwadee9元件布局纲要o 考虑整体美观：一个产品的成功与否，一是要注重 内在质量，二是兼顾整体的美观，两者都较完美才 能认为该产品是成功的 o 一个PCB板上，元件的布局要求均衡，疏密有序， 不能头重
5、脚轻 o 元件放置顺序：首先放置与机械结构、机械尺寸紧 密相关或位置固定的元器件，再放特殊的、体积大 的占据面积的元件和系统电路的核心元件，最后放 小元件*Hwadee10元件布局纲要o 印制板尺寸是否正确，能否与结构配合，是否符合PCB制 造工艺要求 o 元件在二维、三维空间上有无冲突 o 需经常更换的元件能否方便的更换 对于大板子应在中间多加固定螺丝孔；板上有重的器件或 较大的接插件等受力器件边上也应加固定螺丝孔；有需要 的话可在适当位置放上一些测试用焊盘；最好在原理图 中就加上；将过小的焊盘、过孔改大。 o 将所有固定螺丝孔、焊盘的网络定义到地或保护地等*Hwadee11元件布局纲要热敏
6、元件与发热元件之间是否有适当的距离，在需要 散热的地方，空气是否通畅，是否需加散热器； 板上有发热较多的器件时应考虑加散热器甚至轴流风 机，风机向内吹时散热效果好，但板子很会脏所以一 般还是向外排风较为多见，并与周围电解电容、晶振 、锗管等怕热元件隔开一定的距离。 竖放的板子应把发热元件放置在板的最上面。 双面放器件时底层不得放发热元件。元件布局纲要*Hwadee12对于单面板器件一律放顶层； 双面板或多层板器件一般放顶层只有在器件过密时才能把 一些高度有限并且发热量少的器件如贴片电阻贴片电容贴 片IC 等放在底层。由于器件放置时有些是可以上下重叠 的，有些器件的封装边框画 得比实际的器件尺寸
7、要略大如0805 使得部分器件封装放 置时可以有边框相碰甚至有部分重叠。 所以设计规则检查DRC 里的Report 和Online这两项的 Component Clearance 一般不选*Hwadee13元件布局误区o 插头、插座与结构设计是否矛盾； o 调整可调元件是否方便； o 信号流程是否顺畅且互连最短； o 线路的干扰问题是否有所考虑。 o 强弱电分离、高低频分离、数模分离（包 括空间的和连接两层意思）。 o 功率分布、热分布合理 元件定位随意，造成布线不方便或不美观 o 应辩证地处理好布局和布线的关系*Hwadee14电压波动及计算o 开关电流和电源寄生的高频电压噪声计算公式o （
8、V是在器件处观测到的电压波动，I是开关电 流。Z是在器件处观测到的整个电源供电系统电源与地 之间的输入阻抗）Z器件*Hwadee15电抗的作用o 在数字系统中由于电流的脉动性，因此电抗 （主要指L）的影响不容忽视 o 电容的影响？负载供电*Hwadee16电感的影响o 导线本身的电感造成的电压波动 o 电流环路造成电磁的吸收和发射*Hwadee17数字电路中电容的使用o 利用其隔直通交的特性去干扰（去耦电容）o 利用其贮能特性*Hwadee18去耦电容作用基理o 芯片旁放置的小电容，减小了电源到芯片Vcc 管脚之间的走线长度，从而减少环路面积。 o 注：去耦电容为PCB上的芯片提供“高频”电
9、流，而电源提供“低频”电流Z器件*Hwadee191、有源器件在开关时产生的高频开关噪声将沿着电源线 传播，去耦电容的主要作用就是减少开关噪声在板上的传 播和将噪声引导到地。去耦电容去除高频如RF信号的干 扰，干扰的方式是通过电磁辐射。 2、另芯片附近的电容还有蓄能的作用，如果 从微观来看，高频器件在工作的时候，其电流是不连续的 ， 而且频率很高，而器件的VCC到总电源有一段距离，即使 距离不长，在频率很高的情况下，阻抗Z=JWL+R,线路电 感的影响也会很大，会导致器件在需要电流的时候，不能 及时共给，去偶电容弥补此。*Hwadee20电源去耦电容设计o 容量计算：C=I/(dV/dt) 。
10、与芯片所需电 流成正比，与信号上升时间（频率）成反比 ，一般给104（10M以下），103（ 1050M），102（50M以上） o 位置选择：需要放置在能够最小化电容和芯 片间走线电感的地方，建议靠近芯片电源引 脚放置，且要连接到芯片本级地。 *Hwadee21电源去耦电容设计示例VCCVCCVCCGNDGNDGND去耦电容 去耦电容哪一种接法正确*Hwadee22电容的贮能作用o 在电路设计过程中，往往会遇到大功率开关 型器件（如扫描显示驱动板中行管），其具 有脉动性和电流大的特性，处理不好会影响 整个电路工作性能 o 处理办法：在脉冲电流需求大的地方放置大 容量电容可以达到及时补充能量和
11、减小电流 波动影响环路的作用*Hwadee23电源设计目标o 电源与地之间的输入阻抗是用来衡量电源供 电系统特性的一个重要的观测量。 o 一个低阻的电源供电系统(从直流到交流)是获 得低电压波动的关键 o 减少电感作用，增加电容作用，消除或降低 谐振峰 *Hwadee24电源设计准则o 为了降低电源供电系统的阻抗，应遵循以下一些设 计准则： o 1. 降低电源和地板层（线）之间的间距； o 2. 尽量加宽电源、地线宽度或增大平板的尺寸 ； o 3. 提高填充介质的介电常数； o 4. 采用多对电源和地板层。 o 5. 在数字电路中推荐电源线采用树形设计 o 由于制造或一些其他的设计考虑，设计工
12、程师还需 要用一些较为灵活的有效的方法来改变电源供电系 统的阻抗。为了减小阻抗并且消除那些谐振峰，在 PCB上放置分立的去耦电容便成为常用的方法 *Hwadee25地线的实质o 定义1:地线（指信号地）是作为电路电位基 准点的等电位体。在频率较高的数字电路中 这个定义是不符合实际情况的。实际地线上 的电位并不是恒定的。 o 定义2:信号流回源的低阻抗路径。这个定义 中突出了地线中电流的流动，比较适合频率 较高的数字电路。 o 我们应该将地线上的电位想象成像大海中的 波浪一样，此起彼伏。 *Hwadee26地线电压波动o 因为地线的阻抗总不会是零，当一个电流通 过有限阻抗时，就会产生电压降。 o
13、 在实际电路中，造成电磁干扰的信号往往是 脉冲信号，脉冲信号包含丰富的高频成分， 因此会在地线上产生较大的电压降。这种电 位差完全可能造成电路的误动作 。*Hwadee27地环路干扰示意图设备1设备2信号线大地*Hwadee28加粗接地线与大面积铺地 o 若接地线很细，接地电位则随电流的变化而 变化，致使电子设备的定时信号电平不稳， 抗噪声性能变坏，地线加粗可以减小地线阻 抗，从而减小波动。 o 在频率较高的数字电路中将PCB上所有不用 面积均布设为地线，以减少地线中的感抗， 从而削弱在地线上产生的高频信号，并对电 场干扰起到屏蔽作用。 *Hwadee29模拟地与数字地o 特点：数字电路的频率
14、高，模拟电路的敏感度 强 o 高频的信号线尽可能远离敏感的模拟电路器件 o 最好让数字地和模拟地完全分开 o 如PCB地线只有一个输出结点，最好让PCB内 部数字地和模拟地分开互不相连，只是在PCB 与外界连接的接口处（如插头等）进行一点短 接*Hwadee30电源与地线的紧密耦合设计不好比较好最好*Hwadee31线长o 硐膜线应尽可能短，高频线更应如此。 o 硐膜线拐角处应为圆角或斜角 o 双面走线时，两面导线应相互垂直、斜交或 弯曲走线，避免平行减少寄生电容*Hwadee32线宽设计o 铜膜线宽度应以满足电气特性参数而又便于 生产为准则，其最小值取决于流过它的电流 ，一般不宜小于0.2m
15、m o 与使用环境温度、导线阻抗、元件数、过孔 数以及运行频率等因素有关 o 经验公式：0.15线宽(W)=A o 导线宽度能宽不细，一般信号线推荐使用 10mil线宽*Hwadee33PCB设计铜铂厚度、线宽和电流关系表 铜厚/35um铜厚/50um铜厚/70um 电流(A)线宽(mm)电流(A)线宽(mm)电流(A)线宽(mm)4.52.55.12.562.5424.32.55.123.21.53.51.54.21.52.71.231.23.61.22.312.613.2120.82.40.82.80.81.60.61.90.62.30.61.350.51.70.520.51.10.41.
16、350.41.70.40.80.31.10.31.30.30.550.20.70.20.90.20.20.150.50.150.70.15*Hwadee34减小布线阻抗o的信号线可增加线宽降低其特性阻 抗 o关键的信号线可采用平行地线的方法隔 离 o尽量减少过孔数量*Hwadee35强弱信号尽量远离电源线信号clk不好的布线*Hwadee36相邻两面采用#字型布线这样布线有那些优点?*Hwadee37常见走线对比*Hwadee38常见走线对比*Hwadee39常见走线对比*Hwadee40设置好布局布线规则使用层面、各组线宽、过孔、间距、布线的拓朴结构等部 分规则可通过Design-Rules*Hwadee41布局布线小结o 布局应考虑哪些因素？ o 电气 o 工艺 o 布线 o 在布线过程中如何处理电源线、地线、信号 线（应分重要级）以及它们之间的关系？*Hwadee42快速布线方法o 采用copy方式布线 o 尽量利用系统的自动删除回路线来修改走线 o 利用来翻层自动增加过孔 o 走线过程
