电路板设计规则 在 PCB 设计中,布线是完毕产品设计的重要环节, PCB 布线有单面布线、双面布线和多层布线为了避免输入端与输出端的边线相邻平行而产生反射干扰和两相邻布线层互相平行产生寄生耦合等干扰而影响线路的稳定性,甚至在干扰严重时导致电路板主线无法工作,在 PCB 布线工艺设计中一般考虑以下方面: 1 .考虑 PCB 尺寸大小 PCB 尺寸过大时,印制线条长,阻抗增长,抗噪声能力下降,成本也增长;尺寸过小,则散热不好,且邻近线条易受干扰应根据具体电路需要拟定 PCB 尺寸 2 .拟定特殊组件的位置 拟定特殊组件的位置是 PCB 布线工艺的一个重要方面,特殊组件的布局应重要注意以下方面: ● 尽也许缩短高频元器件之间的联机,设法减少它们的分布参数和互相间的电磁干扰易受干扰的元器件不能互相离得太近,输入和输出组件应尽量远离 ● 某些元器件或导线之间也许有较高的电位差,应加大它们之间的距离,以免放电引出意外短路带高电压的元器件应尽量布置在调试时手不易触及的地方 ● 重量超过 15g 的元器件、应当用支架加以固定,然后焊接那些又大又重、发热量多的元器件,不宜装在印制板上,而应装在整机的机箱底板上,且应考虑散热问题。
热敏组件应远离发热组件 ● 对于电位器、可调电感线圈、可变电容器、微动开关等可调组件的布局应考虑整机的结构规定若是机内调节,应放在印制板上便于调节的地方;若是机外调节,其位置要与调节旋钮在机箱面板上的位置相适应应留出印制板定位孔及固定支架所占用的位置 3 .布局方式 采用交互式布局和自动布局相结合的布局方式布局的方式有两种:自动布局及交互式布局,在自动布线之前,可以用交互式预先对规定比较严格的线进行布局,完毕对特殊组件的布局以后,对所有组件进行布局,重要遵循以下原则: ● 按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置,使布局便于信号流通,并使信号尽也许保持一致的方向 ● 以每个功能电路的核心组件为中心,围绕它来进行布局元器件应均匀、整齐、紧凑地排列在 PCB 上尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接 ● 在高频下工作的电路,要考虑元器件之间的分布参数一般电路应尽也许使元器件平行排列这样,不仅美观,并且装焊容易,易于批量生产 ● 位于电路板边沿的元器件,离电路板边沿一般不小于 2mm 电路板的最佳形状为矩形长宽比为 3:2 或 4:3 电路板面尺寸大于 200 × 150mm 时,应考虑电路板所受的机械强度。
4 .电源和接地线解决的基本原则 由于电源、地线的考虑不周到而引起的干扰,会使产品的性能下降,对电源和地的布线采用一些措施减少电源和地线产生的噪声干扰,以保证产品的质量方法有如下几种: ● 电源、地线之间加上去耦电容单单一个电源层并不能减少噪声,由于,假如不考虑电流分派,所有系统都可以产生噪声并引起问题,这样额外的滤波是需要的通常在电源输入的地方放置一个 1 ~ 10μF 的旁路电容,在每一个元器件的电源脚和地线脚之间放置一个 0.01 ~ 0.1μF 的电容旁路电容起着滤波器的作用,放置在板上电源和地之间的大电容( 10μF )是为了滤除板上产生的低频噪声(如 50/60Hz 的工频噪声)板上工作的元器件产生的噪声通常在 100MHz 或更高的频率范围内产生谐振,所以放置在每一个元器件的电源脚和地线脚之间的旁路电容一般较小(约 0.1μF )最佳是将电容放在板子的另一面,直接在组件的正下方,假如是表面贴片的电容则更好 ● 尽量加宽电源、地线宽度,最佳是地线比电源线宽,它们的关系是:地线 > 电源线 > 信号线,通常信号线宽为: 0.2 ~ 0 .3mm ,最细宽度可达 0.05 ~ 0 .07mm ,电源线为 1.2 ~ 2 .5mm ,用大面积铜层作地线用,在印制板上把没被用上的地方都与地相连接作为地线用。
做成多层板,电源,地线各占用一层 ● 依据数字地与模拟地分开的原则若线路板上既有数字逻辑电路和又有模拟线性是中,应使它们尽量分开低频电路的地应尽量采用单点并联接地,实际布线有困难时可部分串联后再并联接地高频电路宜采用多点串联接地,地线应短而粗,高频组件周边尽量用栅格状大面积地箔,保证接地线构成死循环路 5 .导线设计的基本原则 导线设计不能一概用一种模式,不同的地方以及不同的功能的线应当用不同的方式来布线应当注意以下两点: ● 印制导线拐弯处一般取圆弧形,而直角或夹角在高频电路中会影响电气性能此外,尽量避免使用大面积铜箔,否则,长时间受热时易发生铜箔膨胀和脱落现象必须用大面积铜箔时,最佳用栅格状,这样有助于排除铜箔与基板间粘合剂受热产生的挥发性气体 ● 焊盘中心孔要比器件引线直径稍大一些焊盘太大易形成虚焊焊盘外径( D )一般不小于( d+1.2 ) mm ,其中 d 为引线孔径对高密度的数字电路,焊盘最小直径可取( d+1.0 ) mm 6、 MARK点直径1mm,定位孔直径3mm,工艺边宽8mm,MARK点周边4mm内不涂阻焊剂PCB设计注意事项1. 走线和孔边沿距外形线一般应大于1mail为好;在空间允许的情况下,内层线路和铜箔距外形线应≥20mil,外层线路和铜箔距外形线应≥15mil,最小线径为6mail;最小线间距为6mail,特殊板子可做到5mail 一般2-4层板线径和线间距规定在10mail以上2. 布局和走线时应注意定位孔(螺丝固定方式)周边留出足够大的空隙,空隙直径大于要用的螺丝帽直径,且在覆铜的时候此空隙范围内不覆铜3. 布局和走线一方面应当考虑PCB的电气特性,另一方面再考虑其布局和走线的美观4. 布线时假如发现某个IC无接电或接地脚,要及时与电路设计人员沟通,是否原理图有误5. 孔径分类越少越好,孔径宜大不宜小,公差规定也是宜大不宜小;过孔最小内径为8-12mail,最小外径为16-20mail.直插件焊盘内外径公差大于24mail为好6. 字符线宽一般大于5mail;一般字符高度大于25mail,字符的尺寸能大则大,以保证字体清楚;字符与喷锡、镀金或镀铜的表面最小距离为≥0.15mm,以保证字符不上其表面;任何字符不允许覆盖焊盘7. 单元尺寸太小电路板外协制作必须拼板,一般板与板之间距离为10mail,异形板需要加筋或者邮票孔距离要大于2mm8. 放置与结构有紧密配合的固定位置的元器件,如电源插座、指示灯、开关、连接件之类,这些器件放置好后用软件的LOCK 功能将其锁定,使之以后不会被误移动9. 印制线路板的走线: 印制导线的布设应尽也许的短,在高频回路中更应如此;印制导线的拐弯应成圆角或45度角,而直角或尖角在高频电路和布线密度高的情况下会影响电气性能;当两面板布线时,两面的导线宜互相垂直、斜交、或弯曲走线,避免互相平行,以减小寄生耦合;作为电路的输入及输出用的印制导线应尽量避免相邻平行,以免发生回授,在这些导线之间最佳加接地线。
10. 印制导线的屏蔽与接地:地线尽也许加粗,一般采用多点接地,印制导线的公共地线,应尽量布置在印制线路板的边沿部分在印制线路板上应尽也许多地保存铜箔做地线,这样得到的屏蔽效果,比一长条地线要好,传输线特性和屏蔽作用将得到改善,此外起到了减小分布电容的作用印制导线的公共地线最佳形成环路或网状,这是由于当在同一块板上有许多集成电路,特别是有耗电多的元件时,由于图形上的限制产生了接地电位差,从而引起噪声容限的减少,当做成回路时,接地电位差减小此外,接地和电源的图形尽也许要与数据的流动方向平行,这是克制噪声能力增强的秘诀;多层印制线路板可采用其中若干层作屏蔽层,电源层、地线层均可视为屏蔽层,一般地线层和电源层设计在多层印制线路板的内层,信号线设计在内层和外层11. 多层板分层顺序1.TOP Layer层为主信号层;2.地层;3.电源层;4.BOTTOM Laye次信号层或者1.TOP Larer层次信号层;2.电源层;3.地层;4.BOTTOM Laye主信号层为好走线的方向控制:即相邻层的走线方向成正交结构避免将不同的信号线在相邻层走成同一方向,以减少不必要的层间窜扰;当由于板结构限制(如某些背板)难以避免出现该情况,特别是信 号速率较高时,应考虑用地平面隔离各布线层,用地信号线隔离各信号线。
12. 走线的开环检查:一般不允许出现一端浮空的布线(Dangling Line), 重要是为了避免产生"天线效应",减少不必要的干扰辐射和接受,否则也许带来不可预知的结果13. 覆铜前规定把线安全间距调整至15mil再覆铜,以保证铜皮与焊盘,过孔的安全间距足够大14. 带有内层分割的电路板,注意地或者电源网络过孔尽量不要打在分割线上和其边沿,否则容易导致断路;假如空间不允许,那也要在其它层用线将其引到附近相同网络12.器件去藕规则:A. 在印制版上增长必要的去藕电容,滤除电源上的干扰信号,使电源信号稳定 在多层板中,对去藕电容的位置一般规定不太高,但对双层板,去藕电容的布局及 电源的布线方式将直接影响到整个系统的稳定性,有时甚至关系到设计的成败B. 在双层板设计中,一般应当使电流先通过滤波电容滤波再供器件使用,同时还 要充足考虑到由于器件产生的电源噪声对下游的器件的影响,一般来说,采用总线 结构设计比较好,在设计时,还要考虑到由于传输距离过长而带来的电压跌落给器 件导致的影响,必要时增长一些电源滤波环路,避免产生电位差C. 在高速电路设计中,能否对的地使用去藕电容,关系到整个板的稳定性。
13.孤立铜区控制规则:孤立铜区的出现,将带来一些不可预知的问题,因此将孤立铜区与别的信号相接,有助于改善信号质量,通常是将孤立铜区接地或删除在实际的制作中,我们大多采用去除死铜的方式,或者在大面积空旷处用过孔将顶层和底层连接接地以增大覆铜面积,提高抗干扰能力,同时对防止印制板翘曲也有一定的作用14.重叠电源与地线层规则:不同电源层在空间上要避免重叠重要是为了减少不同电源之间的干扰,特别是一些电压相差很大的电源之间,电源平面的重叠问题一定要设法避免,难以避免时可考虑中间 隔地层画板心得1.坚持正面横向走,反面纵向走的原则2.把最主的线先连好,再管其他的,这里重要的线一般是指线都围绕那个器件布开,例如单片机 3. 制版参数:线宽 8mil, 线距 8mil, 过孔内径 0.4mm, 外径 0.8mm 。