pcb設(shè)計(jì)技術(shù)

1、PCB設(shè)計(jì)技術(shù),PCB設(shè)計(jì)的基本流程,1、準(zhǔn)備原理電路圖和網(wǎng)表；2、規(guī)劃電路板；3、設(shè)置參數(shù)；4、加載Netlist及元件 封裝；5、布局元件；6、自動(dòng)布線；7、手工調(diào)整；8、PCB驗(yàn)證；9、保存及輸出文件。,(一)資料準(zhǔn)備,1、經(jīng)過(guò)評(píng)審的，完全正確的原理圖，包括紙面文件和電子件；2、PCB結(jié)構(gòu)圖，應(yīng)標(biāo)明外形尺寸、安裝孔大小及定位尺寸、接插件定位尺寸、禁止布線區(qū)等相關(guān)尺寸；3、對(duì)于新器件，即無(wú)MRPII編碼的器件，需

2、要提供封裝資料。,(二)理解設(shè)計(jì)要求并制定設(shè)計(jì)計(jì)劃,1. 仔細(xì)審讀原理圖，理解電路的工作條件。如模擬電路的工作頻率，數(shù)字電路的工作速度等與布線要求相關(guān)的要素。理解電路的基本功能、在系統(tǒng)中的作用等相關(guān)問(wèn)題。2. 在與原理圖設(shè)計(jì)者充分交流的基礎(chǔ)上，確認(rèn)板上的關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)，如電源、時(shí)鐘、高速總線等，了解其布線要求。理解板上的高速器件及其布線要求。并要對(duì)原理圖進(jìn)行規(guī)范性審查。,3. 對(duì)于原理圖中不符合硬件原理圖設(shè)計(jì)規(guī)范的地方，要明確指出，并積極協(xié)

3、助原理圖設(shè)計(jì)者進(jìn)行修改。4. 在與原理圖設(shè)計(jì)者交流的基礎(chǔ)上制定出單板的PCB設(shè)計(jì)計(jì)劃，計(jì)劃要包含設(shè)計(jì)過(guò)程中原理圖輸入、布局完成、布線完成、信號(hào)完整性分析、光繪完成等關(guān)鍵檢查點(diǎn)的時(shí)間要求。,(二)理解設(shè)計(jì)要求并制定設(shè)計(jì)計(jì)劃,(三)創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)表,1. 網(wǎng)絡(luò)表是原理圖與PCB的接口文件，根據(jù)所用的原理圖和PCB設(shè)計(jì)工具的特性，選用正確的網(wǎng)絡(luò)表格式，創(chuàng)建符合要求的網(wǎng)絡(luò)表。2. 創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)表的過(guò)程中，根據(jù)原理圖設(shè)計(jì)工具的特性，積極協(xié)助原理圖設(shè)計(jì)者

4、排除錯(cuò)誤。保證網(wǎng)絡(luò)表的正確性和完整性。3.確定器件的封裝（PCB FOOTPRINT）．4. 創(chuàng)建PCB板,(四) 布局,1.根據(jù)結(jié)構(gòu)圖設(shè)置板框尺寸，按結(jié)構(gòu)要素布置安裝孔、接插件等需要定位的器件，并給這些器件賦予不可移動(dòng)屬性。 按工藝設(shè)計(jì)規(guī)范的要求進(jìn)行尺寸標(biāo)注。2. 根據(jù)結(jié)構(gòu)圖和生產(chǎn)加工時(shí)所須的夾持邊設(shè)置印制板的禁止布線區(qū)、禁止布局區(qū)域。根據(jù)某些元件的特殊要求，設(shè)置禁止布線區(qū)。3. 綜合考慮PCB性能和加工的效率選擇加工流程。

5、 加工工藝的優(yōu)選順序?yàn)椋涸鎲蚊尜N裝——元件面貼、插混裝（元件面插裝焊接面貼裝一次波峰成型）——雙面貼裝——元件面貼插混裝、焊接面貼裝。,4、 布局操作的基本原則,A. 遵照“先大后小，先難后易”的布置原則，即重要的單元電路、核心元器件應(yīng)當(dāng)優(yōu)先布局．B. 布局中應(yīng)參考原理框圖，根據(jù)主信號(hào)流向規(guī)律安排主要元器件．C. 布局應(yīng)盡量滿足以下要求:總的連線盡可能短，關(guān)鍵信號(hào)線最短;高電壓、大電流信號(hào)與小電流，低電壓的弱信號(hào)完全分

6、開;模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)分開；高頻信號(hào)與低頻信號(hào)分開；高頻元器件的間隔要充分．D. 相同結(jié)構(gòu)電路部分，盡可能采用“對(duì)稱式”標(biāo)準(zhǔn)布局；E. 按照均勻分布、重心平衡、版面美觀的標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化布局；F. 器件布局柵格的設(shè)置，一般IC器件布局時(shí)，柵格應(yīng)為50--100 mil,小型表面安裝器件，如表面貼裝元件布局時(shí)，柵格設(shè)置應(yīng)不少于25mil。,(四) 布局,5. 同類型插裝元器件在X或Y方向上應(yīng)朝一個(gè)方向放置。同一種類型的有極性分立元件也要力爭(zhēng)

7、在X或Y方向上保持一致，便于生產(chǎn)和檢驗(yàn)。6. 發(fā)熱元件要一般應(yīng)均勻分布，以利于單板和整機(jī)的散熱，除溫度檢測(cè)元件以外的溫度敏感器件應(yīng)遠(yuǎn)離發(fā)熱量大的元器件。7. 元器件的排列要便于調(diào)試和維修，亦即小元件周圍不能放置大元件、需調(diào)試的元、器件周圍要有足夠的空間。8. 需用波峰焊工藝生產(chǎn)的單板，其緊固件安裝孔和定位孔都應(yīng)為非金屬化孔。當(dāng)安裝孔需要接地時(shí), 應(yīng)采用分布接地小孔的方式與地平面連接。,(四) 布局,9. 焊接面的貼裝元件采用波峰焊

8、接生產(chǎn)工藝時(shí)，阻、容件軸向要與波峰焊?jìng)魉头较虼怪保?阻排及SOP（PIN間距大于等于1.27mm）元器件軸向與傳送方向平行；PIN間距小于1.27mm（50mil)的IC、SOJ、PLCC、QFP等有源元件避免用波峰焊焊接。10. BGA與相鄰元件的距離>5mm。其它貼片元件相互間的距離>0.7mm；貼裝元件焊盤的外側(cè)與相鄰插裝元件的外側(cè)距離大于2mm；有壓接件的PCB，壓接的接插件周圍5mm內(nèi)不能有插裝元、器件，在焊接面

9、其周圍5mm內(nèi)也不能有貼裝元、器件。11. IC去耦電容的布局要盡量靠近IC的電源管腳，并使之與電源和地之間形成的回路最短。,(四) 布局,12. 元件布局時(shí),應(yīng)適當(dāng)考慮使用同一種電源的器件盡量放在一起, 以便于將來(lái)的電源分隔。13. 用于阻抗匹配目的阻容器件的布局，要根據(jù)其屬性合理布置。串聯(lián)匹配電阻的布局要靠近該信號(hào)的驅(qū)動(dòng)端，距離一般不超過(guò)500mil。匹配電阻、電容的布局一定要分清信號(hào)的源端與終端，對(duì)于多負(fù)載的終端匹配一定要

10、在信號(hào)的最遠(yuǎn)端匹配。14. 布局完成后打印出裝配圖供原理圖設(shè)計(jì)者檢查器件封裝的正確性，并且確認(rèn)單板、背板和接插件的信號(hào)對(duì)應(yīng)關(guān)系，經(jīng)確認(rèn)無(wú)誤后方可開始布線。,(五) 布線,布局基本確定后，應(yīng)用PCB設(shè)計(jì)工具的統(tǒng)計(jì)功能，報(bào)告網(wǎng)絡(luò)數(shù)量，網(wǎng)絡(luò)密度，平均管腳密度等基本參數(shù)，以便確定所需要的信號(hào)布線層數(shù)。信號(hào)層數(shù)的確定可參考以下經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)PIN密度的定義為： 板面積（平方英寸）/（板上管腳總數(shù)/14）布線層數(shù)的具體確定還要考慮

11、單板的可靠性要求，信號(hào)的工作速度，制造成本和交貨期等因素。,1、 布線層設(shè)置,在高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)中，電源與地層應(yīng)盡量靠在一起，中間不安排布線。所有布線層都盡量靠近一平面層，優(yōu)選地平面為走線隔離層。 為了減少層間信號(hào)的電磁干擾，相鄰布線層的信號(hào)線走向應(yīng)取垂直方向。 可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)1--2個(gè)阻抗控制層。阻抗控制層要按要求標(biāo)注清楚。將單板上有阻抗控制要求的網(wǎng)絡(luò)布線分布在阻抗控制層上。,2、線寬和線間距的設(shè)置,線寬和線間距的設(shè)置要考慮的因

12、素 A. 單板的密度。板的密度越高，傾向于使用更細(xì)的線寬和更窄的間隙。 B. 信號(hào)的電流強(qiáng)度。當(dāng)信號(hào)的平均電流較大時(shí)，應(yīng)考慮布線寬度所能承載的的電流C. 電路工作電壓：線間距的設(shè)置應(yīng)考慮其介電強(qiáng)度。D. 可靠性要求?？煽啃砸蟾邥r(shí)，傾向于使用較寬的布線和較大的間距。E. PCB加工技術(shù)限制,3、孔的設(shè)置,過(guò)線孔 制成板的最小孔徑定義取決于板厚度，板厚孔徑比應(yīng)小于 5--8。 盲孔和埋孔 盲孔是連

13、接表層和內(nèi)層而不貫通整板的導(dǎo)通孔，埋孔是連接內(nèi)層之間而在成品板表層不可見的導(dǎo)通孔，這兩類過(guò)孔尺寸設(shè)置可參考過(guò)線孔。 測(cè)試孔 測(cè)試孔是指用于ICT測(cè)試目的的過(guò)孔，可以兼做導(dǎo)通孔，原則上孔徑不限，焊盤直徑應(yīng)不小于25mil，測(cè)試孔之間中心距不小于50mil。,4、特殊布線區(qū)間的設(shè)定,特殊布線區(qū)間是指某些特殊區(qū)域需要用到不同于一般設(shè)置的布線參數(shù)，如某些高密度器件需要用到較細(xì)的線寬、較小的間距和較小的過(guò)孔等，或某些網(wǎng)絡(luò)的布線參數(shù)的

14、調(diào)整等，需要在布線前加以確認(rèn)和設(shè)置。,5、定義和分割平面層,A. 平面層一般用于電路的電源和地層（參考層），由于電路中可能用到不同的電源和地層，需要對(duì)電源層和地層進(jìn)行分隔，其分隔寬度要考慮不同電源之間的電位差，電位差大于12V時(shí)，分隔寬度為50mil，反之，可選20--25mil 。B. 平面分隔要考慮高速信號(hào)回流路徑的完整性。C. 當(dāng)由于高速信號(hào)的回流路徑遭到破壞時(shí)，應(yīng)當(dāng)在其他布線層給予補(bǔ)償。例如可用接地的銅箔將該信號(hào)網(wǎng)絡(luò)包圍，以

15、提供信號(hào)的地回路。,6、布線優(yōu)先次序,1. 布線優(yōu)先次序 關(guān)鍵信號(hào)線優(yōu)先：電源、摸擬小信號(hào)、高速信號(hào)、時(shí)鐘信號(hào)和同步信號(hào)等關(guān)鍵信號(hào)優(yōu)先布線 密度優(yōu)先原則：從單板上連接關(guān)系最復(fù)雜的器件著手布線。從單板上連線最密集的區(qū)域開始布線。2. 自動(dòng)布線 在布線質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求的情況下，可使用自動(dòng)布線器以提高工作效率；3. 盡量為時(shí)鐘信號(hào)、高頻信號(hào)、敏感信號(hào)等關(guān)鍵信號(hào)提供專門的布線層，并保證其最小的回路面積。必要

16、時(shí)應(yīng)采取手工優(yōu)先布線、屏蔽和加大安全間距等方法。保證信號(hào)質(zhì)量。4. 電源層和地層之間的EMC環(huán)境較差，應(yīng)避免布置對(duì)干擾敏感的信號(hào)。5. 有阻抗控制要求的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)布置在阻抗控制層上。,7、進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該遵循的規(guī)則,1） 地線回路規(guī)則：環(huán)路最小規(guī)則，即信號(hào)線與其回路構(gòu)成的環(huán)面積要盡可能小，環(huán)面積越小，對(duì)外的輻射越少，接收外界的干擾也越小。2） 竄擾控制：串?dāng)_（CrossTalk)是指PCB上不同網(wǎng)絡(luò)之間因較長(zhǎng)的平行布線引起的相互干

17、擾3） 屏蔽保護(hù) 4） 走線的方向控制規(guī)則：即相鄰層的走線方向成正交結(jié)構(gòu)。,7、進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該遵循的規(guī)則（續(xù)）,5） 走線的開環(huán)檢查規(guī)則：一般不允許出現(xiàn)一端浮空的布線（Dangling Line),主要是為了避免產(chǎn)生"天線效應(yīng)" 6） 阻抗匹配檢查規(guī)則：同一網(wǎng)絡(luò)的布線寬度應(yīng)保持一致7） 走線終結(jié)網(wǎng)絡(luò)規(guī)則： 8） 走線閉環(huán)檢查規(guī)則：防止信號(hào)線在不同層間形成自環(huán)。9） 走線的分枝長(zhǎng)度控制規(guī)則：盡量控制分

18、枝的長(zhǎng)度，一般的要求是Tdelay<=Trise/20。,10） 走線的諧振規(guī)則：主要針對(duì)高頻信號(hào)設(shè)計(jì)而言，即布線長(zhǎng)度不得與其波長(zhǎng)成整數(shù)倍關(guān)系，以免產(chǎn)生諧振現(xiàn)象。 11） 走線長(zhǎng)度控制規(guī)則：即短線規(guī)則，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該盡量讓布線長(zhǎng)度盡量短，以減少由于走線過(guò)長(zhǎng)帶來(lái)的干擾問(wèn)題，特別是一些重要信號(hào)線，如時(shí)鐘線，務(wù)必將其振蕩器放在離器件很近的地方。12） 倒角規(guī)則： PCB設(shè)計(jì)中應(yīng)避免產(chǎn)生銳角和直角， 13） 器件去藕規(guī)則： 在印制版

19、上增加必要的去藕電容，濾除電源上的干擾信號(hào)，使電源信號(hào)穩(wěn)定。14） 器件布局分區(qū)/分層規(guī)則：15） 孤立銅區(qū)控制規(guī)則：通常是將孤立銅區(qū)接地或刪除。,7、進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該遵循的規(guī)則（續(xù)）,16） 電源與地線層的完整性規(guī)則：對(duì)于導(dǎo)通孔密集的區(qū)域，要注意避免孔在電源和地層的挖空區(qū)域相互連接，形成對(duì)平面層的分割，從而破壞平面層的完整性17） 重疊電源與地線層規(guī)則：不同電源層在空間上要避免重疊。主要是為了減少不同電源之間的干擾18）

20、3W規(guī)則：為了減少線間串?dāng)_，應(yīng)保證線間距足夠大，當(dāng)線中心間距不少于3倍線寬時(shí)，則可保持70%的電場(chǎng)不互相干擾，稱為3W規(guī)則。如要達(dá)到98%的電場(chǎng)不互相干擾，可使用10W的間距。 19） 20H規(guī)則：以一個(gè)H（電源和地之間的介質(zhì)厚度）為單位，若內(nèi)縮20H則可以將70%的電場(chǎng)限制在接地層邊沿內(nèi)；內(nèi)縮100H則可以將98%的電場(chǎng)限制在內(nèi)。 20） 五---五規(guī)則：印制板層數(shù)選擇規(guī)則，即時(shí)鐘頻率到5MHz或脈沖上升時(shí)間小于5ns，則PCB板

21、須采用多層板,7、進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該遵循的規(guī)則（續(xù)）,(六) 工藝設(shè)計(jì)要求,1、PCB仿真2、可測(cè)試性3、PCB標(biāo)注,(七) 設(shè)計(jì)評(píng)審,1. 檢查高頻、高速、時(shí)鐘及其他脆弱信號(hào)線，是否回路面積最小、是否遠(yuǎn)離干擾源、是否有多余的過(guò)孔和繞線、是否有垮地層分割區(qū)2. 檢查晶體、變壓器、光藕、電源模塊下面是否有信號(hào)線穿過(guò)，應(yīng)盡量避免在其下穿線，特別是晶體下面應(yīng)盡量鋪設(shè)接地的銅皮。3. 檢查定位孔、定位件是否與結(jié)構(gòu)圖一致，ICT定位孔、