PCB设计基本概念.docx

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PCB设计基本概念

PCB设计基本概念

1、“层（Layer）”的概念

与字处理或其它许多软件中为实现图、文、色彩等的嵌套与合成而引入的“层”的概念有所同，Protel的“层”不是虚拟的，而是印刷板材料本身实实在在的各铜箔层。

现今，由于电子线路的元件密集安装。

防干扰和布线等特殊要求，一些较新的电子产品中所用的印刷板不仅有上下两面供走线，在板的中间还设有能被特殊加工的夹层铜箔，例如，现在的计算机主板所用的印板材料多在4层以上。

这些层因加工相对较难而大多用于设置走线较为简单的电源布线层（如软件中的GroundDever和PowerDever），并常用大面积填充的办法来布线（如软件中的ExternaIP1a11e和Fill）。

上下位置的表面层与中间各层需要连通的地方用软件中提到的所谓“过孔（Via）”来沟通。

有了以上解释，就不难理解“多层焊盘”和“布线层设置”的有关概念了。

举个简单的例子，不少人布线完成，到打印出来时方才发现很多连线的终端都没有焊盘，其实这是自己添加器件库

时忽略了“层”的概念，没把自己绘制封装的焊盘特性定义为”多层（Mulii一Layer）的缘故。

要提醒的是，一旦选定了所用印板的层数，务必关闭那些未被使用的层，免得惹事生非走弯路。

　　2、过孔（Via）

　　为连通各层之间的线路，在各层需要连通的导线的文汇处钻上一个公共孔，这就是过孔。

工艺上在过孔的孔壁圆柱面上用化学沉积的方法镀上一层金属，用以连通中间各层需要连通的铜箔，而过孔的上下两面做成普通的焊盘形状，可直接与上下两面的线路相通，也可不连。

一般而言，设计线路时对过孔的处理有以下原则：

（1）尽量少用过孔，一旦选用了过孔，务必处理好它与周边各实体的间隙，特别是容易被忽视的中间各层与过孔不相连的线与过孔的间隙，如果是自动布线，可在“过孔数量最小化”（ViaMinimiz8tion）子菜单里选择“on”项来自动解决。

（2）需要的载流量越大，所需的过孔尺寸越大，如电源层和地层与其它层联接所用的过孔就要大一些。

　　3、丝印层（Overlay）

　　为方便电路的安装和维修等，在印刷板的上下两表面印刷上所需要的标志图案和文字代号等，例如元件标号和标称值、元件外廓形状和厂家标志、生产日期等等。

不少初学者设计丝印层的有关内容时，只注意文字符号放置得整齐美观，忽略了实际制出的PCB效果。

他们设计的印板上，字符不是被元件挡住就是侵入了助焊区域被抹赊，还有的把元件标号打在相邻元件上，如此种种的设计都将会给装配和维修带来很大不便。

正确的丝印层字符布置原则是：

”不出歧义，见缝插针，美观大方”。

4、SMD的特殊性

　　Protel封装库内有大量SMD封装，即表面焊装器件。

这类器件除体积小巧之外的最大特点是单面分布元引脚孔。

因此，选用这类器件要定义好器件所在面，以免“丢失引脚（MissingPlns）”。

另外，这类元件的有关文字标注只能随元件所在面放置。

　　5、网格状填充区（ExternalPlane）和填充区（Fill）

　　正如两者的名字那样，网络状填充区是把大面积的铜箔处理成网状的，填充区仅是完整保留铜箔。

初学者设计过程中在计算机上往往看不到二者的区别，实质上，只要你把图面放大后就一目了然了。

正是由于平常不容易看出二者的区别，所以使用时更不注意对二者的区分，要强调的是，前者在电路特性上有较强的抑制高频干扰的作用，适用于需做大面积填充的地方，特别是把某些区域当做屏蔽区、分割区或大电流的电源线时尤为合适。

后者多用于一般的线端部或转折区等需要小面积填充的地方。

　　6、焊盘（Pad）

　　焊盘是PCB设计中最常接触也是最重要的概念，但初学者却容易忽视它的选择和修正，在设计中千篇一律地使用圆形焊盘。

选择元件的焊盘类型要综合考虑该元件的形状、大小、布置形式、振动和受热情况、受力方向等因素。

Protel在封装库中给出了一系列不同大小和形状的焊盘，如圆、方、八角、圆方和定位用焊盘等，但有时这还不够用，需要自己编辑。

例如，对发热且受力较大、电流较大的焊盘，可自行设计成“泪滴状”，在大家熟悉的彩电PCB的行输出变压器引脚焊盘的设计中，不少厂家正是采用的这种形式。

一般而言，自行编辑焊盘时除了以上所讲的以外，还要考虑以下原则：

（1）形状上长短不一致时要考虑连线宽度与焊盘特定边长的大小差异不能过大；

（2）需要在元件引角之间走线时选用长短不对称的焊盘往往事半功倍；

　　（3）各元件焊盘孔的大小要按元件引脚粗细分别编辑确定，原则是孔的尺寸比引脚直径大0．2-0．4毫米。

　　7、各类膜（Mask）

　　这些膜不仅是PcB制作工艺过程中必不可少的，而且更是元件焊装的必要条件。

按“膜”所处的位置及其作用，“膜”可分为元件面（或焊接面）助焊膜（TOporBottom和元件面（或焊接面）阻焊膜（TOporBottomPasteMask）两类。

顾名思义，助焊膜是涂于焊盘上，提高可焊性能的一层膜，也就是在绿色板子上比焊盘略大的各浅色圆斑。

阻焊膜的情况正好相反，为了使制成的板子适应波峰焊等焊接形式，要求板子上非焊盘处的铜箔不能粘锡，因此在焊盘以外的各部位都要涂覆一层涂料，用于阻止这些部位上锡。

可见，这两种膜是一种互补关系。

由此讨论，就不难确定菜单中

类似“solderMaskEn1argement”等项目的设置了。

　　8、飞线，飞线有两重含义：

（1）自动布线时供观察用的类似橡皮筋的网络连线，在通过网络表调入元件并做了初步布局后，用“Show命令就可以看到该布局下的网络连线的交叉状况，不断调整元件的位置使这种交叉最少，以获得最大的自动布线的布通率。

这一步很重要，可以说是磨刀不误砍柴功，多花些时间，值！

另外，自动布线结束，还有哪些网络尚未布通，也可通过该功能来查找。

找出未布通网络之后，可用手工补偿，实在补偿不了就要用到“飞线”的第二层含义，就是在将来的印板上用导线连通这些网络。

要交待的是，如果该电路板是大批量自动线生产，可将这种飞线视为0欧阻值、具有统一焊盘间距的电阻元

件来进行设计.

设计PCB应该注意的问题

作为一个电子工程师设计电路是一项必备的硬功夫，但是原理设计再完美，如果电路板设计不合理性能将大打折扣，严重时甚至不能正常工作。

根据我的经验，我总结出以下一些ＰＣＢ设计中应该注意的地方，希望能对您有所启示。

   不管用什么软件，ＰＣＢ设计有个大致的程序，按顺序来会省时省力，因此我将按制作流程来介绍一下。

（由于ｐｒｏｔｅｌ界面风格与ｗｉｎｄｏｗｓ视窗接近，操作习惯也相近，且有强大的仿真功能，使用的人比较多，将以此软件作说明。

）

   原理图设计是前期准备工作，经常见到初学者为了省事直接就去画ＰＣＢ板了，这样将得不偿失，对简单的板子，如果熟练流程，不妨可以跳过。

但是对于初学者一定要按流程来，这样一方面可以养成良好的习惯，另一方面对复杂的电路也只有这样才能避免出错。

 作为一个电子工程师设计电路是一项必备的硬功夫，但是原理设计再完美，如果电路板设计不合理性能将大打折扣，严重时甚至不能正常工作。

根据我的经验，我总结出以下一些ＰＣＢ设计中应该注意的地方，希望能对您有所启示。

   不管用什么软件，ＰＣＢ设计有个大致的程序，按顺序来会省时省力，因此我将按制作流程来介绍一下。

（由于ｐｒｏｔｅｌ界面风格与ｗｉｎｄｏｗｓ视窗接近，操作习惯也相近，且有强大的仿真功能，使用的人比较多，将以此软件作说明。

）

   原理图设计是前期准备工作，经常见到初学者为了省事直接就去画ＰＣＢ板了，这样将得不偿失，对简单的板子，如果熟练流程，不妨可以跳过。

但是对于初学者一定要按流程来，这样一方面可以养成良好的习惯，另一方面对复杂的电路也只有这样才能避免出错。

在画原理图时，层次设计时要注意各个文件最后要连接为一个整体，这同样对以后的工作有重要意义。

由于，软件的差别有些软件会出现看似相连实际未连（电气性能上）的情况。

如果不用相关检测工具检测，万一出了问题，等板子做好了才发现就晚了。

因此一再强调按顺序来做的重要性，希望引起大家的注意。

原理图是根据设计的项目来的，只要电性连接正确没什么好说的。

下面我们重点讨论一下具体的制板程序中的问题。

ｌ、制作物理边框

   封闭的物理边框对以后的元件布局、走线来说是个基本平台，也对自动布局起着约束作用，否则，从原理图过来的元件会不知所措的。

但这里一定要注意精确，否则以后出现安装问题麻烦可就大了。

还有就是拐角地方最好用圆弧，一方面可以避免尖角划伤工人，同时又可以减轻应力作用。

以前我的一个产品老是在运输过程中有个别机器出现面壳ＰＣＢ板断裂的情况，改用圆弧后就好了。

２、元件和网络的引入

   把元件和网络引人画好的边框中应该很简单，但是这里往往会出问题，一定要细心地按提示的错误逐个解决，不然后面要费更大的力气。

这里的问题一般来说有以下一些：

   元件的封装形式找不到，元件网络问题，有未使用的元件或管脚，对照提示这些问题可以很快搞定的。

３、元件的布局

   元件的布局与走线对产品的寿命、稳定性、电磁兼容都有很大的影响，是应该特别注意的地方。

一般来说应该有以下一些原则：

３．ｌ放置顺序

   先放置与结构有关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。

再放置线路上的特殊元件和大的元器件，如发热元件、变压器、IC等。

最后放置小器件。

３．２注意散热

   元件布局还要特别注意散热问题。

对于大功率电路，应该将那些发热元件如功率管、变压器等尽量靠边分散布局放置，便于热量散发，不要集中在一个地方，也不要高电容太近以免使电解液过早老化。

４、布线

   布线原则

走线的学问是非常高深的，每人都会有自己的体会，但还是有些通行的原则的。

   ◆高频数字电路走线细一些、短一些好

   ◆大电流信号、高电压信号与小信号之间应该注意隔离（隔离距离与要承受的耐压有关，通常情况下在2ＫＶ时板上要距离2mm，在此之上以比例算还要加大，例如若要承受３ＫＶ的耐压测试，则高低压线路之间的距离应在3.5ｍｍ以上，许多情况下为避免爬电，还在印制线路板上的高低压之间开槽。

）

◆两面板布线时，两面的导线宜相互垂直、斜交、或弯曲走线，避免相互平行，以减小寄生耦合；作为电路的输人及输出用的印制导线应尽量避兔相邻平行，以免发生回授，在这些导线之间最好加接地线。

◆走线拐角尽可能大于９０度，杜绝９０度以下的拐角，也尽量少用９０度拐角

◆同是地址线或者数据线，走线长度差异不要太大，否则短线部分要人为走弯线作补偿

◆走线尽量走在焊接面，特别是通孔工艺的ＰＣＢ

◆尽量少用过孔、跳线

◆单面板焊盘必须要大，焊盘相连的线一定要粗，能放泪滴就放泪滴，一般的单面板厂家质量不会很好，否则对焊接和ＲＥ－ＷＯＲＫ都会有问题

◆大面积敷铜要用网格状的，以防止波焊时板子产生气泡和因为热应力作用而弯曲，但在特殊场合下要考虑ＧＮＤ的流向，大小，不能简单的用铜箔填充了事，而是需要去走线

◆元器件和走线不能太靠边放，一般的单面板多为纸质板，受力后容易断裂，如果在边缘连线或放元器件就会受到影响

◆必须考虑生产、调试、维修的方便性

   对模拟电路来说处理地的问题是很重要的，地上产生的噪声往往不便预料，可是一旦产生将会带来极大的麻烦，应该未雨绸缎。

对于功放电路，极微小的地噪声都会因为后级的放大对音质产生明显的影响；在高精度Ａ／Ｄ转换电路中，如果地线上有高频分量存在将会产生一定的温漂，影响放大器的工作。

这时可以在板子的４角加退藕电容，一脚和板子上的地连，一脚连到安装孔上去（通过螺钉和机壳连），这样可将此分量虑去，放大器及ＡＤ也就稳定了。

   另外，电磁兼容问题在目前人们对环保产品倍加关注的情况下显得更加重要了。

一般来说电磁信号的来源有３个：

信号源，辐射，传输线。

晶振是常见的一种高频信号源，在功率谱上晶振的各次谐波能量值会明显高出平均值。

可行的做法是控制信号的幅度，晶振外壳接地，对干扰信号进行屏蔽，采用特殊的滤波电路及器件等。

   需要特别说明的是蛇形走线，因为应用场合不同其作用也是不同的，在电脑的主板中用在一些时钟信号上，如ＰＣＩＣｌｋ、ＡＧＰ-Ｃｌｋ，它的作用有两点：

１、阻抗匹配２、滤波电感。

   对一些重要信号，如ＩＮＴＥＬＨＵＢ架构中的ＨＵＢＬｉｎｋ，一共１３根，频率可达２３３ＭＨＺ，要求必须严格等长，以消除时滞造成的隐患，这时，蛇形走线是唯一的解决办法。

   一般来讲，蛇形走线的线距＞＝２倍的线宽；若在普通PCB板中，除了具有滤波电感的作用外，还可作为收音机天线的电感线圈等等。

５、调整完善

   完成布线后，要做的就是对文字、个别元件、走线做些调整以及敷铜（这项工作不宜太早，否则会影响速度，又给布线带来麻烦），同样是为了便于进行生产、调试、维修。

   敷铜通常指以大面积的铜箔去填充布线后留下的空白区，可以铺ＧＮＤ的铜箔，也可以铺ＶＣＣ的铜箔（但这样一旦短路容易烧毁器件，最好接地，除非不得已用来加大电源的导通面积，以承受较大的电流才接ＶＣＣ）。

包地则通常指用两根地线（ＴＲＡＣ）包住一撮有特殊要求的信号线，防止它被别人干扰或干扰别人。

如果用敷铜代替地线一定要注意整个地是否连通，电流大小、流向与有无特殊要求，以确保减少不必要的失误。

６、检查核对网络

   有时候会因为误操作或疏忽造成所画的板子的网络关系与原理图不同，这时检察核对是很有必要的。

所以画完以后切不可急于交给制版厂家，应该先做核对，后再进行后续工作。

PCB板布局原则

1.元件排列规则

1）.在通常条件下,所有的元件均应布置在印制电路的同一面上，只有在顶层元件过密时，才能将一些高度有限并且发热量小的器件，如贴片电阻、贴片电容、贴IC等放在底层。

2）.在保证电气性能的前提下，元件应放置在栅格上且相互平行或垂直排列，以求整齐、美观，一般情况下不允许元件重叠；元件排列要紧凑，输入和输出元件尽量远离。

3）.某元器件或导线之间可能存在较高的电位差，应加大它们的距离，以免因放电、击穿而引起意外短路。

4）.带高电压的元件应尽量布置在调试时手不易触及的地方。

5）.位于板边缘的元件，离板边缘至少有2个板厚的距离

6）.元件在整个板面上应分布均匀、疏密一致。

2.按照信号走向布局原则

1）.通常按照信号的流程逐个安排各个功能电路单元的位置，以每个功能电路的核心元件为中心，围绕它进行布局。

2）.元件的布局应便于信号流通，使信号尽可能保持一致的方向。

多数情况下，信号的流向安排为从左到右或从上到下，与输入、输出端直接相连的元件应当放在靠近输入、输出接插件或连接器的地方。

3.防止电磁干扰

1）.对辐射电磁场较强的元件，以及对电磁感应较灵敏的元件，应加大它们相互之间的距离或加以屏蔽，元件放置的方向应与相邻的印制导线交叉。

2）.尽量避免高低电压器件相互混杂、强弱信号的器件交错在一起。

3）.对于会产生磁场的元件，如变压器、扬声器、电感等，布局时应注意减少磁力线对印制导线的切割，相邻元件磁场方向应相互垂直，减少彼此之间的耦合。

4）.对干扰源进行屏蔽，屏蔽罩应有良好的接地。

5）.在高频工作的电路，要考虑元件之间的分布参数的影响。

4.抑制热干扰

1）.对于发热元件，应优先安排在利于散热的位置，必要时可以单独设置散热器或小风扇，以降低温度，减少对邻近元件的影响。

2）.一些功耗大的集成块、大或中功率管、电阻等元件，要布置在容易散热的地方，并与其它元件隔开一定距离。

3）.热敏元件应紧贴被测元件并远离高温区域，以免受到其它发热功当量元件影响，引起误动作。

4）.双面放置元件时，底层一般不放置发热元件。

5.可调元件的布局

   对于电位器、可变电容器、可调电感线圈或微动开关等可调元件的布局应考虑整机的结构要求，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；若是机内调节，则应放置在印制电路板于调节的地方。