PCB设计.docx

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PCB设计

PCB设计概述

一般的PCB设计流程为绘制原理图，建立元件，输入原理图，规划布局，布线设计，设计验证，CAM输出。

1．原理图设计是产品设计的一个非常重要的过程，我们在绘制原理图时可以输入各种设计信息，以便在完成原理图设计后进行模拟仿真和特性分析，并方便后面的PCB板级设计，以减少PCB板级设计失误。

2．当完成了原理图的绘制后，在传网表之前，可能某些逻辑元件没有对应的PCB封装元件，所以必须先建立这些元件，否则当传输网表时，由于逻辑元件找不到对应的PCB元件而导致传送网表失败或PCB板设计错误。

3．当所有需要的PCB元件封装都已建好后，就可以传送网表至PCB设计软件中去了。

4．网表传送成功后，首先根据已定的结构尺寸绘制边框，然后开始进行元器件的规划布局。

对于PCB设计来讲，尽管布线的难易程度主要和这个PCB板本身网络密度有关，但选择比较合理的布局完全可以降低这个布线难度。

一般布局设计首先放置固定件，固定件在板上的位置是固定的，所以别无选择，只有先按固定件在板上的坐标放置它们。

放置好固定件之后布局的第二个步骤需要设置一些条件区域，这些条件区域会对设置的区域进行某种控制，使得元件、走线或其他对象不可以违背此限制。

在电路板上最通常的控制是对板上某个区域器件高度限制、禁止布线限制及不允许放入测试点限制等。

这些限制条件有必要而且有些是必须考虑的。

设置好局部区域限制条件之后进入布局设计的第三步，现在可以将一些比较重要的元件放入板框中，因为这些元件在设计上可能对其有一定的要求，其中包括它的管脚走线方式等，所以必须先考虑它们，否则会给以后的设计带来一连串的麻烦。

放置完重要元件后要先放置那些比较大或者比较复杂的元件，因为这些元件包括的网络较多，放置好它们之后就可以参考网络连接或设计要求来放置最后剩余的元件，不过在放置最后剩余的元件时最好参考原理图来放置。

考虑到PCB板的美观及装配元器件的方便，我们放置元器件时一般使元器件的方向一致，即IC的1脚朝向一致，有极性的电容极性一致，二极管及三极管的方向一致以及元器件的丝印放置也要一致等等。

5．当完成了布局而在开始布线之前，必须进行一系列的布线前准备工作，特别是如果设计是多层板，那么有关的设置更是不容忽视的，不管怎样应养成一种好的设计习惯。

首先进行层设置，定义每层的属性及走线的方向，一般我们每两层定义为层对，即如果某层走线方向设置为水平方向，那么该层相对应的走线层的走线方向设置为垂直方向，这样PCB板的布通率会比较高。

层设置好之后要根据需要定义焊盘和过孔。

然后根据设计经验及仿真分析进行设计规则设置，主要有布线宽度设置，安全间距设置等等。

当完成有关的设置后，接下来就开始进行布线设计了，一般我们都采用手工布线方式。

布线完成后进行优化调整，之后可以根据需要对PCB板进行大面积接地铺铜。

6．当完成了上述的设计过程之后，在将PCB板送去生产之前，一定要对自己的设计进行一次全面的检查，以确保设计没有任何错误的情况下才可以将设计送去生产。

设计验证可以对PCB设计进行全面或者部分检查，从最基本的设计要求，比如线宽、线距和所有网络的连通性到高速电路设计、测试点和生产加工的检查。

7．经设计验证无误后，就可以进行PCB的CAM输出送交PCB生产厂商生产了，一般CAM输出包括GERBER输出和打印等。

经过以上步骤后，一块完整的PCB板就设计好了。

PCB设计指引

1．目的和作用

1．1规范设计作业，提高生产效率和改善产品的质量。

2．适用范围

2.1汉桑公司开发部DVD、音响等产品。

3．责任

3．1汉桑公司开发部的所有电子工程师、技术员等。

4．资历和培训

4．1有电子技术基础；

4．2有计算机基本操作常识；

4．3熟悉PCB设计软件。

5．工作指导（所有长度单位为mm）

5．1铜箔最小线宽：

单面板0.3mm，双面板0.2mm，边缘铜箔最小要1.0mm

5．2铜箔最小间隙：

单面板0.3mm，双面板0.2mm

5．3铜箔与板边最小距离为0.5mm，元件与板边最小距离为5.0mm，焊盘与板边最小距离为4.0mm

5．4一般通孔安装元件的焊盘大小（直径）孔径的两倍，双面板最小为1.5mm，单面板最小为2.0mm，（建议2.5mm）。

如果不能用圆形焊盘，可用腰圆形焊盘，大小如下图所示（如有标准元件库，则以标准元件库为准）：

焊盘长边、短边与孔的关系为：

a

B

c

0.6

2.8

1.27

0.7

2.8

1.52

0.8

2.8

1.65

0.9

2.8

1.74

1.0

2.8

1.84

1.1

2.8

1.94

5．5电解电容不可触及发热元件，如大功率电阻、热敏电阻、变压器、散热器等，电解电容与散热器的间隔最小为10.0mm，其它元件到散热器的间隔最小为2.0mm。

5．6大型元器件（如变压器、直径15.0mm以上的电解电容、大电流的插座等）加大铜箔及上锡面积如下图：

（阴影部分面积最小要与焊盘面积相等）

5．7螺丝孔半径5.0mm内不能有铜箔（除要求接地外）及元件（或按结构图要求）。

5．8上锡位不能有丝印油。

5．9焊盘中心距小于2.5mm的，该相邻的焊盘周边要有丝印油包裹，丝印油宽度为0.2mm（建议0.5mm）。

5．10跳线不要放在IC下面或马达、电位器以及其它大体积金属外壳的元件下。

5．11在大面积PCB设计中（大约超过500cm²以上），为防止过锡炉时PCB板弯曲，应在PCB板中间留一条5至10mm宽的空隙不放元器件（可走线），以用来在过锡炉时加上防止PCB板弯曲的压条，如下图的阴影区：

5．12每一只三极管必须在丝印上标出e、c、b脚。

5．13需要过锡炉后才焊的元件，焊盘要开走锡位，方向与过锡方向相反，宽度视孔的大小为0.5mm到1.0mm，如下图：

5．14设计双面板时要注意，金属外壳的元件，插件时外壳与印制板接触的，顶层的焊盘不可开，一定要用绿油或丝印油盖住（例如晶振）。

5．15为减少焊点短路，所有的双面板过孔都不开绿油窗。

5．16每一块PCB上都必须用实心箭头标出过锡炉的方向：

5．17孔洞间距离最小为1.25mm（对双面板无效）：

5．18布局时，DIP封装的IC摆放的方向必须与过锡炉的方向成垂直，不可平行，如果布局上有困难，可允许水平放置IC（SOP封装的IC摆放方向与DIP相反）如下图：

5．19布线方向为水平或垂直，由垂直转入水平要走45度进入。

5．20元件的放置为水平或垂直。

5．21丝印字符为水平或逆时针旋转90度摆放。

5．22若铜箔入圆焊盘的宽度较圆焊盘的直径小时，则需加泪滴，如图：

5．23物料编码和设计编号要放在板的空位上。

5．24把没有接线的地方合理地作接地或电源用。

5．25布线尽可能短，特别注意时钟线、低电平信号线及所有高频回路布线要更短。

5．26模拟电路及数字电路的地线及供电系统要完全分开。

5．27如果印制板上有大面积地线和电源线区（面积超过500mm²），应局部开窗口，如图：

5．28电插印制板的定位孔规定如下，阴影部分不可放置元件（手插元件除外），L的范围是50-330mm，H的范围是50-250mm，如果小于50X50mm则要拼板开模方可电插，如果超过330X250mm则改为手插板。

定位孔需在长边上。

5．29横插元件（电阻、二极管等）脚间中心距必须是5.0mm、7.5mm、10.0mm及12.5mm（如非必要，6.0mm亦可利用，但适用于IN4148型之二极管或1/6W电阻上。

1/4W电阻由10.0mm开始）。

跳线脚间中心距必须是5.0mm、7.5mm、12.5mm、15.0mm、17.5mm、20.0mm、22.5mm、25.0mm。

5.30电插印制板的阻焊丝印油如下图所示:

5.31横插元件阻焊油方向:

（内向）

5.32直插元件阻焊油方向:

（外向）

5.33电插元件孔直径:

a）横插元件孔直径为:

1.1+0.1/-0.0mm

b）直插元件孔直径为:

1.0+0.1/-0.0mm

c）铆钉孔直径

--2.0mm铆钉孔直径=2.25+0.1/-0.0mm

--3.0mm铆钉孔直径=3.25+0.1/-0.0mm

5.34PCB板上的散热孔，直径不可大于3.5mm

5.35PCB上如果有Φ12或方形12mm以上的孔,必须做一个防止焊锡流出的孔盖,如下图:

（孔隙为1.0mm）

5.36电插印制板横插元件（电阻、二极管）间之最小距离X如下表：

相对位置

1/16W电阻

1/4W电阻

跳线

X=2.83

X=2.83

X=2.83

X=2.5

X=2.5

X=2.5

X=3.0

X=3.2

X=3.0

X=3.2

X=3.4

X=3.2

5.37直插元件只适用于外围尺寸或直径不大于10.5mm之元件。

5.38直插元件孔之中心相距为2.5mm或5.0mm.

5.39电插板直插元件间之最小间隙要符合下图X及Y的要求:

A

B

X

Y

A<9.2

B≤5.0

不适用

8.0

A<9.2

5

5.5

不适用

9.2

B≤5.0

不适用

A/2+3.4

9.2

5

A/2+0.9

不适用

A

X

A<6.35

3.8

6.35≤A≤10.5

A/2+0.625

5.40测试焊盘:

测试焊盘以Φ2.0mm为标准，最小要Φ1.3mm,开模后的测试焊盘不能移动，非不得已事先要与生产部门商量。

5.41当无维护文件时,PCB板上的保险管、保险电阻、交流220V的滤波电容、变压器等元件位置附近,面丝印上应有

符号及该元件的标称值.

5.42交流220V电源部分的火线与中线在铜箔安全距离不小于3.0MM，交流220V线中任一PCB线或可触及点距离低压零件及壳体之间距应大于6MM,并且要加上

符号,符号下方应有HIGHVOLTAGEDANGER”字符，强电与弱电间应用粗的丝印线分开,以警告维修人员该处为高压部分,要小心操作.

5.43在用贴片元件的PCB板上，为了提高贴片元件的贴装准确性，PCB板上必须设有校正标记（MARKS），且每一块板最少要两个标记，分别设于PCB的一组对角上，如下图：

5.44一般标记的形状有：

A=（0.5～1.0mm）±10%

5.45最常用的标记为正方形和圆形，标记部的铜箔或焊锡从标记中心方形的5mm范围内应无焊迹或图案；标记部的铜箔或焊锡从标记中心圆形的4mm范围内应无焊迹或图案。

如下图：

5.46对于IC（QFP）等当引脚间距小于0.8mm时,要求在零件的单位对角加两个标记，作为该零件的校正标记，如下图所示：

5.47在一块板上有相同的多块板时，只要指定一个电路的标记或零件的标准标记后，其它电路也可以自动地移动识别标记，但是其它的电路有180角度（调头配置）时标记只限用圆形（实心或空心）。

5.48贴片元件的间距：

5.49贴片元件与电插元件脚之间的距离，如图：

5.50SMD器件的引脚与大面积筒箔连接时，要进行热隔离处理，如下图：

其中A满足5.2的要求,B最小满足5.1的要求,最大不超过焊盘宽度的三分之一。

PCB设计指南

一、PCB布局

在设计中，布局是一个重要的环节。

布局结果的好坏将直接影响布线的效果，因此可以这样认为，合理的布局是PCB设计成功的第一步。

布局的方式分两种，一种是交互式布局（手动布局），另一种是自动布局，一般是在自动布局的基础上用交互式布局进行调整，在布局时还可根据走线的情况对门电路进行再分配，将两个门电路进行交换，使其成为便于布线的最佳布局。

在布局完成后，还可对设计文件及有关信息进行返回标注于原理图，使得PCB板中的有关信息与原理图相一致，以便在今后的建档、更改设计能同步起来,同时对模拟的有关信息进行更新，使得能对电路的电气性能及功能进行板级验证。

--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。

在一个PCB板上，元件的布局要求要均衡，疏密有序，不能头重脚轻或一头沉。

--布局的检查 

印制板尺寸是否与加工图纸尺寸相符？

能否符合PCB制造工艺要求？

有无定位标记？

元件在二维、三维空间上有无冲突？

元件布局是否疏密有序，排列整齐？

是否全部布完？

需经常更换的元件能否方便的更换？

插件板插入设备是否方便？

热敏元件与发热元件之间是否有适当的距离？

调整可调元件是否方便？

在需要散热的地方，装了散热器没有？

空气流是否通畅？

信号流程是否顺畅且互连最短？

插头、插座等与机械设计是否矛盾？

线路的干扰问题是否有所考虑？

二、PCB布线

在PCB设计中，布线是完成产品设计的重要步骤，可以说前面的准备工作都是为它而做的，在整个PCB中，以布线的设计过程限定最高，技巧最细、工作量最大。

PCB布线有单面布线、双面布线及多层布线。

布线的方式也有两种：

自动布线及交互式布线（手动布线），对要求比较严格的线一般进行交互式布线，输入端与输出端的边线应避免相邻平行，以免产生反射干扰。

必要时应加地线隔离，两相邻层的布线要互相垂直，平行容易产生寄生耦合。

1、电源、地线的处理

即使在整个PCB板中的布线完成得都很好，但由于电源、地线的考虑不周到而引起的干扰，会使产品的性能下降，有时甚至影响到产品的成功率。

所以对电、地线的布线要认真对待，把电、地线所产生的噪音干扰降到最低限度，以保证产品的质量。

现在对降低式抑制噪音作以表述：

（1）、众所周知的是在电源、地线之间加上去耦电容。

（2）、尽量加宽电源、地线宽度，最好是地线比电源线宽，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,最经细宽度可达0.05～0.07mm,电源线为1.2～2.5mm。

对数字电路的PCB可用宽的地导线组成一个回路,即构成一个地网来使用（模拟电路的地不能这样使用） 。

（3）、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。

或是做成多层板，电源，地线各占用一层。

2、数字电路与模拟电路的共地处理

现在有许多PCB不再是单一功能电路（数字或模拟电路），而是由数字电路和模拟电路混合构成的。

因此在布线时就需要考虑它们之间互相干扰问题，特别是地线上的噪音干扰。

数字电路的频率高，模拟电路的敏感度强，对信号线来说，高频的信号线尽可能远离敏感的模拟电路器件，对地线来说，整个PCB对外界只有一个结点，所以必须在PCB内部进行处理数、模共地的问题，而在板内部数字地和模拟地实际上是分开的它们之间互不相连，只是在PCB与外界连接的接口处（如插头等）数字地与模拟地有一点短接，请注意，只有一个连接点。

也有在PCB上不共地的，这由系统设计来决定。

3、信号线布在电（地）层上

在多层印制板布线时，由于在信号线层没有布完的线剩下已经不多，再多加层数就会造成浪费也会给生产增加一定的工作量，成本也相应增加了，为解决这个矛盾，可以考虑在电（地）层上进行布线。

首先应考虑用电源层，其次才是地层。

因为最好是保留地层的完整性。

4、大面积导体中连接腿的处理

在大面积的接地（电）中，常用元器件的腿与其连接，对连接腿的处理需要进行综合的考虑，就电气性能而言，元件腿的焊盘与铜面满接为好，但对元件的焊接装配就存在一些不良隐患如：

①焊接需要大功率加热器。

②容易造成虚焊点。

所以兼顾电气性能与工艺需要，做成十字花焊盘，称之为热隔离（heatshield）俗称热焊盘（Thermal），这样，可使在焊接时因截面过分散热而产生虚焊点的可能性大大减少。

多层板的接电（地）层腿的处理相同。

5、布线中网络系统的作用

在许多CAD系统中，布线是依据网络系统决定的。

网格过密，通路虽然有所增加，但步进太小，图场的数据量过大，这必然对设备的存贮空间有更高的要求，同时也对象计算机类电子产品的运算速度有极大的影响。

而有些通路是无效的，如被元件腿的焊盘占用的或被安装孔、定位孔所占用的等。

网格过疏，通路太少对布通率的影响极大。

所以要有一个疏密合理的网格系统来支持布线的进行。

6、设计规则检查（DRC）

布线设计完成后，需认真检查布线设计是否符合设计者所制定的规则，同时也需确认所制定的规则是否符合印制板生产工艺的需求，一般检查有如下几个方面：

（1）、线与线，线与元件焊盘，线与贯通孔，元件焊盘与贯通孔，贯通孔与贯通孔之间的距离是否合理，是否满足生产要求。

（2）、电源线和地线的宽度是否合适，电源与地线之间是否紧耦合（低的波阻抗）？

在PCB中是否还有能让地线加宽的地方。

（3）、对于关键的信号线是否采取了最佳措施，如长度最短，加保护线，输入线及输出线被明显地分开。

（4）、模拟电路和数字电路部分，是否有各自独立的地线。

（5）后加在PCB中的图形（如图标、注标）是否会造成信号短路。

（6）对一些不理想的线形进行修改。

（7）、在PCB上是否加有工艺线？

阻焊是否符合生产工艺的要求，阻焊尺寸是否合适，字符标志是否压在器件焊盘上，以免影响电装质量。

（8）、多层板中的电源地层的外框边缘是否缩小，如电源地层的铜箔露出板外容易造成短路。

7、对于IC,应遵照芯片商的布板要求（见Datasheet）。