PCB设计规范电容及部分二极管的分类.docx
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PCB设计规范电容及部分二极管的分类
PCB设计规范电容及部分二极管的分类
1概述
本文档的目的在于说明使用PADS的印制板设计软件PowerPCB进行印制板设计的流程和一些注意事项，为一个工作组的设计人员提供设计规范，方便设计人员之间进行交流和相互检查。
2设计流程FPGADSPEDARTOS
PCB的设计流程分为网表输入。
规则设置。
元器件布局。
布线。
检查。
复查。
输出六个步骤。
2.1网表输入
网表输入有两种方法，一种是使用PowerLogic的OLEPowerPCBConnection功能，选择SendNetlist,应用OLE功能，能够随时保持原理图和PCB图的一致，尽量减少出错的可能。
另一种方法是直截了当在PowerPCB中装载网表，选择File->Import,将原理图生成的网表输入进来。
2.2规则设置
假如在原理图设计时期就差不多把PCB的设计规则设置好的话，就不用再进行设置这些规则了，因为输入网表时，设计规则已随网表输入进PowerPCB了。
假如修改了设计规则，必须同步原理图，保证原理图和PCB的一致。
除了设计规则和层定义外，还有一些规则需要设置，比如PadStacks,需要修改标准过孔的大校假如设计者新建了一个焊盘或过孔，一定要加上Layer25。
注意：
PCB设计规则。
层定义。
过孔设置。
CAM输出设置差不多作成缺省启动文件，名称为Default.stp,网表输入进来以后，按照设计的实际情形，把电源网络和地分配给电源层和地层，并设置其它高级规则。
在所有的规则都设置好以后，在PowerLogic中，使用OLEPowerPCBConnection的RulesfromPCB功能，更新原理图中的规则设置，保证原理图和PCB图的规则一致。
2.3元器件布局
网表输入以后，所有的元器件都会放在工作区的零点，重叠在一起，下一步的工作确实是把这些元器件分开，按照一些规则摆放整齐，即元器件布局。
PowerPCB提供了两种方法，手工布局和自动布局。
2.3.1手工布局
1.工具印制板的结构尺寸画出板边（BoardOutline）。
2.将元器件分散（DisperseComponents）,元器件会排列在板边的周围。
3.把元器件一个一个地移动。
旋转，放到板边以内，按照一定的规则摆放整齐。
2.3.2自动布局
PowerPCB提供了自动布局和自动的局部簇布局，但对大多数的设计来说，成效并不理想，不举荐使用。
2.3.3注意事项
a.布局的首要原则是保证布线的布通率，移动器件时注意飞线的连接，把有连线关系的器件放在一起
b.数字器件和模拟器件要分开，尽量远离
c.去耦电容尽量靠近器件的VCC
d.放置器件时要考虑以后的焊接，不要太密集
e.多使用软件提供的Array和Union功能，提高布局的效率
2.4布线
布线的方式也有两种，手工布线和自动布线。
PowerPCB提供的手工布线功能十分强大，包括自动推挤。
在线设计规则检查（DRC）,自动布线由Specctra的布线引擎进行，通常这两种方法配合使用，常用的步骤是手工—自动—手工。
2.4.1手工布线
1.自动布线前，先用手工布一些重要的网络，比如高频时钟。
主电源等，这些网络往往对走线距离。
线宽。
线间距。
屏蔽等有专门的要求；另外一些专门封装，如BGA,
自动布线专门难布得有规则，也要用手工布线。
2.自动布线以后，还要用手工布线对PCB的走线进行调整。
2.4.2自动布线
手工布线终止以后，剩下的网络就交给自动布线器来自布。
选择Tools->SPECCTRA,启动Specctra布线器的接口，设置好DO文件，按Continue就启动了Specctra布线器自动布线，终止后假如布通率为100%,那么就能够进行手工调整布线了；假如不到100%,说明布局或手工布线有问题，需要调整布局或手工布线，直至全部布通为止。
2.4.3注意事项
a.电源线和地线尽量加粗
b.去耦电容尽量与VCC直截了当连接
c.设置Specctra的DO文件时，第一添加Protectallwires命令，爱护手工布的线不被自动布线重视布
d.假如有混合电源层，应该将该层定义为Split/mixedPlane,在布线之前将其分割，布完线之后，使用PourManager的PlaneConnect进行覆铜
e.将所有的器件管脚设置为热焊盘方式，做法是将Filter设为Pins,选中所有的管脚，
修改属性，在Thermal选项前打勾
f.手动布线时把DRC选项打开，使用动态布线（DynamicRoute）
2.5检查
检查的项目有间距（Clearance）.连接性（Connectivity）.高速规则（HighSpeed）和电源层（Plane）,这些项目能够选择Tools->VerifyDesign进行。
假如设置了高速规则，必须检查，否则能够跃过这一项。
检查出错误，必须修改布局和布线。
注意：
有些错误能够忽略，例如有些接插件的Outline的一部分放在了板框外，检查间距时会出错；另外每次修改过走线和过孔之后，都要重新覆铜一次。
2.6复查
复查依照“PCB检查表”，内容包括设计规则，层定义。
线宽。
间距。
焊盘。
过孔设置；还要重点复查器件布局的合理性，电源。
地线网络的走线，高速时钟网络的走线与屏蔽，去耦电容的摆放和连接等。
复查不合格，设计者要修改布局和布线，合格之后，复查者和设计者分别签字。
2.7设计输出
PCB设计能够输出到打印机或输出光绘文件。
打印机能够把PCB分层打印，便于设计者和复查者检查；光绘文件交给制板厂家，生产印制板。
光绘文件的输出十分重要，关系到这次设计的成败，下面将着重说明输出光绘文件的注意事项。
a.需要输出的层有布线层（包括顶层。
底层。
中间布线层）.电源层（包括VCC层和GND层）.丝印层（包括顶层丝英底层丝印）.阻焊层（包括顶层阻焊和底层阻焊）,另外还要生成钻孔文件（NCDrill）
b.假如电源层设置为Split/Mixed,那么在AddDocument窗口的Document项选择Routing,同时每次输出光绘文件之前，都要对PCB图使用PourManager的PlaneConnect进行覆铜；假如设置为CAMPlane,则选择Plane,在设置Layer项的时候，要把Layer25加上，在Layer25层中选择Pads和Vias
c.在设备设置窗口（按DeviceSetup）,将Aperture的值改为199
d.在设置每层的Layer时，将BoardOutline选上
e.设置丝印层的Layer时，不要选择PartType,选择顶层（底层）和丝印层的Outline.Text.Line
f.设置阻焊层的Layer时，选择过孔表示过孔上不加阻焊，不选过孔表示家阻焊，视具体情形确定
g.生成钻孔文件时，使用PowerPCB的缺省设置，不要作任何改动
h.所有光绘文件输出以后，用CAM350打开并打印，由设计者和复查者依照“PCB检查表”检查
PCB布线线宽和承载电流
在PCB布线的时候，一个专门重要的问题是需要保证布线线宽取值恰当，以使能够满足电流需求。
摘录<<电子电路抗干扰有用技术>>（国防工业出版社, 毛楠孙瑛96.1第一版）：
“由于敷铜板铜箔厚度有限,在需要流过较大电流的条状铜箔中,应考虑铜箔的载流量问题. 仍以典型的0.03mm 厚度的为例,假如将铜箔作为宽为W（mm）,长度为L（mm）的条状导线, 其电阻为0.0005*L/W 欧姆. 另外,铜箔的载流量还与印刷电路板上安装的元件种类,数量以及散热条件有关. 在考虑到安全的情形下, 一样可按体会公式0.15*W（A）来运算铜箔的载流量”
运算方法如下:
先运算Track的截面积,大部分PCB的铜箔厚度为35um（不确定的话能够问PCB厂家）它乘上线宽确实是截面积,注意换算成平方毫米. 有一个电流密度体会值,为15~25安培/平方毫米.把它乘上截面积就得到通流容量。
I=KT0.44A0.75
（K为修正系数,一样覆铜线在内层时取0.024,在外层时取0.048。
T为最大温升,单位为摄氏度（铜的熔点是1060℃），A为覆铜截面积,单位为平方MIL（不是毫米mm,注意是square mil.），I为容许的最大电流,单位为安培（amp）。
一样 10mil=0.010inch=0.254可为 1A, 250MIL=6.35mm, 为 8.3A。
PCB载流能力的运算一直缺乏权威的技术方法,公式,体会丰富CAD工程师依靠个人体会能作出较准确的判定.然而关于CAD新手,不可谓遇上一道难题。
PCB的载流能力取决与以下因素:
线宽,线厚（铜箔厚度）,容许温升.大伙儿都明白,PCB走线越宽,载流能力越大。
假设在同等条件下,10MIL的走线能承担1A,那么50MIL的走线能承担多大电流？
是5A吗？
答案自然是否定的。
请看以下来自国际权威机构提供的数据：
线宽的单位是:
Inch （inch 英寸=25.4 millimetres 毫米）；1 oz.铜=35微米厚,2 oz.=70微米厚。
1 OZ =0.035mm 1mil.=10-3inch。
第一介绍电容的作用
作为无源元件之一的电容，其作用不外乎以下几种：
1、应用于电源电路，实现旁路、去藕、滤波和储能方面电容的作用，下面分类详述之：
1）滤波
滤波是电容的作用中专门重要的一部分。
几乎所有的电源电路中都会用到。
从理论上（即假设电容为纯电容）说，电容越大，阻抗越小，通过的频率也越高。
但实际上超过1uF的电容大多为电解电容，有专门大的电感成份，因此频率高后反而阻抗会增大。
有时会看到有一个电容量较大电解电容并联了一个小电容，这时大电容通低频，小电容通高频。
电容的作用确实是通高阻低，通高频阻低频。
电容越大低频越容易通过，电容越大高频越容易通过。
具体用在滤波中,大电容（1000uF）滤低频，小电容（20pF）滤高频。
曾有网友将滤波电容比作“水塘”。
由于电容的两端电压可不能突变，由此可知，信号频率越高则衰减越大，可专门形象的说电容像个水塘，可不能因几滴水的加入或蒸发而引起水量的变化。
它把电压的变动转化为电流的变化，频率越高，峰值电流就越大，从而缓冲了电压。
滤波确实是充电，放电的过程。
2）旁路
旁路电容是为本地器件提供能量的储能器件，它能使稳压器的输出平均化，降低负载需求。
就像小型可充电电池一样，旁路电容能够被充电，并向器件进行放电。
为尽量减少阻抗，旁路电容要尽量靠近负载器件的供电电源管脚和地管脚。
这能够专门好地防止输入值过大而导致的地电位抬高和噪声。
地弹是地连接处在通过大电流毛刺时的电压降。
3）去藕
去藕，又称解藕。
从电路来说，总是能够区分为驱动的源和被驱动的负载。
假如负载电容比较大，驱动电路要把电容充电、放电，才能完成信号的跳变，在上升沿比较陡峭的时候，电流比较大，如此驱动的电流就会吸取专门大的电源电流，由于电路中的电感，电阻（专门是芯片管脚上的电感，会产生反弹），这种电流相对于正常情形来说实际上确实是一种噪声，会阻碍前级的正常工作。
这确实是耦合。
去藕电容确实是起到一个电池的作用，满足驱动电路电流的变化，幸免相互间的耦合干扰。
将旁路电容和去藕电容结合起来将更容易明白得。
旁路电容实际也是去藕合的，只是旁路电容一样是指高频旁路，也确实是给高频的开关噪声提高一条低阻抗泄防途径。
高频旁路电容一样比较小，依照谐振频率一样是0.1u，0.01u等，而去耦合电容一样比较大，是10uF或者更大，依据电路中分布参数，以及驱动电流的变化大小来确定。
旁路是把输入信号中的干扰作为滤除对象，而去耦是把输出信号的干扰作为滤除对象，防止干扰信号返回电源。
这应该是他们的本质区别。
4）储能
储能型电容器通过整流器收集电荷，并将储备的能量通过变换器引线传送至电源的输出端。
电压额定值为40～450VDC、电容值在220～150000uF之间的铝电解电容器（如EPCOS公司的B43504或B43505）是较为常用的。
依照不同的电源要求，器件有时会采纳串联、并联或其组合的形式，关于功率级超过10KW的电源，通常采纳体积较大的罐形螺旋端子电容器。
2、应用于信号电路，要紧完成耦合、振荡/同步及时刻常数的作用：
1）耦合
举个例子来讲，晶体管放大器发射极有一个自给偏压电阻，它同时又使信号产生压降反馈到输入端形成了输入输出信号耦合，那个电阻确实是产生了耦合的元件，假如在那个电阻两端并联一个电容，由于适当容量的电容器对交流信号较小的阻抗,如此就减小了电阻产生的耦合效应，故称此电容为去耦电容。
2）振荡/同步
包括RC、LC振荡器及晶体的负载电容都属于这一范畴。
3）时刻常数
这确实是常见的R、C串联构成的积分电路。
当输入信号电压加在输入端时，电容（C）上的电压逐步上升。
而其充电电流则随着电压的上升而减小。
电流通过电阻（R）、电容（C）的特性通过下面的公式描述：
i=（V/R）e-（t/CR）
我们明白了电容的作用以后下面来谈谈电容在使用中的注意事项
A.什么是好电容。
1.电容容量越大越好。
专门多人在电容的替换中往往爱用大容量的电容。
我们明白尽管电容越大，为IC提供的电流补偿的能力越强。
且不说电容容量的增大带来的体积变大，增加成本的同时还阻碍空气流淌和散热。
关键在于电容上存在寄生电感，电容放电回路会在某个频点上发生谐振。
在谐振点，电容的阻抗小。
因此放电回路的阻抗最小，补充能量的成效也最好。
但当频率超过谐振点时，放电回路的阻抗开始增加，电容提供电流能力便开始下降。
电容的容值越大，谐振频率越低，电容能有效补偿电流的频率范畴也越小。
从保证电容提供高频电流的能力的角度来说，电容越大越好的观点是错误的，一样的电路设计中都有一个参考值的。
2.同样容量的电容，并联越多的小电容越好
耐压值、耐温值、容值、ESR（等效电阻）等是电容的几个重要参数，关于ESR自然是越低越好。
ESR与电容的容量、频率、电压、温度等都有关系。
当电压固定时候，容量越大，ESR越低。
在板卡设计中采纳多个小电容并连多是出与PCB空间的限制，如此有的人就认为，越多的并联小电阻，ESR越低，成效越好。
理论上是如此，然而要考虑到电容接脚焊点的阻抗，采纳多个小电容并联，成效并不一定突出。
3.ESR越低，成效越好。
结合我们上面的提高的供电电路来说，关于输入电容来说，输入电容的容量要大一点。
相对容量的要求，对ESR的要求能够适当的降低。
因为输入电容要紧是耐压，其次是吸取MOSFET的开关脉冲。
关于输出电容来说，耐压的要求和容量能够适当的降低一点。
ESR的要求则高一点，因为那个地点要保证的是足够的电流通过量。
但那个地点要注意的是ESR并不是越低越好，低ESR电容会引起开关电路振荡。
而消振电路复杂同时会导致成本的增加。
板卡设计中，那个地点一样有一个参考值，此作为元件选用参数，幸免消振电路而导致成本的增加。
4.好电容代表着高品质。
“唯电容论”曾经盛极一时，一些厂商和媒体也刻意的把那个情况做成一个卖点。
在板卡设计中，电路设计水平是关键。
和有的厂商能够用两相供电做出比一些厂商采纳四相供电更稳固的产品一样，一味的采纳高价电容，不一定能做出好产品。
衡量一个产品，一定要全方位多角度的去考虑，切不可把电容的作用有意无意的夸大。
B.电容爆浆之面面谈
爆浆的种类：
分两类，输入电容爆浆和输出电容爆浆。
关于输入电容来说，确实是我是说的C1，C1对由电源接收到的电流进行过滤。
输入电容爆浆和电源输入电流的品质有关。
过多的毛刺电压，峰值电压过高，电流不稳固等都使电容过于充放电过于频繁，长时刻处于这类工作环境下的电容，内部温度升高专门快。
超过泄爆口的承担极限就会发生爆浆。
关于输出电容来说，就我说的C2，对经电源模块调整后的电流进行滤波。
此处电流通过一次过滤，比较平稳，发生爆浆的可能性相对来说小了许多。
但假如环境温度过高，电容同样容易发生爆浆。
爆，报也。
采纳垃圾东西自然要爆，报应啊。
欲知过去因者，见其现在果；欲知以后果者，见其现在因。
电解电容爆浆的缘故：
电容爆浆的缘故有专门多，比如电流大于承诺的稳波电流、使用电压超出工作电压、逆向电压、频繁的充放电等。
然而最直截了当的缘故确实是高温。
我们明白电容有一个重要的参数确实是耐温值，指的确实是电容内部电解液的沸点。
当电容的内部温度达到电解液的沸点时，电解液开始沸腾，电容内部的压力升高，当压力超过泄爆口的承担极限就发生了爆浆。
因此说温度是导致电容爆浆的直截了当缘故。
电容设计使用寿命大约为2万小时，受环境温度的阻碍也专门大。
电容的使用寿命随温度的增加而减小，实验证明环境温度每升高10℃，电容的寿命就会减半。
要紧缘故确实是温度加速化学反应而使介质随时刻退化失效，如此电容寿命终结。
为了保证电容的稳固性，电容在插板前要通过长时刻的高温环境的测试。
即使是在100℃，高品质的电容也能够工作几千个小时。
同时，我们提到的电容的寿命是指电容在使用过程中，电容容量可不能超过标准范畴变化的10%。
电容寿命指的是电容容量的问题，而不是设计寿命到达之后就发生爆浆。
只是无法保证电容的设计的容量标准。
因此，短时期内，正常使用的板卡电容就发生爆浆的情形，这确实是电容品质问题。
另外，不正常的使用情形也有可能发生电容爆浆的情形。
比如热插拔电脑配件也会导致板卡局部电路电流、电压的剧烈变化，从而引发电容使用故障。
半导体二极管要紧是依靠PN结而工作的。
与PN结不可分割的点接触型和肖特基型，也被列入一样的二极管的范畴内。
包括这两种型号在内，依照PN结构造面的特点，把晶体二极管分如下种类：
1、点接触型二极管
点接触型二极管是在锗或硅材料的单晶片上压触一根金属针后，再通过电流法而形成的。
因此，其PN结的静电容量小，适用于高频电路。
然而，与面结型相比较，点接触型二极管正向特性和反向特性都差，因此，不能使用于大电流和整流。
因为构造简单，因此价格廉价。
关于小信号的检波、整流、调制、混频和限幅等一样用途而言，它是应用范畴较广的类型。
2、键型二极管
键型二极管是在锗或硅的单晶片上熔接或银的细丝而形成的。
其特性介于点接触型二极管和合金型二极管之间。
与点接触型相比较，尽管键型二极管的PN结电容量稍有增加，但正向特性专门优良。
多作开关用，有时也被应用于检波和电源整流（不大于50mA）。
在键型二极管中，熔接金丝的二极管有时被称金键型，熔接银丝的二极管有时被称为银键型。
3、合金型二极管
在N型锗或硅的单晶片上，通过合金铟、铝等金属的方法制作PN结而形成的。
正向电压降小，适于大电流整流。
因其PN结反向时静电容量大，因此不适于高频检波和高频整流。
4、扩散型二极管
在高温的P型杂质气体中，加热N型锗或硅的单晶片，使单晶片表面的一部变成P型，以此法PN结。
因PN结正向电压降小，适用于大电流整流。
最近，使用大电流整流器的主流已由硅合金型转移到硅扩散型。
5、台面型二极管
PN结的制作方法尽管与扩散型相同，然而，只保留PN结及其必要的部分，把不必要的部分用药品腐蚀掉。
其剩余的部分便出现出台面形，因而得名。
初期生产的台面型，是对半导体材料使用扩散法而制成的。
因此，又把这种台面型称为扩散台面型。
关于这一类型来说，看起来大电流整流用的产品型号专门少，而小电流开关用的产品型号却专门多。
6、平面型二极管
在半导体单晶片（要紧地是N型硅单晶片）上，扩散P型杂质，利用硅片表面氧化膜的屏蔽作用，在N型硅单晶片上仅选择性地扩散一部分而形成的PN结。
因此，不需要为调整PN结面积的药品腐蚀作用。
由于半导体表面被制作得平坦，故而得名。
同时，PN结合的表面，因被氧化膜覆盖，因此公认为是稳固性好和寿命长的类型。
最初，关于被使用的半导体材料是采纳外延法形成的，故又把平面型称为外延平面型。
对平面型二极管而言，看起来使用于大电流整流用的型号专门少，而作小电流开关用的型号则专门多。
7、合金扩散型二极管
它是合金型的一种。
合金材料是容易被扩散的材料。
把难以制作的材料通过巧妙地掺配杂质，就能与合金一起过扩散，以便在差不多形成的PN结中获得杂质的恰当的浓度分布。
此法适用于制造高灵敏度的变容二极管。
8、外延型二极管
用外延面长的过程制造PN结而形成的二极管。
制造时需要专门精湛的技术。
因能随意地操纵杂质的不同浓度的分布，故适宜于制造高灵敏度的变容二极管。
9、肖特基二极管
差不多原理是：
在金属（例如铅）和半导体（N型硅片）的接触面上，用已形成的肖特基来阻挡反向电压。
肖特基与PN结的整流作用原理有全然性的差异。
其耐压程度只有40V左右。
其特长是：
开关速度专门快：
反向复原时刻trr专门地短。
因此，能制作开关二极和低压大电流整流二极管。
二、依照用途分类
1、检波用二极管
就原理而言，从输入信号中取出调制信号是检波，以整流电流的大小（100mA）作为界线通常把输出电流小于100mA的叫检波。
锗材料点接触型、工作频率可达400MHz，正向压降小，结电容小，检波效率高，频率特性好，为2AP型。
类似点触型那样检波用的二极管，除用于检波外，还能够用于限幅、削波、调制、混频、开关等电路。
也有为调频检波专用的特性一致性好的两只二极管组合件。
2、整流用二极管
就原理而言，从输入交流中得到输出的直流是整流。
以整流电流的大小（100mA）作为界线通常把输出电流大于100mA的叫整流。
面结型，工作频率小于KHz，最高反向电压从25伏至3000伏分A～X共22档。
分类如下：
①硅半导体整流二极管2CZ型
②硅桥式整流器QL型、
③用于电视机高压硅堆工作频率近100KHz的2CLG型。
3、限幅用二极管
大多数二极管能作为限幅使用。
也有象爱护外表用和高频齐纳管那样的专用限幅二极管。
为了使这些二极管具有专门强的限制尖锐振幅的作用，通常使用硅材料制造的二极管。
也有如此的组件出售：
依据限制电压需要，把若干个必要的整流二极管串联起来形成一个整体。
4、调制用二极管
通常指的是环形调制专用的二极管。
确实是正向特性一致性好的四个二极管的组合件。
即使其它变容二极管也有调制用途，但它们通常是直截了当作为调频用。
5、混频用二极管
使用二极管混频方式时，在500～10,000Hz的频率范畴内，多采纳肖特基型和点接触型二极管。
6、放大用二极管
用二极管放大，大致有依靠隧道二极管和体效应二极管那样的负阻性器件的放大，以及用变容二极管的参量放大。
因此，放大用二极管通常是指隧道二极管、体效应二极管和变容二极管。
7、开关用二极管
有在小电流下（10mA程度）使用的逻辑运算和在数百毫安下使用的磁芯鼓舞用开关二极管。
小电流的开关二极管通常有点接触型和键型等二极管，也有在高温下还可能工作的硅扩散型、台面型和平面型二极管。
开关二极管的特长是开关速度快。
而肖特基型二极管的开关时刻特短，因而是理想的开关二极管。
2AK型点接触为中速开关电路用；2CK型平面接触为高速开关电路用；用于开关、限幅、钳位或检波等电路；肖特基（SBD）硅大电流开关，正向压降小，速度快、效率高。
8、变容二极管
用于自动频率操纵（AFC）和调谐用的小功率二极管称变容二极管。
日本厂商方面也有其它许多叫法。
通过施加反向电压，使其PN结的静电容量发生变化。
因此，被使用于自动频率操纵、扫描振荡、调频和调谐等用途。
通常，尽管是采纳硅的扩散型二极管，然而也可采纳合金扩散型、外延结合型、双重扩散型等专门制作的二极管，因为这些二极管关于电压而言，其静电容量的变化率专门大。
结电容随反向电压VR变化，取代可变电容，用作调
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