布局:总体思想:在符合产品电气以及机械结构要求的基础上考虑整体美观,在一个PCB板上,元件的布局要求要均衡,疏密有序。
1.印制板尺寸必须与加工图纸尺寸相符,符合PCB制造工艺要求,放置MARK点。
2.元件在二维、三维空间上有无冲突?
3.元件布局是否疏密有序,排列整齐?是否全部布完?
4.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?
5.热敏元件与发热元件之间是否有适当的距离?
6.调整可调元件是否方便?
7.在需要散热的地方,装了散热器没有?空气流是否通畅?
8.信号流程是否顺畅且互连最短?
9.插头、插座等与机械设计是否矛盾?
10.蜂鸣器远离柱形电感,避免干扰声音失真。
11.速度较快的器件如SRAM要尽量的离CPU近。
12.由相同电源供电的器件尽量放在一起。
布线:
1.走线要有合理的走向:如输入/输出,交流/直流,强/弱信号,高频/低频,高压/低压等,它们的走向应该是呈线形的(或分离),不得相互交融。其目的是防止相互干扰。最好的走向是按直线,但一般不易实现,避免环形走线。对于是直流,小信号,低电压PCB设计的要求可以低些。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。
2.选择好接地点:一般情况下要求共点地,数字地与模拟地在电源输入电容处相连。
3.合理布置电源滤波/退耦电容:布置这些电容就应尽量靠近这些元部件,离得太远就没有作用了。在贴片器件的退耦电容最好在布在板子另一面的器件肚子位置,电源和地要先过电容,再进芯片。
4.线条有讲究:有条件做宽的线决不做细;高压及高频线应园滑,不得有尖锐的倒角,拐弯也不得采用直角,一般采用135度角。地线应尽量宽,最好使用大面积敷铜,这对接地点问题有相当大的改善。设计中应尽量减少过线孔,减少并行的线条密度。
5.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。
6.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,整人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。
7.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。
8.关键信号的处理,关键信号如时钟线应该进行包地处理,避免产生干扰,同时在晶振器件边做一个焊点使晶振外壳接地。
9.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: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。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。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,模拟电路和数字电路部分,是否有各自独立的地线。后加在PCB中的图形(如图标、注标)是否会造成信号短路。对一些不理想的线形进行修改。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。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。
10.关于EMC方面:
A、尽可能选用信号斜率较慢的器件,以降低信号所产生的高频成分。
B、注意高频器件摆放的位置,不要太靠近对外的连接器。
C、注意高速信号的阻抗匹配,走线层及其回流电流路径,以减少高频的反射与辐射
d、在各器件的电源管脚放置足够与适当的去耦合电容以缓和电源层和地层上的噪声。特别注意电容的频率响应与温度的特性是否符合设计所需。
e、电源层比地层内缩20H,H为电源层与地层之间的距离。
11.GERBER输出检查
检查输出的GERBER文件是否按层叠顺序要求输出,在CAM350里查看每一层数据以及DRILL表,同时注意特殊孔如方孔的输出。
一、布局和布线是PCB设计中的两个最重要的内容
所谓布局就是把电路图上所有的元器件都合理地安排到有限面积的PCB上。最关键的问题是:开关、按钮、旋钮等操作件,以及结构件(以下简称“特殊元件”)等,必须被安排在指定的位置上;其他元器件的位置安排,必须同时兼顾到布线的布通率和电气性能的最优化,以及今后的生产工艺和造价等多方面因素。这种“兼顾”往往是对硬件设计师水平和经验的挑战。
布线就是在布局之后,通过设计铜箔的走线图,按照原理图连通所有的走线。显然,布局的合理程度直接影响布线的成功率,往往在布线过程中还需要对布局作适当的调整。布线设计可以采用双层走线和单层走线,对于极其复杂的设计也可以考虑采用多层布线方案,但为了降低产品的造价,一般应尽量采用单层布线方案。结合自己做过双面板和四层板的设计。
二、PCB设计的一般原则
1、PCB尺寸大小和形状的确定
首先根据产品的机械结构确定。当空间位置较富余时,应尽量选择小面积的PCB。因为面积太大时,印制线条长,阻抗增加,抗噪声能力下降,成本也增加,但还要充分考虑到元器件的散热和邻近走线易受干扰等因素。
就目前我们这个项目来说,我对机械设计对PCB设计的影响的体会是相当深的,不一般吧,这三块板子,那块是规规矩矩的,这都是由于我们产品自身的原因导致机械结构的特殊,而机械结构的特殊,就对电路板本身的外形结构进行的限制和规定。电路板之间的信号连接也有了相应的特性要求。但这些都是不能避免的,因为产品为市场所要求,市场的变化多端的,所以产品也是变化多端的,设计为产品而服务。
2.布局
特殊元件的布局原则
尽可能缩短高频元器件之间的连线,设法减少它们的分布参数和相互间的电磁干扰。易受干扰的元器件不能相互挨得太近,输入和输出元件应尽量远离。
某些元器件或导线之间可能有较高的电位差,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。热敏元件应远离发热元件。
对于电位器、可调电感线圈、可变电容器、微动开关等可调元件的布局应考虑整机的结构要求。若是机内调节,应放在印制板上方便于调节的地方;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PCB定位孔及固定支架所占用的位置。
以上各条都是需要做过对应的相关设计采用较深的体会,第二条我的体会最浅,因为没有做过这种元件和导线之间有较高电压差的这种PCB。其他几条都还是有所体会的,主要就是一个原则:做出来的板子要和它周围的结构兼容,要和放在它上面的元件兼容,要满足一些基本的电气要求。
普通元器件的布局原则
按照电路的流程安排各个电路单元的位置,使布局便于信号流通,并使信号尽可能保持一致的流向。
这一条我体会很深,第一次做板子的时候,面对几百个花花绿绿的元件,完全不知道该这么去把它们组织都一起去,当时就奇怪凭什么这个元件要这样放,那个元件要那样放。就是因为心里没有这条原则,原来自己布局出来的板子,在利用自动布线时,布通率是很低的,后来,做多了,就慢慢的体会到了这一入门级的基本原则。在首先满足机械结构的前提下,在给定的平面空间里,布局的基本原则就是按照电路的流程来安排各个电路单元的位置。其实这一条解释了,如何对各个主要元件进行布局。
以每个功能电路的核心元件为中心,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。
这是在满足第一原则的前提下,尽一步的更细的解释了如何对电阻电容这些分离元件进行正确的布局。
在高频下工作的电路,要考虑元器件之间的分布参数。一般电路应尽可能使元器件平行排列。这样,不但美观.而且装焊容易.易于批量生产。
我做过的高频电路最大的为270MHz,但是,由于当时的种种原因,导致了对这种理解不是很深刻,当时也是在有经验的人的指导下完成了,又因为只做过一种这样的高频板,所以对如何通过考虑元件的分布参数来布局不能理解。目前,我们异步电机ECU部分的信号最高频率为控制电机用的PWM信号,约为30KHz左右。(晶振为8MHz的晶振,都是在布局过程中,晶振和8346的距离很近,几乎直接输出到8346,而且只有这一个地方,所以可以不用考虑。)所以几乎完成可以不用考虑元件的高频特性。
位于电路板边缘的元器件,离电路板边缘一般不小于2mm。电路板的最佳形状为矩形。长宽比为3:2成4:3。电路板面尺寸大于200x150mm时.应考虑电路板所受的机械强度。
这一条通过最近的工作,我还是有较为深刻的体会的,元器件离电路板边缘一般不小于2mm,这主要是考虑了在对PCB装配进行外协大规模加工的时候,留给贴片机器的夹持距离。
3.布线
相同信号的电路模块输入端与输出端的导线应尽量避免相邻平行。最好加线间地线,以免发生反馈藕合。
印制铜铂导线的最小宽度主要由导线与绝缘基扳间的粘附强度和流过它们的电流值决定。当铜箔厚度为0.05mm,导线宽度为1.5mm时,通过2A的电流,温升不会高于3℃,可满足一般的设计要求,其他情况下的铜铂宽度选择可依次类推。对于集成电路,尤其是数字电路,通常选0.02-0.3mm导线宽度就可以了。当然,只要允许,还是尽可能用宽线.尤其是电源线和地线。导线的最小间距主要由最坏情况下的线间绝缘电阻和击穿电压决定。对于集成电路,尤其是数字电路,只要工艺允许,可使间距小至0.5mm。
由于直角或锐角在高频电路中会影响电气性能,因此印制铜铂导线的拐弯处一般取圆弧形。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,最好用栅格状.这样有利于排除铜箔与基板间粘合剂受热产生的挥发性气体。
其实原来我一直都没有想过为什么在PCB设计完成后,要对PCB进行敷铜,只是人家有经验的同事这样做,我自己也这样做,后来有了一点认识,以为敷铜就是用来连接各个地网络节点。在做我们这个项目的时候,刘老师要求在敷铜前,将所有的地网络都连接都一起,这才让我认识到:敷铜并不是仅仅把各个地网络节点连接到一起这么简单。查了一下资料,敷铜大概有以下几个理由:1. 起屏蔽作用。2. PCB工艺要求。3.可以保证信号完整性,给高频数字信号一个完整的回流路径。4.散热。
三、做四层板时,如何分割内电层
在protel99中,内电层采用反转显示的方法显示电源层上的图件。放置在内部电源层上的导线及填充等物件在实际生产出来的电路板上是没有铜箔的,而PCB电路板中没有填充的区域在实际的电路板上却是实心的铜箔。
如果需要多个电源网络共享一个内部电源层时,就需要对内部电源层进行分割,但是在分割内部电源层之前,用户必须对具有电源网络的焊盘和过孔进行重新布局,尽量将具有同一个电源网络的焊盘和过孔放置到一个相对集中的区域。
上面的两段只是提了在进行内电层分割时的大原则和首要原则,但是,在实践中,分割内电层并不是如此的简单,我们还必须理解下面这个原则:即:在进行内电层分割时,隔离带不要跨接在内电层连接焊盘上。上图的这个分割方式是没有问题的,隔离带是不能跨接在内电层连接焊盘上,但是可以跨接在连接焊盘上。