新手指導--用PROTELDXP電路板設計 一般原則電路板設計 一般原則包括：電路板 選用、電路板尺寸、元件布局、布線、焊盤、填充、跨接線等。電路板一般用敷銅層壓板制成，板層選用時要從電氣性能、可靠性、加工工藝要求和經濟指標等方面考慮。常用 敷銅層壓板是敷銅酚醛紙質層壓板、敷銅環氧紙質層壓板、敷銅環氧玻璃布層壓板、敷銅環氧酚醛玻璃布層壓板、敷銅聚四氟乙烯玻璃布層壓板和多層印刷電路板用環氧玻璃布等。不同材料 層壓板有不同 特點。環氧樹脂與銅箔有極好 粘合力，因此銅箔 附著強度和工作溫度較高，可以在260℃ 熔錫中不起泡。環氧樹脂浸過 玻璃布層壓板受潮氣 影響較小。超高頻電路板最好是敷銅聚四氟乙烯玻璃布層壓板。在要求阻燃 電子設備上，還需要阻燃。 電路板，這些電路板都是浸入了阻燃樹脂 層壓板。電路板 厚度應該根據電路板 功能、所裝元件 重量、電路板插座 規格、電路板 外形尺寸和承受 機械負荷等來決定。主要是應該保證足夠 剛度和強度。常見 電路板 厚度有0.5mm、1.0mm、1.5mm、2.0mm從成本、銅膜線長度、抗噪聲能力考慮，電路板尺寸越小越好，但是板尺寸太小，則散熱不良，且相鄰 導線容易引起干擾。電路板 制作費用是和電路板 面積相關 ，面積越大，造價越高。在設計具有機殼 電路板時，電路板 尺寸還受機箱外殼大小 限制，一定要在確定電路板尺寸前確定機殼大小，否則就無法確定電路板 尺寸。一般情況下，在禁止布線層中指定 布線范圍就是電路板尺寸 大小。電路板 最佳形狀是矩形，長寬比為3:2或4:3，當電路板 尺寸大于200mm150mm時，應該考慮電路板 機械強度。總之，應該綜合考慮利弊來確定電路板 尺寸。雖然ProtelDXP能夠自動布局，但是實際上電路板 布局幾乎都是手工完成 。要進行布局時，一般遵循如下規則：1．特殊元件 布局特殊元件 布局從以下幾個方面考慮：1）高頻元件：高頻元件之間 連線越短越好，設法減小連線 分布參數和相互之間 電磁干擾，易受干擾 元件不能離得太近。隸屬于輸入和隸屬于輸出 元件之間 距離應該盡可能大一些。2）具有高電位差日本立山黑部合掌村 元件：應該加大具有高電位差元件和連線之間 距離，以免出現意外短路時損壞元件。為了避免爬電現象 發生，一般要求2000V電位差之間 銅膜線距離應該大于2mm，若對于更高 電位差，距離還應該加大。帶有高電壓 器件，應該盡量布置在調試時手不易觸及 地方。3）重量太大 元件：此類元件應該有支架固定，而對于又大又重、發熱量多 元件，不宜安裝在電路板上。4）發熱與熱敏元件：注意發熱元件應該遠離熱敏元件。5）可以調節 元件：對于電位器、可調電感線圈、可變電容、微動開關等可調元件 布局應該考慮整機 結構要求，若是機內調節，應該放在電路板上容易調節 地方，若是機外調節，其位置要與調節旋鈕在機箱面板上 位置相對應。6）電路板安裝孔和支架孔：應該預留出電路板 安裝孔和支架 安裝孔，因為這些孔和孔附近是不能布線 。2．按照電路功能布局如果沒有特殊要求，盡可能按照原理圖 元件安排對元件進行布局，信號從左邊進入、從右邊輸出，從上邊輸入、從下邊輸出。按照電路流程，安排各個功能電路單元 位置，使信號流通更加順暢和保持方向一致。以每個功能電路為核心，圍繞這個核心電路進行布局，元件安排應該均勻、整齊、緊湊，原則是減少和縮短各個元件之間 引線和連接。數字電路部分應該與模擬電路部分分開布局。3．元件離電路板邊緣 距離所有元件均應該放置在離板邊緣3mm以內 位置，或者至少距電路板邊緣 距離等于板厚，這是由于在大批量生產中進行流水線插件和進行波峰焊時，要提供給導軌槽使用，同時也是防止由于外形加工引起電路板邊緣破損，引起銅膜線斷裂導致廢品。如果電路板上元件過多，不得已要超出3mm時，可以在電路板邊緣上加上3mm輔邊，在輔邊上開V形槽，在生產時用手掰開。4．元件放置日本立山黑部 順序首先放置與結構緊密配合 固定位置 元件，如電源插座、指示燈、開關和連接插件等。再放置特殊元件，例如發熱元件、變壓器、集成電路等。最后放置小元件，例如電阻、電容、二極管等。布線 規則如下：1）線長：銅膜線應盡可能短，在高頻電路中更應該如此。銅膜線 不拐彎處應為圓角或斜角，而直角或尖角在高頻電路和布線密度高 情況下會影響電氣性能。當雙面板布線時，兩面 導線應該相互垂直、斜交或彎曲走線，避免相互平行，以減少寄生電容。2）線寬：銅膜線 寬度應以能滿足電氣特性要求而又便于生產為準則，它 最小值取決于流過它 電流，但是一般不宜小于0.2mm。只要板面積足夠大，銅膜線寬度和間距最好選擇0.3mm。一般情況下，1~1.5mm 線寬，允許流過2A 電流。例如地線和電源線最好選用大于1mm 線寬。在集成電路座焊盤之間走兩根線時，焊盤直徑為50mil，線寬和線間距都是10mil，當焊盤之間走一根線時，焊盤直徑為64mil，線寬和線間距都為12mil。注意公制和英制之間 轉換，100mil=2.54mm。3）線間距：相鄰銅膜線之間 間距應該滿足電氣安全要求，同時為了便于生產，間距應該越寬越好。最小間距至少能夠承受所加電壓 峰值。在布線密度低 情況下，間距應該盡可能 大。4）屏蔽與接地：銅膜線 公共地線應該盡可能放在電路板 邊緣部分。在電路板上應該盡可能多地保留銅箔做地線，這樣可以使屏蔽能力增強。另外地線 形狀最好作成環路或網格狀。多層電路板由于采用內層做電源和地線專用層，因而可以起到更好 屏蔽作用效果。焊盤焊盤尺寸焊盤 內孔尺寸必須從元件引線直徑和公差尺寸以及鍍錫層厚度、孔徑公差、孔金屬化電鍍層厚度等方面考慮，通常情況下以金屬引腳直徑加上0.2mm作為焊盤 內孔直徑。例如，電阻 金屬引腳直徑為0.5mm，則焊盤孔直徑為0.7mm，而焊盤外徑應該為焊盤孔徑加1.2mm，最小應該為焊盤孔徑加1.0mm。當焊盤直徑為1.5mm時，為了增加焊盤 抗剝離強度，可采用方形焊盤。對于孔直徑小于0.4mm 焊盤，焊盤外徑/焊盤孔直徑=0.5~3。對于孔直徑大于2mm 焊盤，焊盤外徑/焊盤孔直徑=1.5~2。常用 焊盤尺寸如表1-1所示表16-1常用 焊盤尺寸焊盤孔直徑/mm0.40.50.60.81.01.21.62.0焊盤外徑/mm1.51.52.02.02.53.03.54注意事項：設計焊盤時 注意事項如下：1）焊盤孔邊緣到電路板邊緣 距離要大于1mm，這樣可以避免加工時導致焊盤缺損。2）焊盤補淚滴，當與焊盤連接 銅膜線較細時，要將焊盤與銅膜線之間 連接設計成淚滴狀，這樣可以使焊盤不容易被剝離，而銅膜線與焊盤之間 連線不易斷開。3）相鄰 焊盤要避免有銳角。大面積填充電路板上 大面積填充 目 有兩個，一個是散熱，另一個是用屏蔽減少干擾，為避免焊接時產生 熱使電路板產生 氣體無處排放而使銅膜脫落，應該在大面積填充上開窗，后者使填充為網格狀。使用敷銅也可以達到抗干擾 目 ，而且敷銅可以自動繞過焊盤并可連接地線。跨接線在單面電路板 設計中，當有些銅膜無法連接時，通常 做法是使用跨接線，跨接線 長度應該選擇如下幾種：6mm、8mm和10mm。接地1地線 共阻抗干擾電路圖上 地線表示電路中 零電位，并用作電路中其它各點 公共參考點，在實際電路中由于地線（銅膜線）阻抗 存在，必然會帶來共阻抗干擾，因此在布線時，不能將具有地線符號 點隨便連接在一起，這可能引起有害 耦合而影響電路 正常工作。2．如何連接地線通常在一個電子系統中，地線分為系統地、機殼地（屏蔽地）、數字地（邏輯地）和模擬地等幾種，在連接地線時應該注意以下幾點：1）正確選擇單點接地與多點接地。在低頻電路中，信號頻率小于1MHz，布線和元件之間 電感可以忽略，而地線電路電阻上產生 壓降對電路影響較大，所以應該采用單點接地法。當信號 頻率大于10MHz時，地線電感 影響較大，所以宜采用就近接地 多點接地法。當信號頻率在1~10MHz之間時，如果采用單點接地法，地線長度不應該超過波長 1/20，否則應該采用多點接地。2）數字地和模擬地分開。電路板上既有數字電路，又有模擬電路，應該使它們盡量分開，而且地線不能混接，應分別與電源 地線端連接（最好電源端也分別連接）。要盡量加大線性電路 面積。一般數字電路 抗干擾能力強，TTL電路 噪聲容限為0.4~0.6V，CMOS數字電路 噪聲容限為電源電壓 0.3~0.45倍，而模擬電路部分只要有微伏級 噪聲，就足以使其工作不正常。所以兩類電路應該分開布局和布線。3）盡量加粗地線。若地線很細，接地電位會隨電流 變化而變化，導致電子系統 信號受到干擾，特別是模擬電路部分，因此地線應該盡量寬，一般以大于3mm為宜。4）將接地線構成閉環。當電路板上只有數字電路時，應該使地線形成環路，這樣可以明顯提高抗干擾能力，這是因為當電路板上有很多集成電路時，若地線很細，會引起較大 接地電位差，而環形地線可以減少接地電阻，從而減小接地電位差。5）同一級電路 接地點應該盡可能靠近，并且本級電路 電源濾波電容也應該接在本級 接地點上。6）總地線 接法。總地線必須嚴格按照高頻、中頻、低頻 順序一級級地從弱電到強電連接。高頻部分最好采用大面積包圍式地線，以保證有好 屏蔽效果。抗干擾具有微處理器 電子系統，抗干擾和電磁兼容性是設計過程中必須考慮 問題，特別是對于時鐘頻率高、總線周期快 系統；含有大功率、大電流驅動電路 系統；含微弱模擬信號以及高精度A/D變換電路 系統。為增加系統抗電磁干擾能力應考慮采取以下措施：1）選用時鐘頻率低 微處理器。只要控制器性能能夠滿足要求，時鐘頻率越低越好，低 時鐘可以有效降低噪聲和提高系統 抗干擾能力。由于方波中包含各種頻率成分，其高頻成分很容易成為噪聲源，一般情況下，時鐘頻率3倍 高頻噪聲是最具危險性 。2）減小信號傳輸中 畸變。當高速信號（信號頻率高=上升沿和下降沿快。 信號）在銅膜線上傳輸時，由于銅膜線電感和電容 影響，會使信號發生畸變，當畸變過大時，就會使系統工作不可靠。一般要求，信號在電路板上傳輸 銅膜線越短越好，過孔數目越少越好。典型值：長度不超過25cm，過孔數不超過2個。3）減小信號間 交叉干擾。當一條信號線具有脈沖信號時，會對另一條具有高輸入阻抗 弱信號線產生干擾，這時需要對弱信號線進行隔離，方法是加一個接地 輪廓線將弱信號包圍起來，或者是增加線間距離，對于不同層面之間 干擾可以采用增加電源和地線層面。 方法解決。4）減小來自電源 噪聲。電源在向系統提供能源 同時，也將其噪聲加到所供電 系統中，系統中 復位、中斷以及其它一些控制信號最易受外界噪聲 干擾，所以，應該適當增加電容來濾掉這些來自電源 噪聲。5）注意電路板與元器件 高頻特性。在高頻情況下，電路板上 銅膜線、焊盤、過孔、電阻、電容、接插件日本立山黑部 分布電感和電容不容忽略。由于這些分布電感和電容 影響，當銅膜線 長度為信號或噪聲波長 1/20時，就會產生天線效應，對內部產生電磁干擾，對外發射電磁波。一般情況下，過孔和焊盤會產生0.6pF 電容，一個集成電路 封裝會產生2~6pF 電容，一個電路板 接插件會產生520mH 電感，而一個DIP-24插座有18nH 電感，這些電容和電感對低時鐘頻率 電路沒有任何影響，而對于高時鐘頻率 電路必須給予注意。6）元件布置要合理分區。元件在電路板上排列 位置要充分考慮抗電磁干擾問題。原則之一就是各個元件之間 銅膜線要盡量 短，在布局上，要把模擬電路、數字電路和產生大噪聲 電路（繼電器、大電流開關等）合理分開，使它們相互之間 信號耦合最小。7）處理好地線。按照前面提到 單點接地或多點接地方式處理地線。將模擬地、數字地、大功率器件地分開連接，再匯聚到電源 接地點。電路板以外 引線要用屏蔽線，對于高頻和數字信號，屏蔽電纜兩端都要接地，低頻模擬信號用 屏蔽線，一般采用單端接地。對噪聲和干擾非常敏感 電路或高頻噪聲特別嚴重 電路應該用金屬屏蔽罩屏蔽。8）去耦電容。去耦電容以瓷片電容或多層陶瓷電容 高頻特性較好。設計電路板時，每個集成電路 電源和地線之間都要加一個去耦電容。去耦電容有兩個作用，一方面是本集成電路 儲能電容，提供和吸收該集成電路開門和關門瞬間 充放電電能，另一方面，旁路掉該器件產生 高頻噪聲。數字電路中典型 去耦電容為0.1μF，這樣 電容有5nH 分布電感，可以對10MHz以下 噪聲有較好 去耦作用。一般情況下，選擇0.01~0.1μF 電容都可以。一般要求沒10片左右 集成電路增加一個10μF 充放電電容。另外，在電源端、電路板 四角等位置應該跨接一個10~100μF 電容。高頻布線為了使高頻電路板 設計更合理，抗干擾性能更好，在進行PCB設計時應從以下幾個方面考慮：1）合理選擇層數。利用中間內層平面作為電源和地線層，可以起到屏蔽 作用，有效降低寄生電感、縮短信號線長度、降低信號間 交叉干擾，一般情況下，四層板比兩層板 噪聲低20dB。2）走線方式。走線必須按照45角拐彎，這樣可以減小高頻信號 發射和相互之間 耦合。3）走線長度。走線長度越短越好，兩根線并行距離越短越好。4）過孔數量。過孔數量越少越好。5）層間布線方向。層間布線方向應該取垂直方向，就是頂層為水平方向，底層為垂直方向，這樣可以減小信號間 干擾。6）敷銅。增加接地 敷銅可以減小信號間 干擾。7）包地。對重要 信號線進行包地處理，可以顯著提高該信號 抗干擾能力，當然還可以對干擾源進行包地處理，使其不能干擾其它信號。8）信號線。信號走線不能環路，需要按照菊花鏈方式布線。9）去耦電容。在集成電路 電源端跨接去耦電容。10）高頻扼流。數字地、模擬地等連接公共地線時要接高頻扼流器件，一般是中心孔穿有導線 高頻鐵氧體磁珠。電路相關文章:電路分析基礎pic相關文章:pic是什麼波峰焊相關文章:波峰焊原理 |
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