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PCB設(shè)計中的注意事項
作為一個電子工程師設(shè)計電路是一項必備的硬功夫,但是原理設(shè)計再完美,如果電路板設(shè)計不合理性能將大打折扣,嚴重時甚至不能正常工作。根據(jù)我的經(jīng)驗,我總結(jié)出以下一些PCB設(shè)計中應該注意的地方,希望能對您有所啟示。不管用什么軟件,PCB設(shè)計有個大致的程序,按順序來會省時省力,因此我將按制作流程來介紹一下。(由于protel界面風格與windows視窗接近,操作習慣也相近,且有強大的仿真功能,使用的人比較多,將以此軟件作說明。)
原理圖設(shè)計是前期準備工作,經(jīng)常見到初學者為了省事直接就去畫PCB板了,這樣將得不償失,對簡單的板子,如果熟練流程,不妨可以跳過。但是對于初學者一定要按流程來,這樣一方面可以養(yǎng)成良好的習慣,另一方面對復雜的電路也只有這樣才能避免出錯。
在畫原理圖時,層次設(shè)計時要注意各個文件最后要連接為一個整體,這同樣對以后的工作有重要意義。由于,軟件的差別有些軟件會出現(xiàn)看似相連實際未連(電氣性能上)的情況。如果不用相關(guān)檢測工具檢測,萬一出了問題,等板子做好了才發(fā)現(xiàn)就晚了。因此一再強調(diào)按順序來做的重要性,希望引起大家的注意。
原理圖是根據(jù)設(shè)計的項目來的,只要電性連接正確沒什么好說的。下面我們重點討論一下具體的制板程序中的問題。
l、制作物理邊框
封閉的物理邊框?qū)σ院蟮脑季、走線來說是個基本平臺,也對自動布局起著約束作用,否則,從原理圖過來的元件會不知所措的。但這里一定要注意精確,否則以后出現(xiàn)安裝問題麻煩可就大了。還有就是拐角地方最好用圓弧,一方面可以避免尖角劃傷工人,同時又可以減輕應力作用。以前我的一個產(chǎn)品老是在運輸過程中有個別機器出現(xiàn)面殼PCB板斷裂的情況,改用圓弧后就好了。
2、元件和網(wǎng)絡(luò)的引入
把元件和網(wǎng)絡(luò)引人畫好的邊框中應該很簡單,但是這里往往會出問題,一定要細心地按提示的錯誤逐個解決,不然后面要費更大的力氣。這里的問題一般來說有以下一些:
元件的封裝形式找不到,元件網(wǎng)絡(luò)問題,有未使用的元件或管腳,對照提示這些問題可以很快搞定的。
3、元件的布局
元件的布局與走線對產(chǎn)品的壽命、穩(wěn)定性、電磁兼容都有很大的影響,是應該特別注意的地方。一般來說應該有以下一些原則:
3.l放置順序
先放置與結(jié)構(gòu)有關(guān)的固定位置的元器件,如電源插座、指示燈、開關(guān)、連接件之類,這些器件放置好后用軟件的LOCK功能將其鎖定,使之以后不會被誤移動。再放置線路上的特殊元件和大的元器件,如發(fā)熱元件、變壓器、IC等。最后放置小器件。
3.2注意散熱
元件布局還要特別注意散熱問題。對于大功率電路,應該將那些發(fā)熱元件如功率管、變壓器等盡量靠邊分散布局放置,便于熱量散發(fā),不要集中在一個地方,也不要高電容太近以免使電解液過早老化。
4、布線
布線原則
走線的學問是非常高深的,每人都會有自己的體會,但還是有些通行的原則的。
◆高頻數(shù)字電路走線細一些、短一些好
◆大電流信號、高電壓信號與小信號之間應該注意隔離(隔離距離與要承受的耐壓有關(guān),通常情況下在2KV時板上要距離2mm,在此之上以比例算還要加大,例如若要承受3KV的耐壓測試,則高低壓線路之間的距離應在3.5mm以上,許多情況下為避免爬電,還在印制線路板上的高低壓之間開槽。)
◆兩面板布線時,兩面的導線宜相互垂直、斜交、或彎曲走線,避免相互平行,以減小寄生耦合;作為電路的輸人及輸出用的印制導線應盡量避兔相鄰平行,以免發(fā)生回授,在這些導線之間最好加接地線。
◆走線拐角盡可能大于90度,杜絕90度以下的拐角,也盡量少用90度拐角
◆同是地址線或者數(shù)據(jù)線,走線長度差異不要太大,否則短線部分要人為走彎線作補償
◆走線盡量走在焊接面,特別是通孔工藝的PCB
◆盡量少用過孔、跳線
◆單面板焊盤必須要大,焊盤相連的線一定要粗,能放淚滴就放淚滴,一般的單面板廠家質(zhì)量不會很好,否則對焊接和RE-WORK都會有問題
◆大面積敷銅要用網(wǎng)格狀的,以防止波焊時板子產(chǎn)生氣泡和因為熱應力作用而彎曲,但在特殊場合下要考慮GND的流向,大小,不能簡單的用銅箔填充了事,而是需要去走線
◆元器件和走線不能太靠邊放,一般的單面板多為紙質(zhì)板,受力后容易斷裂,如果在邊緣連線或放元器件就會受到影響
◆必須考慮生產(chǎn)、調(diào)試、維修的方便性
對模擬電路來說處理地的問題是很重要的,地上產(chǎn)生的噪聲往往不便預料,可是一旦產(chǎn)生將會帶來極大的麻煩,應該未雨綢緞。對于功放電路,極微小的地噪聲都會因為后級的放大對音質(zhì)產(chǎn)生明顯的影響;在高精度A/D轉(zhuǎn)換電路中,如果地線上有高頻分量存在將會產(chǎn)生一定的溫漂,影響放大器的工作。這時可以在板子的4角加退藕電容,一腳和板子上的地連,一腳連到安裝孔上去(通過螺釘和機殼連),這樣可將此分量慮去,放大器及AD也就穩(wěn)定了。
另外,電磁兼容問題在目前人們對環(huán)保產(chǎn)品倍加關(guān)注的情況下顯得更加重要了。一般來說電磁信號的來源有3個:信號源,輻射,傳輸線。晶振是常見的一種高頻信號源,在功率譜上晶振的各次諧波能量值會明顯高出平均值。可行的做法是控制信號的幅度,晶振外殼接地,對干擾信號進行屏蔽,采用特殊的濾波電路及器件等。
需要特別說明的是蛇形走線,因為應用場合不同其作用也是不同的,在電腦的主板中用在一些時鐘信號上,如 PCIClk、AGP-Clk,它的作用有兩點:1、阻抗匹配 2、濾波電感。
對一些重要信號,如 INTELHUB架構(gòu)中的HUBLink,一共13根,頻率可達233MHZ,要求必須嚴格等長,以消除時滯造成的隱患,這時,蛇形走線是唯一的解決辦法。
一般來講,蛇形走線的線距>=2倍的線寬;若在普通PCB板中,除了具有濾波電感的作用外,還可作為收音機天線的電感線圈等等。
5、調(diào)整完善
完
成布線后,要做的就是對文字、個別元件、走線做些調(diào)整以及敷銅(這項工作不宜太早,否則會影響速度,又給布線帶來麻煩),同樣是為了便于進行生產(chǎn)、調(diào)試、維修。
敷銅通常指以大面積的銅箔去填充布線后留下的空白區(qū),可以鋪GND的銅箔,也可以鋪VCC的銅箔(但這樣一旦短路容易燒毀器件,最好接地,除非不得已用來加大電源的導通面積,以承受較大的電流才接VCC)。包地則通常指用兩根地線(TRAC)包住一撮有特殊要求的信號線,防止它被別人干擾或干擾別人。
如果用敷銅代替地線一定要注意整個地是否連通,電流大小、流向與有無特殊要求,以確保減少不必要的失誤。
6、檢查核對網(wǎng)絡(luò)
有時候會因為誤操作或疏忽造成所畫的板子的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系與原理圖不同,這時檢察核對是很有必要的。所以畫完以后切不可急于交給制版廠家,應該先做核對,后再進行后續(xù)工作。
7、使用仿真功能
完成這些工作后,如果時間允許還可以進行軟件仿真。特別是高頻數(shù)字電路,這樣可以提前發(fā)現(xiàn)一些問題,大大減少以后的調(diào)試工作量。
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