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PCB及其 设计技巧.

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1 PCB及其 设计技巧

2 目 录 第一章:PCB 概述 第二章:PCB 设计流程 及PCB Layout 设计 第三章: PROTEL 常用操作
目 录 第一章:PCB 概述 第二章:PCB 设计流程 及PCB Layout 设计 第三章: PROTEL 常用操作 第四章: PCB Layout 技巧

3 第一章: PCB 概述

4 第一章: PCB 概述 一、PCB: Printed Circuit Board——印刷电路板 二、PCB板的质量的决定因素: 基材的选用;
组成电路各要素的物理特性。

5 第一章: PCB 概述 三、PCB的材料分类 1、刚性: (1)、酚醛纸质层压板 2、挠性 (1)、聚酯薄膜 (2)、环氧纸质层压板
(3)、聚酯玻璃毡层压板 (4)、环氧玻璃布层压板 2、挠性 (1)、聚酯薄膜 (2)、聚酰亚胺薄膜 (3)、氟化乙丙烯薄膜

6 第一章: PCB 概述 四、PCB基板材料种类及用途: 基板种类 组 成 及 用 途 FR-3 纸基,环氧树脂,难燃 G-10
组 成 及 用 途 FR-3 纸基,环氧树脂,难燃 G-10 玻璃布,环氧树脂,一般用途 FR-4 玻璃布,环氧树脂,难燃 G-11 玻璃布,环氧树脂,高温用途 FR-5 玻璃布,环氧树脂,高温并难燃 FR-6 玻璃席,聚脂类,难燃 CEM-1 两外层是玻璃布,中间是木浆纸纤维,环氧树脂,难燃 CEM-3 两外层是玻璃布,中间是玻璃短纤所组成的席,环氧树脂,难燃

7 第一章: PCB 概述 五、PCB板的种类: A、单面板(单面、双面丝印) B、双面板(单面、双面丝印)
C、四层板(两层走线、电源、GND) D、六层板(四层走线、电源、GND) E、八层及以上多层板(n-2层走线、电源、GND) F、雕刻板

8 第一章: PCB 概述 六、多层PCB的基本制作工艺流程: 下料 内层钻孔 内层线路曝光 内层蚀刻 内层检修 内层测试 棕化(黑化) 压合
外层钻孔 黑孔 一次铜 干膜线路 二次铜 去膜蚀刻 测试 防焊印刷 喷锡 文字印刷 成型 成品 注:单层和双面PCB的基本工艺流程比多层工艺流程更简单,是在其基础上减除内层部分流程(即去除虚线框部分)。

9 第二章: PCB 设计流程及 PCB Layout 设计

10 第二章:PCB 设计流程及PCB Layout 设计
一、设计准备:对原理图进行分析和DRC检查;建立标准元件库;建立特殊元器件;印制板设计文件的建立;转网表。 二、网表输入:将转换好的网表进行输入。 三、规则设置:按照成品规格书的要求,将线宽、线距、层定义、过孔、全局参数等相关参数设置好。 四、手工布局:根据印制板安装结构尺寸要求画出边框,参照原理图,结合机构进行布局,检查布局。 五、手工布线:参照原理图进行预布线,检查布线是否符合电路模块要求;修改布线,并符合相应要求。 (自动布线:根据原理图和已设置好的规则,进行自动布线。要求原理图无差错、规则设置无误方可进行。) 六、检查完善: PCB制作初步完成,“铺铜”与“补铜”,进行连线、连通性、间距、“孤岛”、文字标识检查,并对其进行修改,使其符合要求。 七、CAM输出:检查无误后,生成底片,到此PCB板制作完成。

11 第二章:PCB 设计流程及PCB Layout 设计
一、设计准备:对原理图进行分析和DRC检查;建立标准元件库;建立特殊元器件;印制板设计文件的建立;转网表。 图例:

12 第二章:PCB 设计流程及PCB Layout 设计
原理图规范分析及DRC 检验: 1、原理图使用模块化方式绘制,这样利于读原理图,又利于模块化布局。 2、原理图大部分的PCB封装要确认下来,个别器件没有封装,作个标志,利于我们建库、添加封装。 3、原理图的DRC检验(见右图)。

13 第二章:PCB 设计流程及PCB Layout 设计
二、网表输入:将转换好的网表进行输入。 三、规则设置:按照成品规格书的要求,将线宽、线距、层定义、过孔、全局参数等相关参数设置好。 PCB布局的一般规则: a、信号流畅,信号方向保持一致; b、核心元件为中心; c、在高频电路中,要考虑元器件的分布参数; d、特殊元器件的摆放位置; e、要考虑批量生产时,波峰焊及回流焊的锡流方向及加工传送PCB的工艺因素。

14 第二章:PCB 设计流程及PCB Layout 设计
四、手工布局:根据印制板安装结构尺寸要求画出边框,参照原理图,结合机构进行布局,检查布局。 1、布局前的准备: a、画出边框; b、定位孔和对接孔进行位置确认; c、板内元件局部的高度控制; d、重要网络的标志。 2、PCB布局的顺序: a、固定元件; b、有条件限制的元件; c、关键元件; d、面积比较大元件; e、零散元件。

15 第二章:PCB 设计流程及PCB Layout 设计
3、参照原理图,结合机构,进行布局。 4、布局检查: A、检查元件在二维、三维空间上是否有冲突。 B、元件布局是否疏密有序,排列整齐。 C、元件是否便于更换,插件是否方便。 D、热敏元件与发热元件是否有距离。 E、信号流程是否流畅且互连最短。 F、插头、插座等机械设计是否矛盾。 G、元件焊盘是否足够大。

16 第二章:PCB 设计流程及PCB Layout 设计
五、手工布线:参照原理图进行预布线,检查布线是否符合电路模块要求;修改布线,并符合相应要求。 1、走线规律: A、走线方式: 尽量走短线,特别是小信号。 B、走线形状: 同一层走线改变方向时,应走斜线。 C、电源线与地线的设计: 40-100mil,高频线用地线屏蔽。 D、多层板走线方向: 相互垂直,层间耦合面积最小;禁止平行走线。 E、焊盘设计的控制 2、布线: 首先,进行预连线,看一下项目的可连通性怎样,并根据原理图及实际情况进行器件调整,使其更加有利于走线。

17 第二章:PCB 设计流程及PCB Layout 设计
3、布线检查: (1)、间距是否合理,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)。 (3)、对于关键的信号线是否采取了最佳措施,输入线及输出线要明显地分开。 (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。  

18 第二章:PCB 设计流程及PCB Layout 设计

19 第二章:PCB 设计流程及PCB Layout 设计
检查线路,进行铺铜和补铜处理,重新排列元件标识;通过检查窗口,对项目进行间距、连通性检查。

20 第二章:PCB 设计流程及PCB Layout 设计
1、检查线路设计是否与原理图设计思想一致。 2、检查定位孔与PCB的大小,以及固定键安装位置是否与机构相吻合。 3、结合EMC知识,看PCB 是否有不符合EMC常规的线路。 4、检查PCB封装是否与实物相对应。

21 第二章:PCB 设计流程及PCB Layout 设计
七、CAM输出:检查无误后,生成底片,并作CAM350检查。到此PCB板制作完成。 最后的CAM350检查无误后, PCB设计就完成了,就可以送底片了。

22 第三章: PROTEL 常用操作

23 第三章:PROTEL 常用操作 1、PCB 设计常用快捷键: Page Up :以鼠标为中心放大 Page Down :以鼠标为中心缩小
Q :mm(毫米)与mil(密尔)的单位切换 L :打开Document(设计)\Options(选项)对话框中的Layers标签 * :顶层与底层之间层的切换 + (-) 逐层切换:“+”与“-”方向相反 J>C :查找器件 S>N  :选取网络 E>E>A:取消全部选择 End 或 V>R : 刷新画面 Ctrl + PageDown :显示整板 Alt+删除键(回车上面的键):撤消 Ctrl + Delete  : 删除选中的

24 第三章:PROTEL 常用操作 2、原理图设计常用快捷键 PageUP:以光标当前位置为中心进行放大
PageDown:以光标当前位置为中心进行缩小 End 或  V>R:刷新工作区 Ctrl + Delete :删除 Ctrl + F: 查找元件 Ctrl + PageDown: 显示整图 Ctrl + 鼠标左键 :显示所有图件 Shift + 鼠标左键 : 显示所有图件

25 第三章:PROTEL 常用操作 3、PROTEL 常用问题: 复制电路图到word文档
tools->preferences->Graphical Editing,取消Add Template to Clipboard,然后复制。 取消备份DDB文件减肥: “File”菜单左边一个向下的灰色箭头 取消备份:preference-->create backup files 压缩文件:design utilities-->perform compact after closing 常用rule设置: Clearance Constraint:不同两个网络的间距; Routing Via Style:设置过孔参数,具体含义在属性里有图; Width Constraint:导线宽度设置; 原理图导入PCB时常见问题处理: footprint not found:确保所有的器件都指定了封装; node not found:确认没有“footprint not found” 类型的错误; 编辑PCBlib,将对应引脚名改成没有找到的那个node Net already exist:常见在原理图有多张的情况 design->creat netlist->net labels and port global

26 第四章: PCB Layout 设计技巧

27 第四章:PCB Layout 设计技巧 1、为确保正确实现电路,应遵循的设计准则: 尽量采用地平面作为电流回路;
将模拟地平面和数字地平面分开; 模拟电路尽量靠近电路板边缘放置,数字电路尽量靠近电源连接端放置,这样做可以降低由数字开关引起的di/dt效应(电流的波动变化率。如果在电路中的di/dt过大 会导致某些敏感器件的误导通 比如IGBT管的控制极)。 分隔开的地平面有时比连续的地平面有效

28 第四章:PCB Layout 设计技巧 2、无地平面时的电流回路设计 如果使用走线,应将其尽量加粗 应避免地环路
如果不能采用地平面,应采用星形连接策略 数字电流不应流经模拟器件 高速电流不应流经低速器件 如果不能采用地平面,可以采用“星形”布线策略来处理电流回路

29 第四章:PCB Layout 设计技巧 3、旁路电容或去耦电容 电源接口 电源接口 IC电源输入 IC电源输入
在电源走线时,尽可能的降低环路面积;在条件允许的情况下,铺设地平面层 尽可能保证每个电源输入端都有一个去耦电容 去耦电容应加在电源输入的两端,于电源的正端直接连接

30 第四章:PCB Layout 设计技巧 4、布局规划 模拟电路放置在线路的末端

31 第四章:PCB Layout 设计技巧 5、印制导线宽度与容许电流: 实际使用中,为了保证散热等因素,印在该基础上增加2倍左右的宽度

32 第四章:PCB Layout 设计技巧 6、多层板的常用的叠层顺序: 4 Layer 6 Layer 8 Layer 10 Layer
S S S S G G G G P S S S S P G G G P S S S P G S S S G S S:信号层 G:底层 P:电源层

33 第四章:PCB Layout 设计技巧 7、一般PCB 的布线的注意事项: 专用地线、电源线宽度应大于1mm。 其走线应成“井”字型排列。
某些元器件或导线可能有较高的电位差,应加大它们的间距,避免放电引起意外短路。 尽量加大电源线宽度,减少环路电阻,电源线、地线的走向和数据传递方向一致,有助于增强抗干扰能力。 当频率高于100k时,趋附效应就十分严重,高频电阻增大。

34 第四章:PCB Layout 设计技巧 8、高频数字电路PCB布线规则: 高频数字信号线要用短线。 主要信号线集中在pcb板中心。
时钟发生电路应在板的中心附近,时钟扇出应采用菊链式和并联布线。 电源线应远离高频数字信号线,或用地线隔开,电路布局必须减少电流回路,电源的分布必须是低感应的 输入与输出之间的导线避免平行。

35 第四章:PCB Layout 设计技巧 9、高速PCB 的布线的常见问题及处理办法: 问题描述 可能原因 解决方法 其他解决方法
过大的上冲 终端阻抗不匹配 终端端接 使用上升时间缓慢的驱动源 直流电压电平不好 线上负载过大 在接收端端接,重新布线或检查地平面 过大的串扰 线间耦合过大 使用上升时间缓慢的发送驱动器 使用能提供更大驱动电流的驱动源 延时太大 传输线距离太长 替换或重新布线 使用阻抗匹配的驱动源,变更布线策略 振荡 阻抗不匹配 在发送端串接阻尼电阻 存在地弹和电源反弹 电感导致阻抗过大 合理使用耦合电容 敷铜 1、端接分串行端接和并行端接,并行端接主要是上下拉用电阻,串行端接主要为了减少反射。 2、阻尼电阻:根据电阻在电路中作用命名,主要为了防止回路构成等幅震荡,通过在线路中串联或并联电阻来实现

36 第四章:PCB Layout 设计技巧 10、高速PCB 中过孔设计的注意事项: 过孔的计算方法:
寄生电容:C=1.41εTD1/(D2-D1) 隔离孔直径D2,过孔焊盘的直径D1,PCB板的厚度T,板基材介电常数为ε 寄生电感:L=5.08h[ln(4h/d)+1] L指过孔的电感,h是过孔的长度,d是中心钻孔的直径 电容引起的上升时间变化量:T10-90=2.2C(Z0/2) Z0基材的特性阻抗 等效阻抗:XL=πL/T10-90=3.19Ω 从成本和信号质量两方面考虑,选择合理尺寸的过孔大小。比如对6-10层的内存模块PCB设计来说,选用10/20Mil(钻孔/焊盘)的过孔较好,对于一些高密度的小尺寸的板子,也可以尝试使用8/18Mil的过孔。 使用较薄的PCB板有利于减小过孔的两种寄生参数。 PCB板上的信号走线尽量不换层,尽量不要使用不必要的过孔。 电源和地的管脚要就近打过孔,过孔和管脚之间的引线越短越好,因为它们会导致电感的增加。 在信号换层的过孔附近放置一些接地的过孔,以便为信号提供最近的回路。

37 培训完毕!


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