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PCB電路板設計注意事項:

2021/01/12

PCB電路板設計注意事項:   遠信電子

作為一個電子工程師設計電路是一項必備的硬功夫,但是原理設計再完美,如果電路板設計不合理性能將大打折扣,嚴重時甚至不能正常工作。根據我的經驗,我總結出以下一些PCB設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。

原理圖設計是前期準備工作,經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看似相連實際未連(電氣性能上)的情況。如果不用相關檢測工具檢測,萬一出了問題,等板子做好了才發現就晚了。因此一再強調按順序來做的重要性,希望引起大家的注意。

原理圖是根據設計的項目來的,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對以后的元件布局、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。以前我的一個產品老是在運輸過程中有個別機器出現面殼PCB板斷裂的情況,改用圓弧后就好了。

2、元件和網絡的引入

把元件和網絡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,元件網絡問題,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品的壽命、穩定性、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:

3.1放置順序

先放置與結構有關的固定位置的元器件,如電源插座、指示燈、開關、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,如發熱元件、變壓器、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,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,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

◆同是地址線或者數據線,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量不會很好,否則對焊接和RE一WORK都會有問題

◆大面積敷銅要用網格狀的,以防止波焊時板子產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、調試、維修的方便性

對模擬電路來說處理地的問題是很重要的,地上產生的噪聲往往不便預料,可是一旦產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的放大對音質產生明顯的影響;在高精度A/D轉換電路中,如果地線上有高頻分量存在將會產生一定的溫漂,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,工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也就穩定了。另外,電磁兼容問題在目前人們對環保產品倍加關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??尚械淖龇ㄊ强刂菩盘柕姆?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PCIC1k、AGPC1,

它的作用有兩點:

1、阻抗匹配  2、濾波電感。對一些重要信號,如架構中的 HUB,共13根,頻率可達233MH

Z,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、調試、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,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(TAC)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、檢查核對網絡

有時候會因為誤操作或疏忽造成所畫的板子的網絡關系與原理圖不同,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。特別是高頻數字電路,這樣可以提前發現一些問題,大大減少以后的調試工作量。

基本原則:

1、導體距線路板邊緣的距離要大于0.3mm。

2、導線條彎角部分設計成圓角,可以防止銅箔剝落。

3、銅箔線條間距離最小為0.5mm,如為高頻電路,由于分布參數的影響,其形狀,間距則需另外考慮。

4、孔與基板邊緣的距離通常為板厚的2倍如果是排列孔,則需要3倍以上,否則,容易發生開裂現象。

5、圓角孔與圓孔接近時,容易發生開裂現象,其距離L應稍比板厚大。

6、模具沖孔后,孔徑有一定收縮量,如用12mm的沖頭沖孔,則出來的孔徑將不足1.2mm,所以設計時要考慮到收縮量。

這是個牽涉面大的問題。拋開其它因素,僅就PCB設計環節來說,我有以下幾點體會,供參考:

1、要有合理的走向:如輸入/輸出,交流/直流,強信號,高頻/低頻,高壓/低壓等…,它們的走向應該是呈線形的(或分離),不得相互交融。其目的是防止相互干擾。最好的走向是按直線,但一般不易實現,最不利的走向是環形,所幸的是可以設隔離帶來改善。對于是直流,小信號,低電壓PCB設計的要求可以低些。所以“合理”是相對的

2、選擇好接地點:小小的接地點不知有多少工程技術人員對它做過多少論述,足見其重要性。一般情況下要求共點地,比如:前向放大器的多條地線應匯合后再與干線地相連等…?,F實中,因受各種限制很難完全辦到,但應盡力遵循。這個問題在實際中是相當靈活的。每個人都有自己的一套解決方案。如能針對具體的電路板來解釋就容易理解。

3、合理布置電源濾波/退耦電容:般在原理圖中僅畫出若干電源濾波/退耦電容,但未指出它們各自應接于何處。其實這些電容是為開關器件(門電路)或其它需要濾波/退耦的件而設置的,布置這些電容就應盡量靠近這些元部件,離得太遠就沒有作用有趣的,當電源濾波/退耦電容布置的合理時,接地點的問題就顯得不那么明顯。

4、線條有講究:有條件做寬的線決不做細;高壓及高頻線應園滑,不得有尖銳的倒角,拐彎也不得采用直角。地線應盡量寬,最好使用大面積敷銅,這對接地點問題有相當的改善。

5、有些問題雖然發生在后期制作中,但卻是CB設計中帶來的,它們是:過線孔太多,沉銅工藝稍有不慎就會埋下隱患。所以,設計中應盡量減少過線孔。同向并行的線條密度太大,焊接時很容易連成一片。所以,線密度應視焊接工藝的水平來確定。焊點的距離太小,不利于人工焊接,只能以降低工效來解決焊接質量。否則將留下隱患。所以,焊點的最小距離的確定應綜合考慮焊接人員的素質和工效。焊盤或過線孔尺寸太小,或焊盤尺寸與鉆孔尺寸配合不當。前者對人工鉆孔不利,后對數控鉆孔不利。容易將焊盤鉆成“c”形,重則鉆掉焊盤。導線太細,而大面積的未布線區又沒有設置敷銅,容易造成腐蝕不均勻。即當未布線區腐蝕完后,細導線很有可能腐蝕過頭,或似斷非斷,或完全斷。所以,設置敷銅的作用不僅僅是增大地線面積和抗干。以上諸多因素都會對電路板的質量和將來產品的可靠性大打折扣。


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