原理圖是pcb設(shè)計(jì)前期準(zhǔn)備工作,經(jīng)常見到初學(xué)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。在畫原理圖時(shí),層次設(shè)計(jì)時(shí)要注意各個(gè)文件最后要連接為一個(gè)整體,這同樣對以后的工作有重要意義。由于,原理圖是根據(jù)設(shè)計(jì)的項(xiàng)目來的,只要電性連接正確沒什么好說的。下面我們就pcb設(shè)計(jì)制板程序中的問題進(jìn)行探討、分析。
1.制作物理邊框
封閉的物理邊框?qū)σ院蟮脑季帧⒆呔€來說是個(gè)基本平臺,也對自動(dòng)布局起著約束作用,否則,從原理圖過來的元件會(huì)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(shí)又可以減輕應(yīng)力作用。以前我的一個(gè)產(chǎn)品老是在運(yùn)輸過程中有 個(gè)別機(jī)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(yīng)該很簡單,但是這里往往會(huì)出問題,一定要細(xì)心地按提示的錯(cuò)誤逐個(gè)解決,不然后面要費(fèi)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(yīng)該特別注意的地方。一般來說應(yīng)該有以下一些原則:
(1)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(huì)被誤移動(dòng)。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。
(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(yīng)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(gè)地方,也不要高電容太近以免使電解液過早老化。
4.布線原則
走線的學(xué)問是非常高深的,每人都會(huì)有自己的體會(huì),但還是有些通行的原則的。
◆高頻數(shù)字電路走線細(xì)一些、短一些好。
◆大電流信號、高電壓信號與小信號之間應(yīng)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(shí)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(yīng)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(shí),兩面的導(dǎo)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(dǎo)線應(yīng)盡量避兔相鄰平行,以免發(fā)生回授,在這些導(dǎo)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(bǔ)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(huì)很好,否則對焊接和re-work都會(huì)有問題。
◆大面積敷銅要用網(wǎng)格狀的,以防止波焊時(shí)板子產(chǎn)生氣泡和因?yàn)闊釕?yīng)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(huì)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(yù)料,可是一旦產(chǎn)生將會(huì)帶來極大的麻煩,應(yīng)該未雨綢緞。對于功放電路,極微小的地噪聲都會(huì) 因?yàn)楹蠹壍姆糯髮σ糍|(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(huì)產(chǎn)生一定的溫漂,影響放大器的工作。這時(shí)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(jī)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(gè):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(huì)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(jìn)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?yàn)閼?yīng)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(shí)鐘信號上,如 pciclk、agp-clk,它的作用有兩點(diǎn):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(dá)233mhz,要求必須嚴(yán)格等長,以消除時(shí)滯造成的隱患,這時(shí),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(jī)天線的電感線圈等等。
5.地線處理
(1)對模擬電路來說,地線的處理相當(dāng)重要。如功放電路,很微小的地噪聲都會(huì)因?yàn)楹蠹壏糯蠖鴮σ糍|(zhì)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響;又如高精度的a/d轉(zhuǎn)換電路中,如果地線上有高頻干擾存在將會(huì)是放大器產(chǎn)生溫飄,影響工作。
(2)對數(shù)字電路來說,由于時(shí)鐘頻率高,布線及元件間的電感效應(yīng)明顯,地線阻抗隨著頻率的上升而變得很大,產(chǎn)生射頻電流,電磁干擾問題突出。
(3)充分利用表面粘貼式元件(貼片元件),少用直插式元件。這樣可以省去很多直插焊盤孔,把多出來的空間讓給地線;設(shè)法讓信號線盡量在頂層走,將底層盡量完整的做地線層或鋪地,保持地電流的低阻抗暢通。
(4)數(shù)字電路的地和模擬電路的地要分開處理。在pcb板上既有高速邏輯電路,又有線性電路,兩者的地線不要相混,必須彼此分開布線,最后只在電源的地相接,或在某一處短接后再接到電源的地。具體最后如何相接由系統(tǒng)設(shè)計(jì)決定。
(5)正確運(yùn)用單點(diǎn)接地和多點(diǎn)接地。在低頻電路中,信號的工作頻率小于1mhz ,它的布線和元器件間的連線電感影響較少,而接地電路的形成的地環(huán)流對干擾影響較大,因而應(yīng)采用一點(diǎn)接地。這種接法通常用于音頻功放電路,模擬電路,60hz直流電源系統(tǒng)等。當(dāng)信號工作頻率大于1mhz時(shí),連線電感會(huì)增大地線阻抗,產(chǎn)生射頻電流。此時(shí)必須盡量降低接地阻抗。采用多點(diǎn)接地法可有效降低射頻電流的影響。
(6)盡量加粗接地線。尤其模擬地線應(yīng)盡量加大引出端的接地面積。若地線很細(xì),阻抗就會(huì)很大,接地電位隨著電流的變化而變化,致使信號電平不穩(wěn)定。最好使地線能夠通過3倍于電路允許的最大電流。
6.調(diào)整完善
完成布線及地線處理之后,要做的就是對文字、個(gè)別元件、走線做些調(diào)整以及敷銅(這項(xiàng)工作不宜太早,否則會(huì)影響速度,又給布線帶來麻煩),同樣是為了便于進(jìn)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(dǎo)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(gè)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。