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PCB板中PCB布居的經(jīng)驗(yàn)之談

 鮫魚泣 2010-12-30
在設(shè)計(jì)中,布局是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。布局結(jié)果的好壞將直接影響布線的效果,因此可以這樣認(rèn)為,合理的布局是PCB設(shè)計(jì)成功的第一步。
布局的方式分兩種,一種是交互式布局,另一種是自動(dòng)布局,一般是在自動(dòng)布局的基礎(chǔ)上用交互式布局進(jìn)行調(diào)整,在布局時(shí)還可根據(jù)走線的情況對門電路進(jìn)行再分配,將兩個(gè)門電路進(jìn)行交換,使其成為便于布線的最佳布局。在布局完成后,還可對設(shè)計(jì)文件及有關(guān)信息進(jìn)行返回標(biāo)注于原理圖,使得PCB板中的有關(guān)信息與原理圖相一致,以便在今后的建檔、更改設(shè)計(jì)能同步起來, 同時(shí)對模擬的有關(guān)信息進(jìn)行更新,使得能對電路的電氣性能及功能進(jìn)行板級(jí)驗(yàn)證。
  考慮整體美觀
  一個(gè)產(chǎn)品的成功與否,一是要注重內(nèi)在質(zhì)量,二是兼顧整體的美觀,兩者都較完美才能認(rèn)為該產(chǎn)品是成功的。
  在一個(gè)PCB板上,元件的布局要求要均衡,疏密有序,不能頭重腳輕或一頭沉。
  布局的檢查
印制板尺寸是否與加工圖紙尺寸相符?能否符合PCB制造工藝要求?有無定位標(biāo)記?
元件在二維、三維空間上有無沖突?
元件布局是否疏密有序,排列整齊?是否全部布完?
需經(jīng)常更換的元件能否方便的更換?插件板插入設(shè)備是否方便?
熱敏元件與發(fā)熱元件之間是否有適當(dāng)?shù)木嚯x?
調(diào)整可調(diào)元件是否方便?
在需要散熱的地方,裝了散熱器沒有?空氣流是否通暢?
信號(hào)流程是否順暢且互連最短?
插頭、插座等與機(jī)械設(shè)計(jì)是否矛盾?
  PCB布線經(jīng)驗(yàn)(一)
  這是個(gè)牽涉面大的問題。拋開其它因素,僅就PCB設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)來說,我有以下幾點(diǎn)體會(huì),供大家參考:
  1.要有合理的走向:如輸入/輸出,交流/直流,強(qiáng)/弱信號(hào),高頻/低頻,高壓/低壓等...,它們的走向應(yīng)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(shí)現(xiàn),最不利的走向是環(huán)形。對于是直流,小信號(hào),低電壓PCB設(shè)計(jì)的要求可以低些。所以“合理”是相對的。上下層之間走線的方向基本垂直。整個(gè)板子的不想要均勻,能不擠的不要擠在一齊。
  2.選擇好接地點(diǎn):小小的接地點(diǎn)不知有多少工程技術(shù)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(diǎn)地,如:前向放大器的多條地線應(yīng)匯合后再與干線地相連等等...。現(xiàn)實(shí)中,因受各種限制很難完全辦到,但應(yīng)盡力遵循。這個(gè)問題在實(shí)際中是相當(dāng)靈活的。每個(gè)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:一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(yīng)接于何處。其實(shí)這些電容是為開關(guān)器件(門電路)或其它需要濾波/退耦的件而設(shè)置的,布置這些電容就應(yīng)盡量靠近這些元部件,離得太遠(yuǎn)就沒有作用了。有趣的是,當(dāng)電源濾波/退耦電容布置的合理時(shí),接地點(diǎn)的問題就顯得不那么明顯。
在貼片器件的退耦電容最好在布在板子另一面的器件肚子位置,電源和地要先過電容,再進(jìn)芯片。
  4.線條有講究:有條件做寬的線決不做細(xì);高壓及高頻線應(yīng)園滑,不得有尖銳的倒角,拐彎也不得采用直角。地線應(yīng)盡量寬,最好使用大面積敷銅,這對接地點(diǎn)問題有相當(dāng)大的改善。 5.有些問題雖然發(fā)生在后期制作中,但卻是PCB設(shè)計(jì)中帶來的,它們是:
過線孔太多,沉銅工藝稍有不慎就會(huì)埋下隱患。所以,設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量減少過線孔。同向并行的線條密度太大,焊接時(shí)很容易連成一片。所以,線密度應(yīng)視焊接工藝的水平來確定。焊點(diǎn)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(zhì)量。否則將留下隱患。所以,焊點(diǎn)的最小距離的確定應(yīng)綜合考慮焊接人員的素質(zhì)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(dāng)。前者對人工鉆孔不利,后者對數(shù)控鉆孔不利。容易將焊盤鉆成“c”形,重則鉆掉焊盤。導(dǎo)線太細(xì),而大面積的未布線區(qū)又沒有設(shè)置敷銅,容易造成腐蝕不均勻。即當(dāng)未布線區(qū)腐蝕完后,細(xì)導(dǎo)線很有可能腐蝕過頭,或似斷非斷,或完全斷。所以,設(shè)置敷銅的作用不僅僅是增大地線面積和抗干擾。 以上諸多因素都會(huì)對電路板的質(zhì)量和將來產(chǎn)品的可靠性大打折扣。
  PCB布線經(jīng)驗(yàn)(二)
  PCB設(shè)計(jì)中,布線是完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重要步驟,可以說前面的準(zhǔn)備工作都是為它而做的, 在整個(gè)PCB中,以布線的設(shè)計(jì)過程限定最高,技巧最細(xì)、工作量最大。PCB布線有單面布線、 雙面布線及多層布線。布線的方式也有兩種:自動(dòng)布線及交互式布線,在自動(dòng)布線之前, 可以用交互式預(yù)先對要求比較嚴(yán)格的線進(jìn)行布線,輸入端與輸出端的邊線應(yīng)避免相鄰平行, 以免產(chǎn)生反射干擾。必要時(shí)應(yīng)加地線隔離,兩相鄰層的布線要互相垂直,平行容易產(chǎn)生寄生耦合。
  自動(dòng)布線的布通率,依賴于良好的布局,布線規(guī)則可以預(yù)先設(shè)定, 包括走線的彎曲次數(shù)、導(dǎo)通孔的數(shù)目、步進(jìn)的數(shù)目等。一般先進(jìn)行探索式布經(jīng)線,快速地把短線連通, 然后進(jìn)行迷宮式布線,先把要布的連線進(jìn)行全局的布線路徑優(yōu)化,它可以根據(jù)需要斷開已布的線。 并試著重新再布線,以改進(jìn)總體效果。
  對目前高密度的PCB設(shè)計(jì)已感覺到貫通孔不太適應(yīng)了, 它浪費(fèi)了許多寶貴的布線通道,為解決這一矛盾,出現(xiàn)了盲孔和埋孔技術(shù),它不僅完成了導(dǎo)通孔的作用, 還省出許多布線通道使布線過程完成得更加方便,更加流暢,更為完善,PCB 板的設(shè)計(jì)過程是一個(gè)復(fù)雜而又簡單的過程,要想很好地掌握它,還需廣大電子工程設(shè)計(jì)人員去自已體會(huì), 才能得到其中的真諦。
  1 電源、地線的處理
既使在整個(gè)PCB板中的布線完成得都很好,但由于電源、 地線的考慮不周到而引起的干擾,會(huì)使產(chǎn)品的性能下降,有時(shí)甚至影響到產(chǎn)品的成功率。所以對電、 地線的布線要認(rèn)真對待,把電、地線所產(chǎn)生的噪音干擾降到最低限度,以保證產(chǎn)品的質(zhì)量。 對每個(gè)從事電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的工程人員來說都明白地線與電源線之間噪音所產(chǎn)生的原因, 現(xiàn)只對降低式抑制噪音作以表述:
  眾所周知的是在電源、地線之間加上去耦電容。
  盡量加寬電源、地線寬度,最好是地線比電源線寬,它們的關(guān)系是:地線>電源線>信號(hào)線,通常信號(hào)線寬為:0.2~0.3mm,最經(jīng)細(xì)寬度可達(dá)0.05~0.07mm,電源線為1.2~2.5 mm對數(shù)字電路的PCB可用寬的地導(dǎo)線組成一個(gè)回路, 即構(gòu)成一個(gè)地網(wǎng)來使用(模擬電路的地不能這樣使用)
  用大面積銅層作地線用,在印制板上把沒被用上的地方都與地相連接作為地線用。或是做成多層板,電源,地線各占用一層。
 
  2 數(shù)字電路與模擬電路的共地處理
  現(xiàn)在有許多PCB不再是單一功能電路(數(shù)字或模擬電路),而是由數(shù)字電路和模擬電路混合構(gòu)成的。因此在布線時(shí)就需要考慮它們之間互相干擾問題,特別是地線上的噪音干擾。
  數(shù)字電路的頻率高,模擬電路的敏感度強(qiáng),對信號(hào)線來說,高頻的信號(hào)線盡可能遠(yuǎn)離敏感的模擬電路器件,對地線來說,整人PCB對外界只有一個(gè)結(jié)點(diǎn),所以必須在PCB內(nèi)部進(jìn)行處理數(shù)、模共地的問題,而在板內(nèi)部數(shù)字地和模擬地實(shí)際上是分開的它們之間互不相連,只是在PCB與外界連接的接口處(如插頭等)。數(shù)字地與模擬地有一點(diǎn)短接,請注意,只有一個(gè)連接點(diǎn)。也有在PCB上不共地的,這由系統(tǒng)設(shè)計(jì)來決定。
  3 信號(hào)線布在電(地)層上
  在多層印制板布線時(shí),由于在信號(hào)線層沒有布完的線剩下已經(jīng)不多,再多加層數(shù)就會(huì)造成浪費(fèi)也會(huì)給生產(chǎn)增加一定的工作量,成本也相應(yīng)增加了,為解決這個(gè)矛盾,可以考慮在電(地)層上進(jìn)行布線。首先應(yīng)考慮用電源層,其次才是地層。因?yàn)樽詈檬潜A舻貙拥耐暾浴?
  4 大面積導(dǎo)體中連接腿的處理
  在大面積的接地(電)中,常用元器件的腿與其連接,對連接腿的處理需要進(jìn)行綜合的考慮,就電氣性能而言,元件腿的焊盤與銅面滿接為好,但對元件的焊接裝配就存在一些不良隱患如:①焊接需要大功率加熱器。②容易造成虛焊點(diǎn)。所以兼顧電氣性能與工藝需要,做成十字花焊盤,稱之為熱隔離(heat shield)俗稱熱焊盤(Thermal),這樣,可使在焊接時(shí)因截面過分散熱而產(chǎn)生虛焊點(diǎn)的可能性大大減少。多層板的接電(地)層腿的處理相同。
  5 布線中網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的作用
  在許多CAD系統(tǒng)中,布線是依據(jù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)決定的。網(wǎng)格過密,通路雖然有所增加,但步進(jìn)太小,圖場的數(shù)據(jù)量過大,這必然對設(shè)備的存貯空間有更高的要求,同時(shí)也對象計(jì)算機(jī)類電子產(chǎn)品的運(yùn)算速度有極大的影響。而有些通路是無效的,如被元件腿的焊盤占用的或被安裝孔、定們孔所占用的等。網(wǎng)格過疏,通路太少對布通率的影響極大。所以要有一個(gè)疏密合理的網(wǎng)格系統(tǒng)來支持布線的進(jìn)行。 標(biāo)準(zhǔn)元器件兩腿之間的距離為0.1英寸(2.54mm),所以網(wǎng)格系統(tǒng)的基礎(chǔ)一般就定為0.1英寸(2.54 mm)或小于0.1英寸的整倍數(shù),如:0.05英寸、0.025英寸、0.02英寸等。
  6 設(shè)計(jì)規(guī)則檢查(DRC)
  布線設(shè)計(jì)完成后,需認(rèn)真檢查布線設(shè)計(jì)是否符合設(shè)計(jì)者所制定的規(guī)則,同時(shí)也需確認(rèn)所制定的規(guī)則是否符合印制板生產(chǎn)工藝的需求,一般檢查有如下幾個(gè)方面:
線與線,線與元件焊盤,線與貫通孔,元件焊盤與貫通孔,貫通孔與貫通孔之間的距離是否合理,是否滿足生產(chǎn)要求。
  電源線和地線的寬度是否合適,電源與地線之間是否緊耦合(低的波阻抗)?在PCB中是否還有能讓地線加寬的地方。
  對于關(guān)鍵的信號(hào)線是否采取了最佳措施,如長度最短,加保護(hù)線,輸入線及輸出線被明顯地分開。
  模擬電路和數(shù)字電路部分,是否有各自獨(dú)立的地線。
  后加在PCB中的圖形(如圖標(biāo)、注標(biāo))是否會(huì)造成信號(hào)短路。
  對一些不理想的線形進(jìn)行修改。
在PCB上是否加有工藝線?阻焊是否符合生產(chǎn)工藝的要求,阻焊尺寸是否合適,字符標(biāo)志是否壓在器件焊盤上,以免影響電裝質(zhì)量。
  多層板中的電源地層的外框邊緣是否縮小,如電源地層的銅箔露出板外容易造成短路。

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