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PCB Layout初学者必备的6个知识点,你掌握了吗?

  • 2020-11-23 00:00
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  PCB Layout初学者必备的6个知识点,你掌握了吗?


  学习PCB设计是一个循环渐进的过程,需要大家积累一定的知识、技巧和经验。本文,我们为PCB Layout初学者整理了一些和PCB设计相关的技术要点、设计经验、设计技巧等知识,方便大家快速上手。


  PCB Layout是什么意思?

  PCB是印刷电路板(Printed Circuit Board)的简称,它是电子元器件的支撑体,也是电子元器件电气连接的载体,有“电子产品之母”之称。LAYOUT是布局规划的意思。结合起来:PCB Layout就是印刷电路板布局布线的意思。PCB设计,通常也称为PCB Layout。

  PCB设计需要借助计算机辅助设计实现,业内常用的设计软件有:Cadence Allegro,PADS,Altium Designer等。

  常规PCB设计包括建库、调网表、布局、布线、文件输出等几个步骤,但常规PCB设计流程已经远远不能满足日益复杂的高速PCB设计要求。由于SI仿真、PI仿真、EMC设计、单板工艺等都需要紧密结合到设计流程中,同时为了实现品质控制,要在各节点增加评审环节,实际的PCB设计流程要复杂得多。


  PCB布局

  在综合考虑信号质量、EMC、热设计、DFM、DFT、结构、安规等方面要求的基础上,将器件合理的放置到板面上。——布局

  PCB布局设计是 PCB 整个设计流程中的首个重要设计环节。越复杂的PCB板,布局的好坏越能直接影响到后期布线的实现难易程度。布局应尽量满足以下要求:总的连线尽可能短,关键信号线最短;高电压、大电流信号与低电压、小电流信号的弱信号完全分开;模拟信号与数字信号分开;高频信号与低频信号分开;高频元器件的间距要充分。在满足仿真和时序分析要求的前提下,局部调整。


  PCB布线

  在遵循信号质量、DFM、EMC等规则要求下,实现器件管脚间的物理连接设计。——布线

  PCB布线设计是整个PCB设计中工作量最大的工序,直接影响着 PCB 板的性能好坏。布线处理的一些基本要求如下:

  1)过孔、线宽、安全间距避免采用极限值。

  2)走线到板边的距离通常情况下需≥2mm,在不能满足条件的情况下,至少保证不小于20mil。

  3)金属外壳器件下,不允许有过孔、表层走线。

  4)尽量为时钟信号、高频信号、敏感信号等关键信号提供专门的布线层,并保证其最小的回路面积。采用屏蔽和加大安全间距等方法,保证信号质量。

  5)电源层和地层之间的EMC环境较差,应避免布置对干扰敏感的信号线。

  6)布线尽可能靠近一个平面,并避免跨分割。若必须跨分割或者无法靠近电源地平面,这些情况仅允许在低速信号线中存在。

  7)平面层和布线层分布对称,介质厚度分布对称,过孔跨层保持对称。

  8)所有信号线必须倒角,倒角角度为45度,特殊情况除外。


  电源、地线的处理

  即使在整个PCB板中的布线完成的很好,但由于电源和地线的考虑不周到而引起的干扰,会使产品的性能下降,有时甚至会影响到产品的成功率。所以对电源和地线的处理要认真对待,把电源和地线的所产生的噪音和干扰降到最低限度,以保证产品的质量。

  1)尽量加宽电源和地线的宽度,最好是地线比电源线宽,它们的关系是:地线—电源线—信号线。

  2)对数字电路的PCB可用宽的地导线组成一个回路,即构成一个地网来使用(模拟电路的地不能这样使用)

  3)用大面积铜层作地线用,在印制板上把没被用上的地方都与地相连接作为地线用。或是多层板,电源和地线各占用一层。


  数字电路与模拟电路的共地处理

  现在许多PCB不再是单一功能电路,而是由数字电路和模拟电路混合构成的。因此在布线时就需要考虑它们之间互相干扰的问题,特别是地线上的噪音干扰。

  数字电路的频率高,模拟电路的敏感度强,对信号线来说,高频的信号线尽可能远离敏感的模拟电路器件,对地线来说,整个PCB对外界只有一个结点,所以必须在PCB内部进行处理数字和模拟共地的问题,而在板内部数字地和模拟地实际上是分开的,它们之间是互不相连的,只是在PCB与外界连接的接口处(如插头等)。数字地与模拟地有一点短接,(请注意,只有一个连接点),也有在PCB上不共地的,这由系统设定来决定。


  设计规则检查(DRC)

  布线设计完成后,需要认真检查布线设计是否符合设计者所制定的规则,同时也需要确认所制定的规则是否符合印制板生产工艺要求,一般检查有如下几个方面:

  1)线与线,线与元件焊盘,线与孔,元件焊盘和孔,孔与孔之间的距离是否合理,是否满足生产要求。

  2)电源线和地线的宽度是否合适,电源和地线之间是否耦合,在PCB中是否还有能让地线加宽的地方。

  3)对于关键信号线是否采取了最佳的措施(如长度最短,加保护线,输入线及输出线被明显地分开)

  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、标注)是否会造成信号短路。

  6)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,字符标示是否压器件焊盘。

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