標籤:pcb設計PCB抄板印製電路板設計

印製電路板的設計是以電路原理圖為根據,實現電路設計者所需要的功能。印刷電路板的設計主要指版圖設計,需要考慮外部連接的布局。內部電子元件的優化布局。金屬連線和通孔的優化布局。電磁保護。熱耗散等各種因素。優秀的版圖設計可以節約生產成本,達到良好的電路性能和散熱性能。簡單的版圖設計可以用手工實現,複雜的版圖設計需要藉助計算機輔助設計(CAD)實現。

1設計簡介

在高速設計中,可控阻抗板和線路的特性阻抗是最重要和最普遍的問題之一。首先了解一下傳輸線的定義:傳輸線由兩個具有一定長度的導體組成,一個導體用來發送信號,另一個用來接收信號(切記「迴路」取代「地」的概念)。在一個多層板中,每一條線路都是傳輸線的組成部分,鄰近的參考平面可作為第二條線路或迴路。一條線路成為「性能良好」傳輸線的關鍵是使它的特性阻抗在整個線路中保持恆定。
線路板成為「可控阻抗板」的關鍵是使所有線路的特性阻抗滿足一個規定值,通常在25歐姆和70歐姆之間。在多層線路板中,傳輸線性能良好的關鍵是使它的特性阻抗在整條線路中保持恆定。
但是,究竟什麼是特性阻抗?理解特性阻抗最簡單的方法是看信號在傳輸中碰到了什麼。當沿著一條具有同樣橫截面傳輸線移動時,這類似圖1所示的微波傳輸。假定把1伏特的電壓階梯波加到這條傳輸線中,如把1伏特的電池連接到傳輸線的前端(它位於發送線路和迴路之間),一旦連接,這個電壓波信號沿著該線以光速傳播,它的速度通常約為6英寸/納秒。當然,這個信號確實是發送線路和迴路之間的電壓差,它可以從發送線路的任何一點和迴路的相臨點來衡量。圖2是該電壓信號的傳輸示意圖。
Zen的方法是先「產生信號」,然後沿著這條傳輸線以6英寸/納秒的速度傳播。第一個0.01納秒前進了0.06英寸,這時發送線路有多餘的正電荷,而迴路有多餘的負電荷,正是這兩種電荷差維持著這兩個導體之間的1伏電壓差,而這兩個導體又組成了一個電容器。
在下一個0.01納秒中,又要將一段0.06英寸傳輸線的電壓從0調整到1伏特,這必須加一些正電荷到發送線路,而加一些負電荷到接收線路。每移動0.06英寸,必須把更多的正電荷加到發送線路,而把更多的負電荷加到迴路。每隔0.01納秒,必須對傳輸線路的另外一段進行充電,然後信號開始沿著這一段傳播。電荷來自傳輸線前端的電池,當沿著這條線移動時,就給傳輸線的連續部分充電,因而在發送線路和迴路之間形成了1伏特的電壓差。每前進0.01納秒,就從電池中獲得一些電荷(±Q),恆定的時間間隔(±t)內從電池中流出的恆定電量(±Q)就是一種恆定電流。流入迴路的負電流實際上與流出的正電流相等,而且正好在信號波的前端,交流電流通過上、下線路組成的電容,結束整個循環過程。
PCB(Printed Circuit Board)印刷電路板的縮寫

2設計軟體

一、國內用的比較多的是protel,protel 99se,protel DXP,Altium,這些都是一個公司發展,不斷升級的軟體;當前版本是Altium Designer 9.1 比較簡單,設計比較隨意,但是做複雜的PCB這些軟體就不是很好。
二、Cadende spb軟體Cadende spb這是Cadence的軟體,當前版本是Cadence SPB 16.5;其中的ORCAD原理圖設計是國際標準;其中PCB設計、模擬很全,用起來比protel複雜,主要是要求、設置複雜;但是為設計做好了規定,所以設計起來事半功倍,比protel就明顯強大。
三、Mentor公司的BORDSTATIONG和EE,其中BOARDSTATION由於只適用於UNIX系統,不是為PC機設計,所以使用的人較少;當前MentorEE版本為Mentor EE 7.9和Cadence spb屬於同級別的PCB設計軟體,它有些地方比cadence spb差,它的強項是拉線、飛線,人稱飛線王。
四、EAGLE Layout這是歐洲使用最廣泛的PCB設計軟體。 上述所說PCB設計軟體,用的比較多的,Cadence spb和MentorEE 是裡面當之無愧的王者。 如果是初學設計PCB我覺得Cadencespb 比較好,它可以給設計者養成一個良好的設計習慣,而且能保證良好的設計質量。

3具體方法

適用範圍
1.1 XXX 公司開發部的VCD超級VCDDVD音響等產品。
資歷培訓
4.1 有電子技術基礎;
4.2 有電腦基本操作常識;
4.3 熟悉利用電腦PCB 繪圖軟體.
少用過孔
一旦選用了過孔,務必處理好它與周邊各實體的間隙,特別是容易被忽視的中間各層與過孔不相連的線與過孔的間隙,如果是自動布線,可在「過孔數量最小化」 ( Via Minimiz8tion)子菜單里選擇「on」項來自動解決。(2)需要的載流量越大,所需的過孔尺寸越大,如電源層和地層與其它層聯接所用的過孔就要大一些。
SMD封裝
特殊性
Protel封裝庫內有大量SMD封裝,即表面焊裝器件。這類器件除體積小巧之外的最大特點是單面分佈元引腳孔。因此,選用這類器件要定義好器件所在面,以免「丟失引腳(Missing Plns)」。另外,這類元件的有關文字標註只能隨元件所在面放置。
焊盤
Pad
焊盤是PCB設計中最常接觸也是最重要的概念,但初學者卻容易忽視它的選擇和修正,在設計中千篇一律地使用圓形焊盤。選擇元件的焊盤類型要綜合考慮該元件的形狀、大小、布置形式、振動和受熱情況、受力方向等因素。Protel在封裝庫中給出了一系列不同大小和形狀的焊盤,如圓、方、八角、圓方和定位用焊盤等,但有時這還不夠用,需要自己編輯。例如,對發熱且受力較大、電流較大的焊盤,可自行設計成「淚滴狀」,在大家熟悉的彩電PCB的行輸出變壓器引腳焊盤的設計中,不少廠家正是採用的這種形式。一般而言,自行編輯焊盤時除了以上所講的以外,還要考慮以下原則:
(1)形狀上長短不一致時要考慮連線寬度與焊盤特定邊長的大小差異不能過大;
(2)需要在元件引角之間走線時選用長短不對稱的焊盤往往事半功倍;
(3)各元件焊盤孔的大小要按元件引腳粗細分別編輯確定,原則是孔的尺寸比引腳直徑大0.2- 0.4毫米。
PCB放置焊盤
1 .放置焊盤的方法
可以執行主菜單中命令 Place/Pad ,也可以用組件放置工具欄中的 Place Pad 按鈕。
進入放置焊盤( Pad )狀態后,滑鼠將變成十字形狀,將滑鼠移動到合適的位置上單擊就完成了焊盤的放置。
2 .焊盤的屬性設置
焊盤的屬性設置有以下兩種方法:
● 在用滑鼠放置焊盤時,滑鼠將變成十字形狀,按 Tab 鍵,將彈出 Pad (焊盤屬性)設置對話框.
7-24 焊盤屬性設置對話框
● 對已經在 PCB 板上放置好的焊盤,直接雙擊,也可以彈出焊盤屬性設置對話框。在焊盤屬性設置對話在框中有如下幾項設置:
● Hole Size :用於設置焊盤的內直徑大小。
● Rotation :用一設置焊盤放置的旋轉角度。
● Location :用於設置焊盤圓心的 x 和 y 坐標的位置。
● Designator 文本框:用於設置焊盤的序號。
● Layer 下拉列表:從該下拉列表中可以選擇焊盤放置的布線層。
● Net 下拉列表:該下拉列表用於設置焊盤的網路。
● Electrical Type 下拉列表:用於選擇焊盤的電氣特性。該下拉列表共有 3 種選擇方式: Load (節點)、 Source (源點)和 Terminator (終點)。
● Testpoint 複選項:用於設置焊盤是否作為測試點,可以做測試點的只有位於頂層的和底層的焊盤。
● Locked 複選項:選中該複選項,表示焊盤放置后位置將固定不動。
● Size and Shape 選項區域:用於設置焊盤的大小和形狀
● X-Size 和 Y-Size :分別設置焊盤的 x 和 y 的尺寸大小。
● Shape 下拉列表:用於設置焊盤的形狀,有 Round (圓形)、 Octagonal (八角形)和 Rectangle
(長方形)。
● Paste Mask Expansions 選項區域:用於設置助焊層屬性。
● Solder Mask Expansions 選項區域:用於設置阻焊層屬性。abc
飛線
有兩重含義
自動布線時供觀察用的類似橡皮筋的網路連線,在通過網路表調入元件並做了初步布局后,用「Show 命令就可以看到該布局下的網路連線的交叉狀況,不斷調整元件的位置使這種交叉最少,以獲得最大的自動布線的布通率。這一步很重要,可以說是磨刀不誤砍柴功,多花些時間,值!另外,自動布線結束,還有哪些網路尚未布通,也可通過該功能來查找。找出未布通網路之後,可用手工補償,實在補償不了就要用到「飛線」的第二層含義,就是在將來的印板上用導線連通這些網路。要交待的是,如果該電路板是大批量自動線生產,可將這種飛線視為0歐阻值、具有統一焊盤間距的電阻元件來進行設計.
印刷電路板(Printed circuit board,PCB)幾乎會出現在每一種電子設備當中。如果在某樣設備中有電子零件,那麼它們也都是鑲在大小各異的PCB上。除了固定各種小零件外,PCB的主要功能是提供上頭各項零件的相互電氣連接。隨著電子設備越來越複雜,需要的零件越來越多,PCB上頭的線路與零件也越來越密集了。標準的PCB長得就像這樣。裸板(上頭沒有零件)也常被稱為「印刷線路板Printed Wiring Board(PWB)」。
板子本身的基板是由絕緣隔熱、並不易彎曲的材質所製作成。在表面可以看到的細小線路材料是銅箔,原本銅箔是覆蓋在整個板子上的,而在製造過程中部分被蝕刻處理掉,留下來的部分就變成網狀的細小線路了。這些線路被稱作導線(conductor pattern)或稱布線,並用來提供PCB上零件的電路連接。
為了將零件固定在PCB上面,我們將它們的接腳直接焊在布線上。在最基本的PCB(單面板)上,零件都集中在其中一面,導線則都集中在另一面。這麼一來我們就需要在板子上打洞,這樣接腳才能穿過板子到另一面,所以零件的接腳是焊在另一面上的。因為如此,PCB的正反面分別被稱為零件面(Component Side)與焊接面(Solder Side)。
如果PCB上頭有某些零件,需要在製作完成後也可以拿掉或裝回去,那麼該零件安裝時會用到插座(Socket)。由於插座是直接焊在板子上的,零件可以任意的拆裝。下面看到的是ZIF(Zero Insertion Force,零撥插力式)插座,它可以讓零件(這裡指的是CPU)可以輕鬆插進插座,也可以拆下來。插座旁的固定桿,可以在您插進零件后將其固定。
如果要將兩塊PCB相互連結,一般我們都會用到俗稱「金手指」的邊接頭(edge connector)。金手指上包含了許多裸露的銅墊,這些銅墊事實上也是PCB布線的一部分。通常連接時,我們將其中一片PCB上的金手指插進另一片PCB上合適的插槽上(一般叫做擴充槽Slot)。在計算機中,像是顯示卡,音效卡或是其它類似的界面卡,都是借著金手指來與主機板連接的。
PCB上的綠色或是棕色,是阻焊漆(solder mask)的顏色。這層是絕緣的防護層,可以保護銅線,也可以防止零件被焊到不正確的地方。在阻焊層上另外會印刷上一層絲網印刷面(silk screen)。通常在這上面會印上文字與符號(大多是白色的),以標示出各零件在板子上的位置。絲網印刷面也被稱作圖標面(legend)。

4PCB打樣

PCB的中文名稱為印製電路板又稱印刷電路板、印刷線路板是重要的電子部件是電子元器件的支撐體?是電子元器件電氣連接的提供者。由於它是採用電子印刷術製作的故被稱為「印刷」電路板。
PCB打樣就是指印製電路板在批量生產前的試產主要應用為電子工程師在設計好電路?並完成PCB Layout之後向工廠進行小批量試產的過程即為PCB打樣。而PCB打樣的生產數量一般沒有具體界線一般是工程師在產品設計未完成確認和完成測試之前都稱之為PCB打樣。

5PCB設計模擬/數字轉換器的神奇妙用

高速模擬/數字轉換器 (High speed ADC) 通常是模擬前端PCB電路系統里最基本的組成組件。由於模擬/數字元轉換器的性能決定系統的整體效能表現,因此系統製造商往往將模擬/數字轉換器視為最重要的組件。本文將詳細介紹超音波系統前端的運作原理,並特別討論模擬/數字轉換器在其中所發揮的作用。
在PCB設計超音波系統的前端PCB電路時,製造商必須審慎考慮幾項重要因素,以便進行適當的取捨。醫務人員能否作出正確的診斷,乃取決於模擬PCB電路在這個過程當中關鍵性的作用。
模擬PCB電路的表現則取決於許多不同的參數,其中包括通道之間的串音干擾、無雜散訊號動態範圍 (SFDR) 以及總諧波失真。因此製造商在決定選用何種模擬PCB電路之前,必須詳細考慮這些參數。
以模擬/數字轉換器為例來說,如果加設串列 LVDS 驅動器等先進PCB電路,便可縮小PCB電路板,以及抑制電磁波等雜訊的干擾,有助於進一步改善系統的PCB設計。微型化、高效能及功能齊備的超音波系統產品的製造,造成市場上持續要求生產低耗電模擬IC,使其具備與放大器、模擬/數字轉換器和小封裝的更佳整合。
影像的產生
掃描過程的第一步,每一個轉換器負責產生脈衝訊號,並將訊號傳送出去。傳送出去的脈衝訊號以高頻率的聲波形式穿過人體組織,聲波的傳送速度一般介於1至20MHz之間。這些脈衝訊號開始在人體內進行定時和定標偵測。當訊號穿越身體的組織時,其中部分聲波會反射迴轉換器模塊,並由轉換器負責偵測這些回波的電位(轉換器將訊號傳送出去之後,會立即進行切換,改用接收模式)。回波訊號的強度取決於回波訊號反射點在人體內的位置。直接從皮下組織反射回來的訊號一般都極強,而從人體內深入部位反射回來的訊號則極微弱。
由於健康安全相關法律對人體可以承受的最大輻射量有所規定,因此工程師PCB設計的電子接收系統必須極為靈敏。接近於人體表皮的病症區,我們稱之為近場 (near field),被反射回來的能量是高的。 但是如果病症區在人體內的深處部位,稱之為遠場 (far field),接收到的回波將極為微弱,因此必須被放大為1000倍或以上。
在遠場影像的模式時,其效能限制來自於接收鏈路中存在的所有雜訊。轉換器/電纜組件以及接收系統的低雜訊放大器是兩個最大的外來雜訊源。 而近場影像模式下,效能限制則是來自於輸入訊號的大小。 這兩種訊號之間的比率決定了超音波儀器的動態範圍。
通過一系列接收器的時相轉換、振幅調整以及智能型累計回波能量等過程,既可以獲得高清晰度的影像。利用轉換器數組的時移與調整接收訊號振幅的原理可以使設備具有定點觀測掃描部位的功能。經過序列化的不同部位定位觀測,超音波儀器即可建立一個組合影像。
數字聚波可以完成訊號的組合處理。在數字聚波中,經由身體內某一點反射回來的回波脈衝訊號會在每一通道內先儲存起來,然後按照其先後次序排列一起,並將之固定成為同調訊號,然後聚集起來。這種將多個模擬/數字轉換器的輸出聚集一起的處理方法可以提高增益,因為通道內的雜訊是互不相關的。(備註:模擬聚波技術基本已經成為過時的方法,現代所採用的大部分為數字聚波)。影像的形成,是於最接近轉換器系統的模擬層取樣,將其存儲起來,再以數字化把它們聚集在一起而成。
DBF 系統需要精確的通道與通道匹配。兩通道均需要VGA(視頻圖形數組),這種情況將會持續,直到模擬/數字轉換器設備足夠應付大的動態範圍,並可以提供合理的成本和低耗電量。
系統規格
首先要先規劃出該電子設備的各項系統規格。包含了系統功能,成本限制,大小,運作情形等等。

功能區塊

接下來必須要製作出系統的功能方塊圖。方塊間的關係也必須要標示出來。
將系統分割幾個PCB 將系統分割數個PCB的話,不僅在尺寸上可以縮小,也可以讓系統具有升級與交換零件的能力。系統功能方塊圖就提供了我們分割的依據。像是計算機就可以分成主機板、顯示卡、音效卡、軟盤驅動器和電源等等。
決定使用封裝方法,和各PCB的大小 當各PCB使用的技術和電路數量都決定好了,接下來就是決定板子的大小了。如果PCB設計的過大,那麼封裝技術就要改變,或是重新作分割的動作。在選擇技術時,也要將線路圖的品質與速度都考量進去。

6高速流程

傳統的PCB設計流程,在信號速率越來越高,甚至GHZ以上的高速PCB設計領域已經不適用了。高速PCB設計必須和模擬以及驗證完美的結合在一起。而模擬也不是傳統意義的簡單的對設計進行驗證,而是嵌入整個設計流程的前模擬得到規則,規則驅動設計,到最後的后模擬驗證。
PCB設計

7注意事項

(1)避免在PCB邊緣安排重要的信號線,如時鐘和複位信號等。
(2)機殼地線與信號線間隔至少為4毫米;保持機殼地線的長寬比小於5:1以減少電感效應。
(3)已確定位置的器件和線用LOCK功能將其鎖定,使之以後不被誤動。
(4)導線的寬度最小不宜小於0.2mm(8mil),在高密度高精度的印製線路中,導線寬度和間距一般可取12mil。
(5)在DIP封裝的IC腳間走線,可應用10-10與12-12原則,即當兩腳間通過2根線時,焊盤直徑可設為50mil、線寬與線距都為10mil,當兩腳間只通過1根線時,焊盤直徑可設為64mil、線寬與線距都為12mil。
(6)當焊盤直徑為1.5mm時,為了增加焊盤抗剝強度,可採用長不小於1.5mm,寬為1.5mm和長圓形焊盤。
(7)設計遇到焊盤連接的走線較細時,要將焊盤與走線之間的連接設計成水滴狀,這樣焊盤不容易起皮,走線與焊盤不易斷開。
(8)大面積敷銅設計時敷銅上應有開窗口,加散熱孔,並將開窗口設計成網狀。
(9)儘可能縮短高頻元器件之間的連線,減少它們的分佈參數和相互間的電磁干擾。易受干擾的元器件不能相互挨得太近,輸入和輸出元件應盡量遠離。

8特殊元件

1、高頻元件:高頻元件之間的連線越短越好,設法減小連線的分佈參數和相互之間的電磁干擾,易受干擾的元件不能離得太近。隸屬於輸入和隸屬於輸出的元件之間的距離應該儘可能大一些。
2、具有高電位差的元件:應該加大具有高電位差元件和連線之間的距離,以免出現意外短路時損壞元件。為了避免爬電現象的發生,一般要求2000V電位差之間的銅膜線距離應該大於2mm,若對於更高的電位差,距離還應該加大。帶有高電壓的器件,應該盡量布置在調試時手不易觸及的地方。
3、重量太大的元件:此類元件應該有支架固定,而對於又大又重、發熱量多的元件,不宜安裝在電路板上。
4、發熱與熱敏元件:注意發熱元件應該遠離熱敏元件。
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