原创 PCB布线经验交流2

2009-9-28 20:54 2201 1 2 分类: PCB

一、布局和布线是PCB设计中的两个最重要的内容<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />


所谓布局就是把电路图上所有的元器件都合理地安排到有限面积的PCB上。最关键的问题是:开关、按钮、旋钮等操作件,以及结构件(以下简称特殊元件)等,必须被安排在指定的位置上;其他元器件的位置安排,必须同时兼顾到布线的布通率和电气性能的最优化,以及今后的生产工艺和造价等多方面因素。这种兼顾往往是对硬件设计师水平和经验的挑战。


布线就是在布局之后,通过设计铜箔的走线图,按照原理图连通所有的走线。显然,布局的合理程度直接影响布线的成功率,往往在布线过程中还需要对布局作适当的调整。布线设计可以采用双层走线和单层走线,对于极其复杂的设计也可以考虑采用多层布线方案,但为了降低产品的造价,一般应尽量采用单层布线方案。结合自己做过双面板和四层板的设计。


二、PCB设计的一般原则


1、PCB尺寸大小和形状的确定


首先根据产品的机械结构确定。当空间位置较富余时,应尽量选择小面积的PCB。因为面积太大时,印制线条长,阻抗增加,抗噪声能力下降,成本也增加,但还要充分考虑到元器件的散热和邻近走线易受干扰等因素。


就目前我们这个项目来说,我对机械设计对PCB设计的影响的体会是相当深的,不一般吧,这三块板子,那块是规规矩矩的,这都是由于我们产品自身的原因导致机械结构的特殊,而机械结构的特殊,就对电路板本身的外形结构进行的限制和规定。电路板之间的信号连接也有了相应的特性要求。但这些都是不能避免的,因为产品为市场所要求,市场的变化多端的,所以产品也是变化多端的,设计为产品而服务。


2.布局


特殊元件的布局原则


尽可能缩短高频元器件之间的连线,设法减少它们的分布参数和相互间的电磁干扰。易受干扰的元器件不能相互挨得太近,输入和输出元件应尽量远离。


某些元器件或导线之间可能有较高的电位差,应加大它们之间的距离,以免放电引出意外短路。带高电压的元器件应尽量布置在调试时手不易触及的地方。


重量超过15g的元器件、应当用支架加以固定,然后焊接。那些又大又重、发热量多的元器件,不宜装在印制板上,而应装在整机的机箱底板上,且应考虑散热问题。热敏元件应远离发热元件。


对于电位器、可调电感线圈、可变电容器、微动开关等可调元件的布局应考虑整机的结构要求。若是机内调节,应放在印制板上方便于调节的地方;若是机外调节,其位置要与调节旋钮在机箱面板上的位置相适应。


应留出PCB定位孔及固定支架所占用的位置。
   以上各条都是需要做过对应的相关设计采用较深的体会,第二条我的体会最浅,因为没有做过这种元件和导线之间有较高电压差的这种PCB。其他几条都还是有所体会的,主要就是一个原则:做出来的板子要和它周围的结构兼容,要和放在它上面的元件兼容,要满足一些基本的电气要求。


普通元器件的布局原则


按照电路的流程安排各个电路单元的位置,使布局便于信号流通,并使信号尽可能保持一致的流向。


这一条我体会很深,第一次做板子的时候,面对几百个花花绿绿的元件,完全不知道该这么去把它们组织都一起去,当时就奇怪凭什么这个元件要这样放,那个元件要那样放。就是因为心里没有这条原则,原来自己布局出来的板子,在利用自动布线时,布通率是很低的,后来,做多了,就慢慢的体会到了这一入门级的基本原则。在首先满足机械结构的前提下,在给定的平面空间里,布局的基本原则就是按照电路的流程来安排各个电路单元的位置。其实这一条解释了,如何对各个主要元件进行布局。


以每个功能电路的核心元件为中心,围绕它来进行布局。元器件应均匀、整齐、紧凑地排列在PCB上.尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接。


这是在满足第一原则的前提下,尽一步的更细的解释了如何对电阻电容这些分离元件进行正确的布局。


在高频下工作的电路,要考虑元器件之间的分布参数。一般电路应尽可能使元器件平行排列。这样,不但美观.而且装焊容易.易于批量生产。


我做过的高频电路最大的为270MHz,但是,由于当时的种种原因,导致了对这种理解不是很深刻,当时也是在有经验的人的指导下完成了,又因为只做过一种这样的高频板,所以对如何通过考虑元件的分布参数来布局不能理解。目前,我们异步电机ECU部分的信号最高频率为控制电机用的PWM信号,约为30KHz左右。(晶振为8MHz的晶振,都是在布局过程中,晶振和8346的距离很近,几乎直接输出到8346,而且只有这一个地方,所以可以不用考虑。)所以几乎完成可以不用考虑元件的高频特性。


位于电路板边缘的元器件,离电路板边缘一般不小于2mm。电路板的最佳形状为矩形。长宽比为3:2成4:3。电路板面尺寸大于200x150mm时.应考虑电路板所受的机械强度。


这一条通过最近的工作,我还是有较为深刻的体会的,元器件离电路板边缘一般不小于2mm,这主要是考虑了在对PCB装配进行外协大规模加工的时候,留给贴片机器的夹持距离。


3.布线


相同信号的电路模块输入端与输出端的导线应尽量避免相邻平行。最好加线间地线,以免发生反馈藕合。


印制铜铂导线的最小宽度主要由导线与绝缘基扳间的粘附强度和流过它们的电流值决定。当铜箔厚度为 0.05mm,导线宽度为1.5mm时,通过2A的电流,温升不会高于<?xml:namespace prefix = st1 ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:smarttags" />3℃,可满足一般的设计要求,其他情况下的铜铂宽度选择可依次类推。对于集成电路,尤其是数字电路,通常选0.02-0.3mm导线宽度就可以了。当然,只要允许,还是尽可能用宽线.尤其是电源线和地线。导线的最小间距主要由最坏情况下的线间绝缘电阻和击穿电压决定。对于集成电路,尤其是数字电路,只要工艺允许,可使间距小至0.5mm。


由于直角或锐角在高频电路中会影响电气性能,因此印制铜铂导线的拐弯处一般取圆弧形。此外,尽量避免使用大面积铜箔,否则.长时间受热时,易发生铜箔膨胀和脱落现象。必须用大面积铜箔时,最好用栅格状.这样有利于排除铜箔与基板间粘合剂受热产生的挥发性气体。


其实原来我一直都没有想过为什么在PCB设计完成后,要对PCB进行敷铜,只是人家有经验的同事这样做,我自己也这样做,后来有了一点认识,以为敷铜就是用来连接各个地网络节点。在做我们这个项目的时候,刘老师要求在敷铜前,将所有的地网络都连接都一起,这才让我认识到:敷铜并不是仅仅把各个地网络节点连接到一起这么简单。查了一下资料,敷铜大概有以下几个理由:1. 起屏蔽作用。2. PCB工艺要求。3. 可以保证信号完整性,给高频数字信号一个完整的回流路径。4.散热。


三、做四层板时,如何分割内电层


 protel99中,内电层采用反转显示的方法显示电源层上的图件。放置在内部电源层上的导线及填充等物件在实际生产出来的电路板上是没有铜箔的,而PCB电路板中没有填充的区域在实际的电路板上却是实心的铜箔。


如果需要多个电源网络共享一个内部电源层时,就需要对内部电源层进行分割,但是在分割内部电源层之前,用户必须对具有电源网络的焊盘和过孔进行重新布局,尽量将具有同一个电源网络的焊盘和过孔放置到一个相对集中的区域。

上面的两段只是提了在进行内电层分割时的大原则和首要原则,但是,在实践中,分割内电层并不是如此的简单,我们还必须理解下面这个原则:即:在进行内电层分割时,隔离带不要跨接在内电层连接焊盘上。上图的这个分割方式是没有问题的,隔离带是不能跨接在内电层连接焊盘上,但是可以跨接在连接焊盘上。
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bzhang 2009-9-13 23:04

布线也是门学问
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