你真的吃透PCB設(shè)計(jì)了嗎？
發(fā)布時(shí)間：2020-10-20
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第一：前期準(zhǔn)備。這包括準(zhǔn)備元件庫和原理圖?！肮び破涫?，必先利其器”，要做出一塊好的板子，除了要設(shè)計(jì)好原理之外，還要畫得好。在進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)之前，首先要準(zhǔn)備好原理圖SCH的元件庫和PCB的元件庫。元件庫可以用peotel 自帶的庫，但一般情況下很難找到合適的，最好是自己根據(jù)所選器件的標(biāo)準(zhǔn)尺寸資料自己做元件庫。原則上先做PCB的元件庫，再做SCH的元件庫。PCB的元件庫要求較高，它直接影響板子的安裝；SCH的元件庫要求相對比較松，只要注意定義好管腳屬性和與PCB元件的對應(yīng)關(guān)系就行。PS：注意標(biāo)準(zhǔn)庫中的隱藏管腳。之后就是原理圖的設(shè)計(jì)，做好后就準(zhǔn)備開始做PCB設(shè)計(jì)了。
第二：PCB結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。這一步根據(jù)已經(jīng)確定的電路板尺寸和各項(xiàng)機(jī)械定位，在PCB 設(shè)計(jì)環(huán)境下繪制PCB板面，并按定位要求放置所需的接插件、按鍵/開關(guān)、螺絲孔、裝配孔等等。并充分考慮和確定布線區(qū)域和非布線區(qū)域（如螺絲孔周圍多大范圍屬于非布線區(qū)域）。
第三：PCB布局。布局說白了就是在板子上放器件。這時(shí)如果前面講到的準(zhǔn)備工作都做好的話，就可以在原理圖上生成網(wǎng)絡(luò)表（Design-> Create Netlist），之后在PCB圖上導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表（Design->Load Nets）。就看見器件嘩啦啦的全堆上去了，各管腳之間還有飛線提示連接。然后就可以對器件布局了。一般布局按如下原則進(jìn)行：
?、侔措姎庑阅芎侠矸謪^(qū)，一般分為：數(shù)字電路區(qū)(即怕干擾、又產(chǎn)生干擾)、模擬電路區(qū)(怕干擾)、功率驅(qū)動區(qū)（干擾源）；
?、?完成同一功能的電路，應(yīng)盡量靠近放置，并調(diào)整各元器件以保證連線最為簡潔；同時(shí)，調(diào)整各功能塊間的相對位置使功能塊間的連線最簡潔；
?、?對于質(zhì)量大的元器件應(yīng)考慮安裝位置和安裝強(qiáng)度；發(fā)熱元件應(yīng)與溫度敏感元件分開放置，必要時(shí)還應(yīng)考慮熱對流措施；
④I/O驅(qū)動器件盡量靠近印刷板的邊、靠近引出接插件；
?、輹r(shí)鐘產(chǎn)生器（如：晶振或鐘振）要盡量靠近用到該時(shí)鐘的器件；
?、拊诿總€集成電路的電源輸入腳和地之間，需加一個去耦電容（一般采用高頻性能好的獨(dú)石電容）；電路板空間較密時(shí)，也可在幾個集成電路周圍加一個鉭電容。
⑦繼電器線圈處要加放電二極管（1N4148即可）；
⑧ 布局要求要均衡，疏密有序，不能頭重腳輕或一頭沉
——需要特別注意，在放置元器件時(shí)，一定要考慮元器件的實(shí)際尺寸大?。ㄋ济娣e和高度）、元器件之間的相對位置，以保證電路板的電氣性能和生產(chǎn)安裝的可行性和便利性同時(shí)，應(yīng)該在保證上面原則能夠體現(xiàn)的前提下，適當(dāng)修改器件的擺放，使之整齊美觀，如同樣的器件要擺放整齊、方向一致，不能擺得“錯落有致” 。
這個步驟關(guān)系到板子整體形象和下一步布線的難易程度，所以一點(diǎn)要花大力氣去考慮。布局時(shí)，對不太肯定的地方可以先作初步布線，充分考慮。
第四：布線。布線是整個PCB設(shè)計(jì)中最重要的工序。這將直接影響著PCB板的性能好壞。在PCB的設(shè)計(jì)過程中，布線一般有這么三種境界的劃分：首先是布通，這時(shí)PCB設(shè)計(jì)時(shí)的最基本的要求。如果線路都沒布通，搞得到處是飛線，那將是一塊不合格的板子，可以說還沒入門。其次是電器性能的滿足。這是衡量一塊印刷電路板是否合格的標(biāo)準(zhǔn)。這是在布通之后，認(rèn)真調(diào)整布線，使其能達(dá)到最佳的電器性能。接著是美觀。假如你的布線布通了，也沒有什么影響電器性能的地方，但是一眼看過去雜亂無章的，加上五彩繽紛、花花綠綠的，那就算你的電器性能怎么好，在別人眼里還是垃圾一塊。這樣給測試和維修帶來極大的不便。布線要整齊劃一，不能縱橫交錯毫無章法。這些都要在保證電器性能和滿足其他個別要求的情況下實(shí)現(xiàn)，否則就是舍本逐末了。
布線時(shí)主要按以下原則進(jìn)行：
?、僖话闱闆r下，首先應(yīng)對電源線和地線進(jìn)行布線，以保證電路板的電氣性能。在條件允許的范圍內(nèi)，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＞信號線，通常信號線寬為：0.2～0.3mm，最細(xì)寬度可達(dá)0.05～0.07mm，電源線一般為1.2～2.5mm。對數(shù)字電路的 PCB可用寬的地導(dǎo)線組成一個回路, 即構(gòu)成一個地網(wǎng)來使用（模擬電路的地則不能這樣使用）
?、陬A(yù)先對要求比較嚴(yán)格的線（如高頻線）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。
?、壅袷幤魍鈿そ拥?，時(shí)鐘線要盡量短，且不能引得到處都是。時(shí)鐘振蕩電路下面、特殊高速邏輯電路部分要加大地的面積，而不應(yīng)該走其它信號線，以使周圍電場趨近于零；
?、鼙M可能采用45o的折線布線，不可使用90o折線，以減小高頻信號的輻射；（要求高的線還要用雙弧線）
?、萑魏涡盘柧€都不要形成環(huán)路，如不可避免，環(huán)路應(yīng)盡量??；信號線的過孔要盡量少；
?、揸P(guān)鍵的線盡量短而粗，并在兩邊加上保護(hù)地。
?、咄ㄟ^扁平電纜傳送敏感信號和噪聲場帶信號時(shí)，要用“地線-信號-地線”的方式引出。
⑧關(guān)鍵信號應(yīng)預(yù)留測試點(diǎn)，以方便生產(chǎn)和維修檢測用
?、嵩韴D布線完成后，應(yīng)對布線進(jìn)行優(yōu)化；同時(shí)，經(jīng)初步網(wǎng)絡(luò)檢查和DRC檢查無誤后，對未布線區(qū)域進(jìn)行地線填充，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?；蚴亲龀啥鄬影澹娫?，地線各占用一層。
——PCB布線工藝要求
?、倬€
一般情況下，信號線寬為0.3mm(12mil)，電源線寬為0.77mm(30mil)或1.27mm(50mil)；線與線之間和線與焊盤之間的距離大于等于0.33mm(13mil)，實(shí)際應(yīng)用中，條件允許時(shí)應(yīng)考慮加大距離；
布線密度較高時(shí)，可考慮（但不建議）采用IC腳間走兩根線，線的寬度為0.254mm(10mil)，線間距不小于0.254mm(10mil)。特殊情況下，當(dāng)器件管腳較密，寬度較窄時(shí)，可按適當(dāng)減小線寬和線間距。
?、诤副P（PAD）
焊盤（PAD）與過渡孔（VIA）的基本要求是：盤的直徑比孔的直徑要大于0.6mm；例如，通用插腳式電阻、電容和集成電路等，采用盤/孔尺寸 1.6mm/0.8mm（63mil/32mil），插座、插針和二極管1N4007等，采用1.8mm/1.0mm（71mil/39mil）。實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)實(shí)際元件的尺寸來定，有條件時(shí)，可適當(dāng)加大焊盤尺寸；
PCB板上設(shè)計(jì)的元件安裝孔徑應(yīng)比元件管腳的實(shí)際尺寸大0.2～0.4mm左右。
?、圻^孔（VIA）
一般為1.27mm/0.7mm(50mil/28mil)；
當(dāng)布線密度較高時(shí)，過孔尺寸可適當(dāng)減小，但不宜過小，可考慮采用1.0mm/0.6mm(40mil/24mil)。
④焊盤、線、過孔的間距要求
PAD and VIA ： ≥ 0.3mm（12mil）
PAD and PAD?。?≥ 0.3mm（12mil）
PAD and TRACK?。?≥ 0.3mm（12mil）
TRACK and TRACK?。?≥ 0.3mm（12mil）
密度較高時(shí)：
PAD and VIA?。?≥ 0.254mm（10mil）
PAD and PAD?。?≥ 0.254mm（10mil）
PAD and TRACK ： ≥ 0.254mm（10mil）
TRACK and TRACK?。?≥ 0.254mm（10mil）
第五：布線優(yōu)化和絲印?！皼]有最好的，只有更好的”！不管你怎么挖空心思的去設(shè)計(jì)，等你畫完之后，再去看一看，還是會覺得很多地方可以修改的。一般設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)是：優(yōu)化布線的時(shí)間是初次布線的時(shí)間的兩倍。感覺沒什么地方需要修改之后，就可以鋪銅了（Place->polygon Plane）。鋪銅一般鋪地線（注意模擬地和數(shù)字地的分離），多層板時(shí)還可能需要鋪電源。時(shí)對于絲印，要注意不能被器件擋住或被過孔和焊盤去掉。同時(shí)，設(shè)計(jì)時(shí)正視元件面，底層的字應(yīng)做鏡像處理，以免混淆層面。
第六：網(wǎng)絡(luò)和DRC檢查和結(jié)構(gòu)檢查。首先，在確定電路原理圖設(shè)計(jì)無誤的前提下，將所生成的PCB網(wǎng)絡(luò)文件與原理圖網(wǎng)絡(luò)文件進(jìn)行物理連接關(guān)系的網(wǎng)絡(luò)檢查（NETCHECK），并根據(jù)輸出文件結(jié)果及時(shí)對設(shè)計(jì)進(jìn)行修正，以保證布線連接關(guān)系的正確性；
網(wǎng)絡(luò)檢查正確通過后，對PCB設(shè)計(jì)進(jìn)行DRC檢查，并根據(jù)輸出文件結(jié)果及時(shí)對設(shè)計(jì)進(jìn)行修正，以保證PCB布線的電氣性能。最后需進(jìn)一步對PCB的機(jī)械安裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查和確認(rèn)。
第七：制版。在此之前，最好還要有一個審核的過程。
PCB設(shè)計(jì)是一個考心思的工作，誰的心思密，經(jīng)驗(yàn)高，設(shè)計(jì)出來的板子就好。所以設(shè)計(jì)時(shí)要極其細(xì)心，充分考慮各方面的因數(shù)（比如說便于維修和檢查這一項(xiàng)很多人就不去考慮），精益求精，就一定能設(shè)計(jì)出一個好板子。
第二：PCB結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。這一步根據(jù)已經(jīng)確定的電路板尺寸和各項(xiàng)機(jī)械定位，在PCB 設(shè)計(jì)環(huán)境下繪制PCB板面，并按定位要求放置所需的接插件、按鍵/開關(guān)、螺絲孔、裝配孔等等。并充分考慮和確定布線區(qū)域和非布線區(qū)域（如螺絲孔周圍多大范圍屬于非布線區(qū)域）。
第三：PCB布局。布局說白了就是在板子上放器件。這時(shí)如果前面講到的準(zhǔn)備工作都做好的話，就可以在原理圖上生成網(wǎng)絡(luò)表（Design-> Create Netlist），之后在PCB圖上導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表（Design->Load Nets）。就看見器件嘩啦啦的全堆上去了，各管腳之間還有飛線提示連接。然后就可以對器件布局了。一般布局按如下原則進(jìn)行：
?、侔措姎庑阅芎侠矸謪^(qū)，一般分為：數(shù)字電路區(qū)(即怕干擾、又產(chǎn)生干擾)、模擬電路區(qū)(怕干擾)、功率驅(qū)動區(qū)（干擾源）；
?、?完成同一功能的電路，應(yīng)盡量靠近放置，并調(diào)整各元器件以保證連線最為簡潔；同時(shí)，調(diào)整各功能塊間的相對位置使功能塊間的連線最簡潔；
?、?對于質(zhì)量大的元器件應(yīng)考慮安裝位置和安裝強(qiáng)度；發(fā)熱元件應(yīng)與溫度敏感元件分開放置，必要時(shí)還應(yīng)考慮熱對流措施；
④I/O驅(qū)動器件盡量靠近印刷板的邊、靠近引出接插件；
?、輹r(shí)鐘產(chǎn)生器（如：晶振或鐘振）要盡量靠近用到該時(shí)鐘的器件；
?、拊诿總€集成電路的電源輸入腳和地之間，需加一個去耦電容（一般采用高頻性能好的獨(dú)石電容）；電路板空間較密時(shí)，也可在幾個集成電路周圍加一個鉭電容。
⑦繼電器線圈處要加放電二極管（1N4148即可）；
⑧ 布局要求要均衡，疏密有序，不能頭重腳輕或一頭沉
——需要特別注意，在放置元器件時(shí)，一定要考慮元器件的實(shí)際尺寸大?。ㄋ济娣e和高度）、元器件之間的相對位置，以保證電路板的電氣性能和生產(chǎn)安裝的可行性和便利性同時(shí)，應(yīng)該在保證上面原則能夠體現(xiàn)的前提下，適當(dāng)修改器件的擺放，使之整齊美觀，如同樣的器件要擺放整齊、方向一致，不能擺得“錯落有致” 。
這個步驟關(guān)系到板子整體形象和下一步布線的難易程度，所以一點(diǎn)要花大力氣去考慮。布局時(shí)，對不太肯定的地方可以先作初步布線，充分考慮。
第四：布線。布線是整個PCB設(shè)計(jì)中最重要的工序。這將直接影響著PCB板的性能好壞。在PCB的設(shè)計(jì)過程中，布線一般有這么三種境界的劃分：首先是布通，這時(shí)PCB設(shè)計(jì)時(shí)的最基本的要求。如果線路都沒布通，搞得到處是飛線，那將是一塊不合格的板子，可以說還沒入門。其次是電器性能的滿足。這是衡量一塊印刷電路板是否合格的標(biāo)準(zhǔn)。這是在布通之后，認(rèn)真調(diào)整布線，使其能達(dá)到最佳的電器性能。接著是美觀。假如你的布線布通了，也沒有什么影響電器性能的地方，但是一眼看過去雜亂無章的，加上五彩繽紛、花花綠綠的，那就算你的電器性能怎么好，在別人眼里還是垃圾一塊。這樣給測試和維修帶來極大的不便。布線要整齊劃一，不能縱橫交錯毫無章法。這些都要在保證電器性能和滿足其他個別要求的情況下實(shí)現(xiàn)，否則就是舍本逐末了。
布線時(shí)主要按以下原則進(jìn)行：
?、僖话闱闆r下，首先應(yīng)對電源線和地線進(jìn)行布線，以保證電路板的電氣性能。在條件允許的范圍內(nèi)，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＞信號線，通常信號線寬為：0.2～0.3mm，最細(xì)寬度可達(dá)0.05～0.07mm，電源線一般為1.2～2.5mm。對數(shù)字電路的 PCB可用寬的地導(dǎo)線組成一個回路, 即構(gòu)成一個地網(wǎng)來使用（模擬電路的地則不能這樣使用）
?、陬A(yù)先對要求比較嚴(yán)格的線（如高頻線）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。
?、壅袷幤魍鈿そ拥?，時(shí)鐘線要盡量短，且不能引得到處都是。時(shí)鐘振蕩電路下面、特殊高速邏輯電路部分要加大地的面積，而不應(yīng)該走其它信號線，以使周圍電場趨近于零；
?、鼙M可能采用45o的折線布線，不可使用90o折線，以減小高頻信號的輻射；（要求高的線還要用雙弧線）
?、萑魏涡盘柧€都不要形成環(huán)路，如不可避免，環(huán)路應(yīng)盡量??；信號線的過孔要盡量少；
?、揸P(guān)鍵的線盡量短而粗，并在兩邊加上保護(hù)地。
?、咄ㄟ^扁平電纜傳送敏感信號和噪聲場帶信號時(shí)，要用“地線-信號-地線”的方式引出。
⑧關(guān)鍵信號應(yīng)預(yù)留測試點(diǎn)，以方便生產(chǎn)和維修檢測用
?、嵩韴D布線完成后，應(yīng)對布線進(jìn)行優(yōu)化；同時(shí)，經(jīng)初步網(wǎng)絡(luò)檢查和DRC檢查無誤后，對未布線區(qū)域進(jìn)行地線填充，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?；蚴亲龀啥鄬影澹娫?，地線各占用一層。
——PCB布線工藝要求
?、倬€
一般情況下，信號線寬為0.3mm(12mil)，電源線寬為0.77mm(30mil)或1.27mm(50mil)；線與線之間和線與焊盤之間的距離大于等于0.33mm(13mil)，實(shí)際應(yīng)用中，條件允許時(shí)應(yīng)考慮加大距離；
布線密度較高時(shí)，可考慮（但不建議）采用IC腳間走兩根線，線的寬度為0.254mm(10mil)，線間距不小于0.254mm(10mil)。特殊情況下，當(dāng)器件管腳較密，寬度較窄時(shí)，可按適當(dāng)減小線寬和線間距。
?、诤副P（PAD）
焊盤（PAD）與過渡孔（VIA）的基本要求是：盤的直徑比孔的直徑要大于0.6mm；例如，通用插腳式電阻、電容和集成電路等，采用盤/孔尺寸 1.6mm/0.8mm（63mil/32mil），插座、插針和二極管1N4007等，采用1.8mm/1.0mm（71mil/39mil）。實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)實(shí)際元件的尺寸來定，有條件時(shí)，可適當(dāng)加大焊盤尺寸；
PCB板上設(shè)計(jì)的元件安裝孔徑應(yīng)比元件管腳的實(shí)際尺寸大0.2～0.4mm左右。
?、圻^孔（VIA）
一般為1.27mm/0.7mm(50mil/28mil)；
當(dāng)布線密度較高時(shí)，過孔尺寸可適當(dāng)減小，但不宜過小，可考慮采用1.0mm/0.6mm(40mil/24mil)。
④焊盤、線、過孔的間距要求
PAD and VIA ： ≥ 0.3mm（12mil）
PAD and PAD?。?≥ 0.3mm（12mil）
PAD and TRACK?。?≥ 0.3mm（12mil）
TRACK and TRACK?。?≥ 0.3mm（12mil）
密度較高時(shí)：
PAD and VIA?。?≥ 0.254mm（10mil）
PAD and PAD?。?≥ 0.254mm（10mil）
PAD and TRACK ： ≥ 0.254mm（10mil）
TRACK and TRACK?。?≥ 0.254mm（10mil）
第五：布線優(yōu)化和絲印?！皼]有最好的，只有更好的”！不管你怎么挖空心思的去設(shè)計(jì)，等你畫完之后，再去看一看，還是會覺得很多地方可以修改的。一般設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)是：優(yōu)化布線的時(shí)間是初次布線的時(shí)間的兩倍。感覺沒什么地方需要修改之后，就可以鋪銅了（Place->polygon Plane）。鋪銅一般鋪地線（注意模擬地和數(shù)字地的分離），多層板時(shí)還可能需要鋪電源。時(shí)對于絲印，要注意不能被器件擋住或被過孔和焊盤去掉。同時(shí)，設(shè)計(jì)時(shí)正視元件面，底層的字應(yīng)做鏡像處理，以免混淆層面。
第六：網(wǎng)絡(luò)和DRC檢查和結(jié)構(gòu)檢查。首先，在確定電路原理圖設(shè)計(jì)無誤的前提下，將所生成的PCB網(wǎng)絡(luò)文件與原理圖網(wǎng)絡(luò)文件進(jìn)行物理連接關(guān)系的網(wǎng)絡(luò)檢查（NETCHECK），并根據(jù)輸出文件結(jié)果及時(shí)對設(shè)計(jì)進(jìn)行修正，以保證布線連接關(guān)系的正確性；
網(wǎng)絡(luò)檢查正確通過后，對PCB設(shè)計(jì)進(jìn)行DRC檢查，并根據(jù)輸出文件結(jié)果及時(shí)對設(shè)計(jì)進(jìn)行修正，以保證PCB布線的電氣性能。最后需進(jìn)一步對PCB的機(jī)械安裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查和確認(rèn)。
第七：制版。在此之前，最好還要有一個審核的過程。
PCB設(shè)計(jì)是一個考心思的工作，誰的心思密，經(jīng)驗(yàn)高，設(shè)計(jì)出來的板子就好。所以設(shè)計(jì)時(shí)要極其細(xì)心，充分考慮各方面的因數(shù)（比如說便于維修和檢查這一項(xiàng)很多人就不去考慮），精益求精，就一定能設(shè)計(jì)出一個好板子。
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