1、AD 布局与布线PCB 布局与布线经验 2010-08-30 22:06:57| 分类: 电子装配与工艺 | 标签: |字号大中小 订阅 .在设计中,布局是一个重要的环节。布局结果的好坏将直接影响布线的效果,因此可以这样认为,合理的布局是 PCB 设计成功的第一步。布局的方式分两种,一种是交互式布局,另一种是自动布局,一般是在自动布局的基础上用交互式布局进行调整,在布局时还可根据走线的情况对门电路进行再分配,将两个门电路进行交换,使其成为便于布线的最佳布局。在布局完成后,还可对设计文件及有关信息进行返回标注于原理图,使得 PCB 板中的有关信息与原理图相一致,以便在今后的建档、更改设计能同步起
2、来, 同时对模拟的有关信息进行更新,使得能对电路的电气性能及功能进行板级验证。考虑整体美观一个产品的成功与否,一是要注重内在质量,二是兼顾整体的美观,两者都较完美才能认为该产品是成功的。在一个 PCB 板上,元件的布局要求要均衡,疏密有序,不能头重脚轻或一头沉。布局的检查印制板尺寸是否与加工图纸尺寸相符?能否符合 PCB 制造工艺要求?有无定位标记?元件在二维、三维空间上有无冲突?元件布局是否疏密有序,排列整齐?是否全部布完?需经常更换的元件能否方便的更换?插件板插入设备是否方便?热敏元件与发热元件之间是否有适当的距离?调整可调元件是否方便?在需要散热的地方,装了散热器没有?空气流是否通畅?信
3、号流程是否顺畅且互连最短?插头、插座等与机械设计是否矛盾?PCB 布线经验(一)这是个牵涉面大的问题。抛开其它因素,仅就 PCB 设计环节来说,我有以下几点体会,供大家参考:1.要有合理的走向:如输入/输出,交流/直流,强/弱信号,高频/低频,高压/低压等.,它们的走向应该是呈线形的(或分离),不得相互交融。其目的是防止相互干扰。最好的走向是按直线,但一般不易实现,最不利的走向是环形。对于是直流,小信号,低电压PCB 设计的要求可以低些。所以“合理”是相对的。上下层之间走线的方向基本垂直。整个板子的不想要均匀,能不挤的不要挤在一齐。2.选择好接地点:小小的接地点不知有多少工程技术人员对它做过多
4、少论述,足见其重要性。一般情况下要求共点地,如:前向放大器的多条地线应汇合后再与干线地相连等等.。现实中,因受各种限制很难完全办到,但应尽力遵循。这个问题在实际中是相当灵活的。每个人都有自己的一套解决方案。如能针对具体的电路板来解释就容易理解。3.合理布置电源滤波/退耦电容:一般在原理图中仅画出若干电源滤波/退耦电容,但未指出它们各自应接于何处。其实这些电容是为开关器件(门电路)或其它需要滤波/退耦的件而设置的,布置这些电容就应尽量靠近这些元部件,离得太远就没有作用了。有趣的是,当电源滤波/退耦电容布置的合理时,接地点的问题就显得不那么明显。在贴片器件的退耦电容最好在布在板子另一面的器件肚子位
5、置,电源和地要先过电容,再进芯片。4.线条有讲究:有条件做宽的线决不做细;高压及高频线应园滑,不得有尖锐的倒角,拐弯也不得采用直角。地线应尽量宽,最好使用大面积敷铜,这对接地点问题有相当大的改善。 5.有些问题虽然发生在后期制作中,但却是 PCB 设计中带来的,它们是:过线孔太多,沉铜工艺稍有不慎就会埋下隐患。所以,设计中应尽量减少过线孔。同向并行的线条密度太大,焊接时很容易连成一片。所以,线密度应视焊接工艺的水平来确定。焊点的距离太小,不利于人工焊接,只能以降低工效来解决焊接质量。否则将留下隐患。所以,焊点的最小距离的确定应综合考虑焊接人员的素质和工效。焊盘或过线孔尺寸太小,或焊盘尺寸与钻孔
6、尺寸配合不当。前者对人工钻孔不利,后者对数控钻孔不利。容易将焊盘钻成“c”形,重则钻掉焊盘。导线太细,而大面积的未布线区又没有设置敷铜,容易造成腐不均匀。即当未布线区腐蚀完后,细导线很有可能腐蚀过头,或似断非断,或完全断。所以,设置敷铜的作用不仅仅是增大地线面积和抗干扰。以上诸多因素都会对电路板的质量和将来产品的可靠性大打折扣。PCB 布线经验(二)PCB 设计中,布线是完成产品设计的重要步骤,可以说前面的准备工作都是为它而做的, 在整个 PCB 中,以布线的设计过程限定最高,技巧最细、工作量最大。PCB 布线有单面布线、双面布线及多层布线。布线的方式也有两种:自动布线及交互式布线,在自动布线
7、之前, 可以用交互式预先对要求比较严格的线进行布线,输入端与输出端的边线应避免相邻平行, 以免产生反射干扰。必要时应加地线隔离,两相邻层的布线要互相垂直,平行容易产生寄生耦合。自动布线的布通率,依赖于良好的布局,布线规则可以预先设定, 包括走线的弯曲次数、导通孔的数目、步进的数目等。一般先进行探索式布经线,快速地把短线连通, 然后进行迷宫式布线,先把要布的连线进行全局的布线路径优化,它可以根据需要断开已布的线。并试着重新再布线,以改进总体效果。对目前高密度的 PCB 设计已感觉到贯通孔不太适应了, 它浪费了许多宝贵的布线通道,为解决这一矛盾,出现了盲孔和埋孔技术,它不仅完成了导通孔的作用, 还
8、省出许多布线通道使布线过程完成得更加方便,更加流畅,更为完善,PCB 板的设计过程是一个复杂而又简单的过程,要想很好地掌握它,还需广大电子工程设计人员去自已体会, 才能得到其中的真谛。1 电源、地线的处理既使在整个 PCB 板中的布线完成得都很好,但由于电源、地线的考虑不周到而引起的干扰,会使产品的性能下降,有时甚至影响到产品的成功率。所以对电、地线的布线要认真对待,把电、地线所产生的噪音干扰降到最低限度,以保证产品的质量。对每个从事电子产品设计的工程人员来说都明白地线与电源线之间噪音所产生的原因, 现只对降低式抑制噪音作以表述:众所周知的是在电源、地线之间加上去耦电容。尽量加宽电源、地线宽度
9、,最好是地线比电源线宽,它们的关系是:地线电源线信号线,通常信号线宽为:0.20.3mm,最经细宽度可达0.050.07mm,电源线为 1.22.5mm 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)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。或是做成多层板,电源,地线各占用一层。2 数字电路与模拟电路的共地处理现在有许多 PCB 不再是单一功能电路(数字或模拟电路) ,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
10、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,整人 PCB 对外界只有一个结点,所以必须在 PCB 内部进行处理数、模共地的问题,而在板内部数字地和模拟地实际上是分开的它们之间互不相连,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,这由系统设计来决定。3 信号线布在电(地)层上在多层印制板布线时,由于在信号线层没有布完的线剩下已经不多,再多加层数就会造成浪费也会给生产增加一定的工作量,成本也相应增加了,为解决这个矛盾,可以考虑在电(地)层上进行布线。首先应考虑用电源层,其次才是地层。因为最好是
11、保留地层的完整性。4 大面积导体中连接腿的处理在大面积的接地(电)中,常用元器件的腿与其连接,对连接腿的处理需要进行综合的考虑,就电气性能而言,元件腿的焊盘与铜面满接为好,但对元件的焊接装配就存在一些不良隐患如:焊接需要大功率加热器。容易造成虚焊点。所以兼顾电气性能与工艺需要,做成十字花焊盘,称之为热隔离(heat shield)俗称热焊盘(Thermal) ,这样,可使在焊接时因截面过分散热而产生虚焊点的可能性大大减少。多层板的接电(地)层腿的处理相同。5 布线中网络系统的作用在许多 CAD 系统中,布线是依据网络系统决定的。网格过密,通路虽然有所增加,但步进太小,图场的数据量过大,这必然对
12、设备的存贮空间有更高的要求,同时也对象计算机类电子产品的运算速度有极大的影响。而有些通路是无效的,如被元件腿的焊盘占用的或被安装孔、定们孔所占用的等。网格过疏,通路太少对布通率的影响极大。所以要有一个疏密合理的网格系统来支持布线的进行。标准元器件两腿之间的距离为0.1 英寸(2.54mm),所以网格系统的基础一般就定为 0.1 英寸(2.54 mm)或小于 0.1 英寸的整倍数,如:0.05 英寸、0.025 英寸、0.02 英寸等。6 设计规则检查(DRC)布线设计完成后,需认真检查布线设计是否符合设计者所制定的规则,同时也需确认所制定的规则是否符合印制板生产工艺的需求,一般检查有如下几个方
13、面:线与线,线与元件焊盘,线与贯通孔,元件焊盘与贯通孔,贯通孔与贯通孔之间的距离是否合理,是否满足生产要求。电源线和地线的宽度是否合适,电源与地线之间是否紧耦合(低的波阻抗)?在 PCB中是否还有能让地线加宽的地方。对于关键的信号线是否采取了最佳措施,如长度最短,加保护线,输入线及输出线被明显地分开。模拟电路和数字电路部分,是否有各自独立的地线。后加在 PCB 中的图形(如图标、注标)是否会造成信号短路。对一些不理想的线形进行修改。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,字符标志是否压在器件焊盘上,以免影响电装质量。多层板中的电源地层的外框边缘是否缩小,如电
14、源地层的铜箔露出板外容易造成短路。PCB 的经验总结:1.PCB 板上,要标清楚:VCC GND 要写旁边,电容的极性,输出电压的大小以及其它。2.晶振电路要尽量紧挨芯片,但附近走线不要太多。有人说晶振电路要纯净:在系统稳定方面,PCB 中晶振电路的处理也很重要,晶振下放不要走线,晶 振电路要尽量靠近芯片,晶振外壳要接地,增强抗电磁干扰能力等。加粗 CLK 引线.时钟等器件尽量不要不到板子的边缘.3.磁珠,可用来连接数字,模拟电源,数字模拟地等。磁珠专用于抑制信号线、电源线上的高频噪声和尖峰干扰,还具有吸收静电脉 冲的能力。4.在画元件原理库或是 PCB 库时,先放个焊盘,在放的时候修改一下坐
15、标改为 0,0再画元件,则可快速找到坐标,5.关于 Protel 的一些用法:PCB 里:在 Design Rules 里可设置各种规则:比如线宽,线距(一般工艺都不超过 8mil)在 Design Rules-Manufacturing-Polygon Connect Style 下可以做敷铜的十字连接的相关设置。把 tools/preferences/display-Transparent Layer 选中(透明显示)这样元件层和布线层都是半透明的,这样可以看清元件下的布线情况尽量把 tools/preferences/Options-Other-Cursor Type 选为Large 9
16、0 这样可以直观的把光标当十字尺用.SCH 里:在 Tool-Annotate 里,可自动给器件编号。在 Global 里,可全局修改,封装等,可通过匹配PART,FOOTPRINT,X,Y,SELECTION 等来选择。常用快捷键,见另一篇6.焊盘的作用,就是独立的焊盘,不和任引脚相连,画封装的时候常用到,做固定接口的引脚。7.keepout layer 画的足够大时,才可以自动布局,并且在框内部;也可以 Tools /Auto placement /shove 最好不要通过网络表生成,因为常常出现 一堆元件堆在一起的现象。可以直接在 sch 中 design /update pcb 自动生
17、成且排列整齐。8.原理图中 Diode 来代替 LED,不知道为什么 LED 用 RAD0.1 等封装时,总会出错.9.手动布线时,尽量不要有尖锐的角度出现,容易产生反射干扰,一般都是 135 度.能直尽量直.相邻两层的走线,尽量垂直.10.大面积铺地时尽量铺成网格地,这样可以防止连地点焊接不良和变型.到底铺地敷铜时,用多大的密度,有很多说法,现在也不清楚是密好还是疏好.现在用过的是 8,8,3mil.敷的时候要选上去死铜和连接网络。而大面积的未布线区又没有设置敷铜,容易造成腐蚀不均匀。即当未布线区腐蚀完后,细导线很有可能腐蚀过头,或似断非断,或完全断。所以,设置敷铜的作用不仅仅是增大地线面积
18、和抗干扰。11.画低速板子用过的参数(一般制板能达到的)过孔:外 30mil 内 20mil VCC GND 布线:30-40mil;焊盘:52 52 30mil;芯片间距:200mil电阻间,可 100-200mil柱孔:140mil在布线时,在 RULEWidth 里设置各线宽。地电源加粗 30mil,重要信号线加到 20mil,其它用 10mil。12.一般模拟地与数字地用两块铜箔通过一点相连.地层的铺铜就和顶层,底层铺铜一样.模拟地和数字地可以通过 bead相连,也可以用一段短而细的走线相连电源层分隔就是分别为每组电压铺一块铜,在电源芯片附近为各电源铺一块铜。13.手动布线,张老师用
19、Pad 布的:自动布线时有区别,焊盘不可以移动,过孔可以随时移动。一,自动布线时有区别,焊盘不可以移动,过孔可以随时移动。二,过孔可以用绿油覆盖,焊盘不可覆盖。PAD 也可能是人家考虑散热.PCB 布线经验交流 2一、布局和布线是 PCB 设计中的两个最重要的内容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
20、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、设计的一般原则1、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。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
21、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
22、触及的地方。重量超过的元器件、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
23、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
24、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
25、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。电路板的最佳形状为矩形。长宽比为:成:。电路板面尺寸大于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,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
26、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 ,导线宽度为时,通过的电流,温升不会高于,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。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
27、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,如何分割内电层在 pr
28、otel99 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。