原标题：PCB设计的6大技巧

1、在PCB板上线宽及过孔的大小与所通过的电流大小的关系是怎样的?

一般的PCB的铜箔厚度为1盎司,约1.4mil的话,大致1mil线宽允许的最大电流为1A。过孔比较复杂,除了与过孔焊盘大小有关外,还与加工过程中电镀后孔壁沉铜厚度有关。

2、为何要将PCB文件转换为GERBER文件和钻孔数据后交PCB厂制板?

大多数工程师都习惯于将PCB文件设计好后直接送PCB厂加工,而国际上比较流行的做法是将PCB文件转换为GERBER文件和钻孔数据后交PCB厂,为何要“多此一举”呢?

因为电子工程师和PCB工程师对PCB的理解不一样,由PCB工厂转换出来的GERBER文件可能不是您所要的,如您在设计时将元件的参数都定义在PCB文件中,您又不想让这些参数显示在PCB成品上,您未作说明,PCB厂依葫芦画瓢将这些参数都留在了PCB成品上。

这只是一个例子。若您自己将PCB文件转换成GERBER文件就可避免此类事件发生。

GERBER文件是一种国际标准的光绘格式文件,它包含RS-274-D和RS-274-X两种格式,其中RS-274-D称为基本GERBER格式,并要同时附带D码文件才能完整描述一张图形;RS-274-X称为扩展GERBER格式,它本身包含有D码信息。常用的CAD软件都能生成此二种格式文件。

如何检查生成的GERBER正确性?您只需在免费软件Viewmate V6.3中导入这些GERBER文件和D码文件即可在屏幕上看到或通过打印机打出。

钻孔数据也能由各种CAD软件产生,一般格式为Excellon,在Viewmate中也能显示出来。没有钻孔数据当然做不出PCB了。

3、如何提高布通率?

完成一个印制板图的设计一般都要经过原理图输入--网络表生成--定义Keepout Layer -- 网络表(元件)加载--元件布局--自动(手动)布线等过程。

现今市面上流行的几种软件在元件自动步局功能上都不是很强大,往往通过手工步局更能提高布通率,但请别忘了充分运用Move to Gird 功能,她能将元件自动移到网格交叉点上,对提高布通率大有益处。

4、PCB文件中如何加上汉字?

在PCB文件中加汉字的方法有很多种,本人比较喜欢的方法还是下面将要介绍的:

A.前提条件:您的PC中应安装有Protel99软件并能正常运行.

B.步骤:将windows目录中的client99.rcs英文菜单文件copy 到另一目录下保存起来; 下载Protel99cn.zip 解包后将其中的client99.rcs复制到windows目录下; 再将其他文件复制到Design Explorer 99目录中;重新启动计算机后运行Protel99即会出现中文菜单,在放置|汉字菜单中可实现加汉字功能。

5、如果只是在主板上贴有四片DDRmemory,要求时钟能达到150Mhz,在布线方面有什么具体要求?

150Mhz的时钟布线,要求尽量减小传输线长度,降低传输线对信号的影响。如果还不能满足要求,仿真一下,看看匹配、拓扑、阻抗控制等策略是有效。

6、自动浮铜后,浮铜会根据板子上面器件的位置和走线布局来填充空白处。

但这样就会形成很多的小于等于90度的尖角和毛刺,在高压测试时候会放电,无法通过高压测试,不知除了自动浮铜后通过人工一点一点修正去除这些尖角和毛刺外有没有其他的好办法。

自动浮铜中出现的尖角浮铜问题,的确是各很麻烦的问题,除了有你提到的放电问题外,在加工中也会由于酸滴积聚问题,造成加工的问题。

7、如何选择PCB板材?

选择PCB板材必须在满足设计需求和可量产性及成本之间取得平衡点。设计需求包含电气和机构这两部分,通常在设计高速的PCB板(大于1GHz的频率)时材质问题会比较重要。

例如,现在常用的FR-4材质,在几个GHz的频率时的介质损耗(dielectric loss)会对信号衰减有很大的影响,可能就不适用。就电气而言,要注意介电常数(dielectric constant)和介质损耗在所设计的频率是否适用。

8、如何避免高频干扰?

避免高频干扰的基本思路是尽量降低高频信号电磁场的干扰,也就是所谓的串扰(Crosstalk)。可用拉大高速信号和模拟信号之间的距离,或加ground guard/shunt traces在模拟信号旁边,还要注意数字地对模拟地的噪声干扰。

9、在高速设计中,如何解决信号完整性问题?

信号完整性基本上是阻抗匹配的问题,而影响阻抗匹配的因素有信号源的输出阻抗(output impedance),走线的特性阻抗,负载端的特性,走线的拓扑(topology)等。解决的方式是端接(termination)与调整走线的拓扑。

10、差分布线方式是如何实现的?

差分对的布线有两点要注意,一是两条线的长度要尽量一样长,另一是两线的间距(此间距由差分阻抗决定)保持不变,也就是要保持平行;当两者无法同时满座时,优先满足等长。

平行的方式有两种,一为两条线走在同一走线层(side-by-side),一为两条线走在上下相邻两层(over-under)。一般以前者side-by-side实现的方式较多。

11、接收端差分对之间可否加一匹配电阻?

接收端差分对间的匹配电阻通常会加, 其值应等于差分阻抗的值。这样信号质量会好些。

12、为何差分对的布线要靠近且平行?

对差分对的布线方式应该要适当的靠近且平行,所谓适当的靠近是因为间距会影响到差分阻抗(differential impedance), 差分阻抗是设计差分对的重要参数,需要平行也是因为要保持差分阻抗的连续性,若两线忽远忽近, 差分阻抗就会不连续, 就会影响信号完整性(signal integrity)及时间延迟(timing delay)。

13、如何处理实际布线中的一些理论冲突的问题

(1)基本上, 将模/数地分割隔离是对的。要注意的是信号走线尽量不要跨分割,

(2)晶振要有稳定的振荡信号, 一定要将晶振和芯片尽可能靠近,间距较远容易引入干扰。

14、关于test coupon

test coupon是用TDR (Time Domain Reflectometer) 测量所生产的PCB板的特性阻抗是否满足设计需求,一般要控制的阻抗有单端线和差分对两种情况。所以, test coupon上的走线线宽和线距(有差分对时)要与所要控制的线一样,最重要的是测量时接地点的位置,为了减少接地引线(ground lead)的电感值,TDR探棒(probe)接地的地方通常非常接近测量信号的地方(probe tip), 所以,test coupon上测量信号的点跟接地点的距离和方式要符合所用的探棒。

15、在高速PCB设计中,信号层的空白区域可以敷铜,而多个信号层的敷铜在接地和接电源上应如何分配?

一般在空白区域的敷铜绝大部分情况是接地,只是在高速信号线旁敷铜时要注意敷铜与信号线的距离,因为所敷的铜会降低走线的特性阻抗,也要注意不要影响到其它层的走线的特性阻抗。

16、电源平面上的信号线是否可以使用微带线模型计算特性阻抗?

电源和地平面之间的信号是否可以使用带状线模型计算?是的, 在计算特性阻抗时电源平面跟地平面都可以视为参考平面。例如四层板: 顶层-电源层-地层-底层, 这时顶层走线特性阻抗的模型是以电源平面为参考平面的微带线模型。

17、在高密度印制板上通过软件自动产生测试点一般情况下能满足大批量生产的测试要求吗?

一般软件自动产生的测试点是否满足测试需求必须看加测试点的规范是否符合测试机具的要求,另外,如果走线太密且加测试点的规范比较严,则有可能没办法自动对每段线都加测试点,此时需要手动补齐所要的测试点。

18、添加测试点会不会影响高速信号的质量?

至于会不会影响信号质量就要看加测试点的方式和信号速度,基本上外加的测试点例如过孔(via or DIP pin)可能加在线上或是从线上拉一小段线出来。前者相当于是加上一个很小的电容在线上,后者则是多了一段分支,这两个情况都会对高速信号有些影响,影响的程度就跟信号的速度和信号边沿变化率(edge rate)有关。影响大小可通过仿真得知,原则上测试点越小越好(当然还要满足测试机具的要求)分支越短越好。

19、若干PCB组成系统,各板之间的地线应如何连接?

各个PCB板子之间的信号或电源在动作时,例如A板有电源或信号送到B板,一定会有等量的电流在地平面从B板流回到A板 (此为Kirchoff current law),返回电流会找阻抗最小的回流路径。所以,在各个不管是电源或信号相互连接的接口处,分配给地的管脚数不能太少,以降低阻抗,这样可以降低地层上的噪声。另外,也可以分析整个电流环路,尤其是电流较大的部分,调整地线的接法,来控制电流的路径(例如,在某处制造低阻抗,让大部分的电流从这个地方走),降低对其它较敏感信号的影响。

【PCB设计】

印制电路板的设计是以电路原理图为根据,实现电路设计者所需要的功能。印刷电路板的设计主要指版图设计,需要考虑外部连接的布局。内部电子元件的优化布局。金属连线和通孔的优化布局。电磁保护。热耗散等各种因素。优秀的版图设计可以节约生产成本,达到良好的电路性能和散热性能。简单的版图设计可以用手工实现,复杂的版图设计需要借助计算机辅助设计(CAD)实现。

设计简介

在高速设计中,可控阻抗板和线路的特性阻抗是最重要和最普遍的问题之一。首先了解一下传输线的定义:传输线由两个具有一定长度的导体组成,一个导体用来发送信号,另一个用来接收信号(切记“回路”取代“地”的概念)。在一个多层板中,每一条线路都是传输线的组成部分,邻近的参考平面可作为第二条线路或回路。一条线路成为“性能良好”传输线的关键是使它的特性阻抗在整个线路中保持恒定。

线路板成为“可控阻抗板”的关键是使所有线路的特性阻抗满足一个规定值,通常在25欧姆和70欧姆之间。在多层线路板中,传输线性能良好的关键是使它的特性阻抗在整条线路中保持恒定。

但是,究竟什么是特性阻抗?理解特性阻抗最简单的方法是看信号在传输中碰到了什么。当沿着一条具有同样横截面传输线移动时,这类似图1所示的微波传输。假定把1伏特的电压阶梯波加到这条传输线中,如把1伏特的电池连接到传输线的前端(它位于发送线路和回路之间),一旦连接,这个电压波信号沿着该线以光速传播,它的速度通常约为6英寸/纳秒。当然,这个信号确实是发送线路和回路之间的电压差,它可以从发送线路的任何一点和回路的相临点来衡量。图2是该电压信号的传输示意图。

Zen的方法是先“产生信号”,然后沿着这条传输线以6英寸/纳秒的速度传播。第一个0.01纳秒前进了0.06英寸,这时发送线路有多余的正电荷,而回路有多余的负电荷,正是这两种电荷差维持着这两个导体之间的1伏电压差,而这两个导体又组成了一个电容器。

在下一个0.01纳秒中,又要将一段0.06英寸传输线的电压从0调整到1伏特,这必须加一些正电荷到发送线路,而加一些负电荷到接收线路。每移动0.06英寸,必须把更多的正电荷加到发送线路,而把更多的负电荷加到回路。每隔0.01纳秒,必须对传输线路的另外一段进行充电,然后信号开始沿着这一段传播。电荷来自传输线前端的电池,当沿着这条线移动时,就给传输线的连续部分充电,因而在发送线路和回路之间形成了1伏特的电压差。每前进0.01纳秒,就从电池中获得一些电荷(±Q),恒定的时间间隔(±t)内从电池中流出的恒定电量(±Q)就是一种恒定电流。流入回路的负电流实际上与流出的正电流相等,而且正好在信号波的前端,交流电流通过上、下线路组成的电容,结束整个循环过程。

PCB(Printed Circuit Board)印刷电路板的缩写。

相关技巧

设置技巧

设计在不同阶段需要进行不同的各点设置,在布局阶段可以采用大格点进行器件布局;

对于IC、非定位接插件等大器件,可以选用50~100mil的格点精度进行布局,而对于电阻电容和电感等无源小器件,可采用25mil的格点进行布局。大格点的精度有利于器件的对齐和布局的美观。

PCB布局规则:

1、在通常情况下,所有的元件均应布置在电路板的同一面上,只有顶层元件过密时,才能将一些高度有限并且发热量小的器件,如贴片电阻、贴片电容、贴片IC等放在底层。

2、在保证电气性能的前提下,元件应放置在栅格上且相互平行或垂直排列,以求整齐、美观,在一般情况下不允许元件重叠;元件排列要紧凑,元件在整个版面上应分布均匀、疏密一致。

3、电路板上不同组件相临焊盘图形之间的最小间距应在1MM以上。

4、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或4:3.电路板面尺大于200MM乘150MM时,应考虑电路板所能承受的机械强度。

布局技巧

在PCB的布局设计中要分析电路板的单元,依据起功能进行布局设计,对电路的全部元器件进行布局时,要符合以下原则:

1、按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置,使布局便于信号流通,并使信号尽可能保持一致的方向。

2、以每个功能单元的核心元器件为中心,围绕他来进行布局。元器件应均匀、整体、紧凑的排列在PCB上,尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接。

3、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并行排列,这样不但美观,而且装焊容易,易于批量生产。

设计步骤

布局设计

在PCB中,特殊的元器件是指高频部分的关键元器件、电路中的核心元器件、易受干扰的元器件、带高压的元器件、发热量大的元器件,以及一些异性元器 件,这些特殊元器件的位置需要仔细分析,做带布局合乎电路功能的要求及生产的需求。不恰当的放置他们可能产生电路兼容问题、信号完整性问题,从而导致 PCB设计的失败。

在设计中如何放置特殊元器件时首先考虑PCB尺寸大小。快易购指出pcb尺寸过大时,印刷线条长,阻抗增加,抗燥能力下降,成本也增加;过小时,散热不好,且临近线条容易受干扰。在确定PCB的尺寸后,在确定特殊元件的摆方位置。最后,根据功能单元,对电路的全部元器件进行布局。特殊元器件的位置在布局时一般 要遵守以下原则:

1、尽可能缩短高频元器件之间的连接,设法减少他们的分布参数及和相互间的电磁干扰。易受干扰的元器件不能相互离的太近,输入和输出应尽量远离。

2一些元器件或导线有可能有较高的电位差,应加大他们的距离,以免放电引起意外短路。高电压的元器件应尽量放在手触及不到的地方。

3、重量超过15G的元器件,可用支架加以固定,然后焊接。那些又重又热的元器件,不应放到电路板上,应放到主机箱的底版上,且考虑散热问题。热敏元器件应远离发热元器件。

4、对与电位器、可调电感线圈、可变电容器、微动开关等可调元器件的布局应考虑整块板子的结构要求,一些经常用到的开关,在结构允许的情况下,应放置到手容易接触到的地方。元器件的布局到均衡,疏密有度,不能头重脚轻。

一个产品的成功,一是要注重内在质量。而是要兼顾整体的美观,两者都比较完美的板子,才能成为成功的产品。

放置顺序

1、放置与结构有紧密配合的元器件,如电源插座、指示灯、开关、连接器等。

2、放置特殊元器件,如大的元器件、重的元器件、发热元器件、变压器、IC等。

3、放置小的元器件。

布局检查

1、电路板尺寸和图纸要求加工尺寸是否相符合。

2、元器件的布局是否均衡、排列整齐、是否已经全部布完。

3、各个层面有无冲突。如元器件、外框、需要私印的层面是否合理。

3、常用到的元器件是否方便使用。如开关、插件板插入设备、须经常更换的元器件等。

4、热敏元器件与发热元器件距离是否合理。

5、散热性是否良好。

6、线路的干扰问题是否需要考虑。