原创 PCB设计

PCB设计

    介绍印制板设计的基本原则，如什么时候设计成单面板、双面板或多层板；以及在PCB设计时的坐标系统、设计放大比例、印制电路的生产条件，以及PCB的标准化等文件<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

一、印制电路板的类型

单面印制电路板广泛用于民用电子产品中，例如收音机、录音机、电视机以及电子游戏机等。它的制造成本是各类印制板中最低的。在工业电子产品中也可能使用单面印制电路板，主要根据电路的复杂性和密集程度以及整机的装联要求，用单面即可完成全部互连时应使用单面印制电路板。

(1)在用单面印制电路板不能完成电路的全部互连情况下，必须考虑设计双面印制电路板。

大多数的双面印制电路板都是用金属化孔实现两面导线的贯穿连接，在少数情况下，也可以用非金属化孔双面印制电路板，它的贯穿连接主要靠插入孔内的元器件引线来实现。

在下列情况下，要考虑设计多层印制电路板：

   1)用双面印制电路板不能完成电路的全部互连，需要增加较多的跨接导线。

   2)要求重量轻、体积小。

   3)有高速电路。由于多层印制电路板的互连导线短，从而降低对高速脉冲信号的衰减；利用多层印制电路板的接地层，可以对高速信号层提供良好的屏蔽作用；接地层与电源层之间的高频分布电容，对电源起良好的去耦作用。

   4)要求高可靠性。几块双面印制电路板组装件可以合并成一块多层板组装件，使整个电子产品的可靠性得到提高。

   5)简化印制电路板布局和照相底图设计。某些双面印制电路板布局由于互连十分复杂，采用多层印制电路板后，可以把电源或地线与信号线分开而得到解决，即单独设置电源层和接地层，或者将电源层与接地层布设在同一层上。

   为了满足电子设备某些特殊装联的需要和减轻重量、提高装联密度，有时要求采用挠性印制电路或挠性一刚性结合的印制电路。挠性印制电路也可以作为连接电缆，节省焊接单根导线的时间和消除装联错误。对于移动的电子部件，也可以采用挠性印制电路。

   印制电路板的导线要承受大电流或整块印制板的功耗很大，使其超过允许的工作温度时，则需设计具有金属芯或表面散热器的印制电路板。

   当采用印制电路板制作旋转开关或接触式编码盘时，应设计齐平印制电路。

(2)坐标网络系统

   在设计印制电路板时，要使用一种共同遵守的坐标网络系统。元器件的引线正好插入位于网格交点上的装联孔中。按照规定的网格，计算机辅助设计(CAD)系统、自动光绘制版机、数控钻孔装置、计算机辅助测试(CAT)系统以及元器件自动插装装置都可以容易地编制或自动产生控制程序。对于人工布设印制电路板草图和制作照相底图，采用坐标网格系统也便于计算和操作。

   按照国家标准《印制电路网格体系》GB1360-1998的规定，基本网格的格间距为<?xml:namespace prefix = st1 ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:smarttags" />2.5mm，必要时可设置辅助网格，其格间距为基本网格的1，2(即1.25mm)或1/4(即0.625mm)。对相邻引线中心距为2.54mm的集成电路用的印制电路板，可以使用2.54mm基本网格。2.54mm基本网格系统也有两种辅助网格，其间距为1.27mm和0.635mm。

(3)设计放大比例

   根据印制电路板尺寸精度的要求，照相底图按1：1或2：1甚至4：1的比例制作。印制电路板的布设草图也按相同的比例绘制。这样可以防止在制作照相底图时，重新画放大布设草图，同时也便于检查照相底图。

   布设草图或照相底图最常用的放大比例是2：1，按这个比例布线的精度比较高，操作比较方便。4：1的放大比例只是在印制板精度要求特别高或用数字化仪器输入和编制高精度的导电图形程序时使用。按1：1的比例设计布设草图只适用于比较简单的双面印制电路板或多层印制电路板的电源层和接地层。

(4)印制电路的生产条件

   设计印制电路板应考虑并熟悉生产条件。例如：制作照相底版的方法(照相缩小法、光绘图法、1：1贴图翻版法等)、照相制版机允许的最大底图尺寸、各设备加工印制电路板的最大尺寸和最小尺寸、钻床的钻孔精度、冲裁加工的要求、精细导线图形印制技术和蚀刻精度等。

(5)标准化

   标准化的结果是可以简化印制电路板生产工艺、缩短生产周期、降低成本，并符合印制电路板的质量控制要求。因此，设计者必须应用并严格遵守这些标准。

   可以应用的标准有国标(GB)、国际电工委会(IEC TC52)、美国军用规范(MIL)、英国标准(BS)、日本工业标准(JIS)和日本印制电路协会(JPCA)等有关标准。

(6)设计文件

    1.电路图(电气原理图)

   电路图除采用常用的方法表示电路的连接关系外，还要按印制板的设计要求，标注某些特殊部分。例如：印制板的输入、输出端与连接器的关系，关键信号线的长度，由地线保护的导线，特殊宽度的导线，产生电磁干扰的器件，产生大量热量的元器件以及热敏元器件等。

    2.元器件表

   元器件表包括电路图中所有的电阻、电容、晶体管、二极管、集成电路、变压器、电感器、散热器和金属零件。在元器件表中，要注明与电路图中相对应的编号(例如R1、R2、R3、……、C1、C2、C3……)，元器件的规格，金属零件的配合要求、机械尺寸等。必要时要有元器件的实物作参考。

   3.元器件接线表

 该表一般在CAD自动布线中使用，它只表示各个元器件之间的连接关系。

   4.机械加工图

 机械加工图是机械加工印制电路板的重要文件。机械加工图包括如下几部分内容：

 1)印制电路板的外形尺寸及其偏差，其中包括印制插头部分的尺寸与偏差、机械安装孔的尺寸和它们与参考基准之间的尺寸及其偏差。

 2)采用的覆铜箔层压板的名称、符号、厚度和铜箔的厚度。有时更强调铜箔之间的绝缘基材厚度。

 3)表面镀层的技术要求，例如，锡铅镀层的厚度、锡铅比例、镍或金镀层的厚度等。

 4)表面涂覆层要求，例如，可焊性涂覆层、阻焊涂覆层等。

 5)组装图和元器件表都是印制电路板电装时必不可少的文件，组装图应清楚地标出元器件的安装位置，元器件的名称及其极性等。