原创电路板设计经验

 2013-3-19 16:33  1355 18 20 分类: PCB

作为一个电子工程师设计电路是一项必备的硬功夫,但是原理设计再完美,如果电路板设计不合理性能将大打折扣,严重时甚至不能正常工作.根据我的经验,我总结出以下一些PCB设计中应该注意的地方,希望能对您有所启示.

不管用什么软件,PCB设计有个大致的程序,按顺序来会省时省力,因此我将按制作流程来介绍一下.(由于protel界面风格与windows视窗接近,操作习惯也相近,且有强大的仿真功能,使用的人比较多,将以此软件作说明.)

原理图设计是前期准备工作,经常见到初学者为了省事直接就去画PCB板了,这样将得不偿失,对简单的板子,如果熟练流程,不妨可以跳过.但是对于初学者一定要按流程来,这样一方面可以养成良好的习惯,另一方面对复杂的电路也只有这样才能避免出错.

在画原理图时,层次设计时要注意各个文件最后要连接为一个整体,这同样对以后的工作有重要意义.由于,软件的差别有些软件会出现看似相连实际未连(电气性能上)的情况.如果不用相关检测工具检测,万一出了问题,等板子做好了才发现就晚了.因此一再强调按顺序来做的重要性,希望引起大家的注意.

原理图是根据设计的项目来的,只要电性连接正确没什么好说的.下面我们重点讨论一下具体的制板程序中的问题.

1．制作物理边框

封闭的物理边框对以后的元件布局、走线来说是个基本平台,也对自动布局起着约束作用,否则,从原理图过来的元件会不知所措的.但这里一定要注意精确,否则以后出现安装问题麻烦可就大了.还有就是拐角地方最好用圆弧,一方面可以避免尖角划伤工人,同时又可以减轻应力作用.以前我的一个产品老是在运输过程中有个别机器出现面壳PCB板断裂的情况,改用圆弧后就好了.

2．元件和网络的引入

把元件和网络引人画好的边框中应该很简单,但是这里往往会出问题,一定要细心地按提示的错误逐个解决,不然后面要费更大的力气.这里的问题一般来说有以下一些:

元件的封装形式找不到,元件网络问题,有未使用的元件或管脚,对照提示这些问题可以很快搞定的.

3．元件的布局

元件的布局与走线对产品的寿命、稳定性、电磁兼容都有很大的影响,是应该特别注意的地方.一般来说应该有以下一些原则:

(1)放置顺序

先放置与结构有关的固定位置的元器件,如电源插座、指示灯、开关、连接件之类,这些器件放置好后用软件的LOCK功能将其锁定,使之以后不会被误移动.再放置线路上的特殊元件和大的元器件,如发热元件、变压器、IC等.最后放置小器件.

(3)注意散热

元件布局还要特别注意散热问题.对于大功率电路,应该将那些发热元件如功率管、变压器等尽量靠边分散布局放置,便于热量散发,不要集中在一个地方,也不要高电容太近以免使电解液过早老化.

4．布线

布线原则

走线的学问是非常高深的,每人都会有自己的体会,但还是有些通行的原则的.

◆高频数字电路走线细一些、短一些好

◆大电流信号、高电压信号与小信号之间应该注意隔离(隔离距离与要承受的耐压有关,通常情况下在2KV时板上要距离2mm,在此之上以比例算还要加大,例如若要承受3KV的耐压测试,则高低压线路之间的距离应在3.5mm以上,许多情况下为避免爬电,还在印制线路板上的高低压之间开槽.)

◆两面板布线时,两面的导线宜相互垂直、斜交、或弯曲走线,避免相互平行,以减小寄生耦合;作为电路的输人及输出用的印制导线应尽量避兔相邻平行,以免发生回授,在这些导线之间最好加接地线.

◆走线拐角尽可能大于90度,杜绝90度以下的拐角,也尽量少用90度拐角

◆同是地址线或者数据线,走线长度差异不要太大,否则短线部分要人为走弯线作补偿

◆走线尽量走在焊接面,特别是通孔工艺的PCB

◆尽量少用过孔、跳线

◆单面板焊盘必须要大,焊盘相连的线一定要粗,能放泪滴就放泪滴,一般的单面板厂家质量不会很好,否则对焊接和RE-WORK都会有问题

◆大面积敷铜要用网格状的,以防止波焊时板子产生气泡和因为热应力作用而弯曲,但在特殊场合下要考虑GND的流向,大小,不能简单的用铜箔填充了事,而是需要去走线

◆元器件和走线不能太靠边放,一般的单面板多为纸质板,受力后容易断裂,如果在边缘连线或放元器件就会受到影响

◆必须考虑生产、调试、维修的方便性

对模拟电路来说处理地的问题是很重要的,地上产生的噪声往往不便预料,可是一旦产生将会带来极大的麻烦,应该未雨绸缎.对于功放电路,极微小的地噪声都会因为后级的放大对音质产生明显的影响;在高精度A/D转换电路中,如果地线上有高频分量存在将会产生一定的温漂,影响放大器的工作.这时可以在板子的4角加退藕电容,一脚和板子上的地连,一脚连到安装孔上去(通过螺钉和机壳连),这样可将此分量虑去,放大器及AD也就稳定了.

另外,电磁兼容问题在目前人们对环保产品倍加关注的情况下显得更加重要了.一般来说电磁信号的来源有3个:信号源,辐射,传输线.晶振是常见的一种高频信号源,在功率谱上晶振的各次谐波能量值会明显高出平均值.可行的做法是控制信号的幅度,晶振外壳接地,对干扰信号进行屏蔽,采用特殊的滤波电路及器件等.

需要特别说明的是蛇形走线,因为应用场合不同其作用也是不同的,在电脑的主板中用在一些时钟信号上,如 PCIClk、AGP-Clk,它的作用有两点:1、阻抗匹配 2、滤波电感.

对一些重要信号,如 INTELHUB架构中的HUBLink,一共13根,频率可达233MHZ,要求必须严格等长,以消除时滞造成的隐患,这时,蛇形走线是唯一的解决办法.

一般来讲,蛇形走线的线距>＝2倍的线宽;若在普通PCB板中,除了具有滤波电感的作用外,还可作为收音机天线的电感线圈等等.

5．调整完善

完成布线后,要做的就是对文字、个别元件、走线做些调整以及敷铜(这项工作不宜太早,否则会影响速度,又给布线带来麻烦),同样是为了便于进行生产、调试、维修.

敷铜通常指以大面积的铜箔去填充布线后留下的空白区,可以铺GND的铜箔,也可以铺VCC的铜箔(但这样一旦短路容易烧毁器件,最好接地,除非不得已用来加大电源的导通面积,以承受较大的电流才接VCC).包地则通常指用两根地线(TRAC)包住一撮有特殊要求的信号线,防止它被别人干扰或干扰别人.

如果用敷铜代替地线一定要注意整个地是否连通,电流大小、流向与有无特殊要求,以确保减少不必要的失误.

6．检查核对网络

有时候会因为误操作或疏忽造成所画的板子的网络关系与原理图不同,这时检察核对是很有必要的.所以画完以后切不可急于交给制版厂家,应该先做核对,后再进行后续工作.

7．使用仿真功能

完成这些工作后,如果时间允许还可以进行软件仿真.特别是高频数字电路,这样可以提前发现一些问题,大大减少以后的调试工作量.