原创 论高品质PCB板的制作

论高品质PCB板的制作
孙冠男（黑龙江农业工程职业学院  黑龙江哈尔滨 150088）
摘  要：随着电子产品的体积不断缩小，对承载元件的PCB电路板的要求越来越高，在生产过程中设计出高品质PCB电路板显得尤为重要。本文从信号类型、元件布局、电路板布线等方面介绍了常规做法以外制作高品质PCB板应考虑的问题。关键词：PCB板；元件布局；布线制作 PCB 板就是将在电脑中设计好的电路原理图转换为实实在在的电路板。过程看似简单，但有很多细节仅在原理上行得通，而在工程中却难以实现。制作 PCB 板不难，但要制作出高质量 PCB 板却不是一件易事。同样的原理,同样的器件,不同的处理方式就会得到不同的结果。那么如何才能制作出高质量的 PCB 板呢?下面我仅结合自己的经验谈一谈除常规做法以外制作高品质 PCB 板还应该考虑的问题。
明确信号类型首先要仔细分析制作 PCB 板所处理信号的种类：是普通信号、高频信号、小信号还是既有高频率信号又有小信号。当板上是普通信号时,要做到布局布线合理整齐,机械尺寸准确无误。如有负载线和长线,就要采用一定的手段进行处理,负载线减轻负载，长线加强驱动同时防止反射；当板上有超过40MHz 的信号时，就会存在线间串扰等问题，要进行特殊考虑。如果频率更高一些，对布线的长度就有更严格的限制，在系统设计时不能忽略；当板上有小信号（毫/微伏级）的信号时，就需要对这些信号线进行特别的处理。小信号由于太微弱，非常容易受到其它强信号的干扰，常常需要屏蔽措施，否则将大大降低信噪比，导致有用信号被噪声淹没，不能有效地提取出来。对板子的调测也要在设计阶段加以考虑，测试点的物理位置，测试点的隔离等因素不可忽略，因为有些小信号和高频信号是不能直接把探头加上去进行测量的。此外还要考虑其他一些相关因素，如板子层数，采用元器件的封装外形，板子的机械强度等。
二、元件布局元器件的布局首先要考虑的一个因素就是电流走向。把连线关系密切的元器件尽量放在一起，高速线布局时就要尽可能地短，功率信号和小信号器件要分开。在满足流走向的前提下，还要考虑元器件摆放整齐、美观、便于测试。同时机械尺寸，插座位置等问题也需认真考虑。元件互连线上的传输延迟时间也是在系统设计时首先要考虑的因素。信号线上的传输时间对系统速度影响很大，针对同步工作元件最好设计在同一块插件板上，如移位寄存器、同步计数器等。如果设计到不同插件板上，将会导致时钟信号的传输延迟时间不相等，可能使移位寄存器产生错误。若不能放在一块板上，则再同步的设计将是关键环节，必须要做到从公共时钟源连到各插件板的时钟线的长度相等。
三、布线
1、布线的考虑印制电路板上的任何一条“长”的信号通路都可以视为一种传输线。如果该线的传输延迟时间比信号上升时间短得多，那么信号上升期间所产主的反射都将被淹没，不再呈现过冲、反冲和振铃。对现时大多数的 MOS 电路来说，由于上升时间比线传输延迟时间长得多，所以走线长度可以米为单位，而无信号失真。对于速度较快的逻辑电路，特别是超高速 ECL 集成电路来说，由于边沿速度的增快，走线的长度必须大大缩短，以保持信号的完整性。要保证高速电路在相对长的线上工作，而无严重的波形失真有两种方法。一种是肖特基二极管箝位方法，使过冲量被箝制在比地电位低一个二极管压降的电平上；另外一种是线阻抗匹配法，使反射受到控制，保证信号的完整性。对于有较慢边沿速度的常规 TTL 和 CMOS 器件来说，传输线并不是必需的。对有较快边沿速度的高速 ECL 器件，传输线也不总是必需的。如果使用了传输线，则有预测连线时延、控制反射和振荡的优
2、布线技巧做 PCB 板时是选用双面板还是多层板，要看最高工作频率、复杂程度及对组装密度的要求，如果时钟频率超过 200MHZ 时最好选用多层板。对印制电路板的走线有如下原则要求：
（1）所有平行信号线之间要尽量留有较大的间隔，以减少串扰。如果有两条相距较近的信号线，最好在两线之间走一条接地线，可以起到屏蔽作用。
（2）设计信号传输线时要避免急拐弯，以防传输线特性阻抗的突变而产生反射，要尽量设计成具有一定尺寸的均匀的圆弧线。
（3）印制线的宽度可根据微带线和带状线的特性阻抗计算公式计算。印制电路板上微带线的特性阻抗一般在 50～120Ω 之间，一般选择 68Ω 左右的阻抗值比较合适，这样可以在延迟时间和功耗之间达到最佳平衡，分枝短线的长度必须限制在 2.5cm以内，以免出现很大的振铃。
（4）对于双面板（或六层板中走四层线），电路板两面的线要互相垂直，以防止互相感应产主串扰。
（5）印制板上若装有大电流器件（继电器、指示灯、喇叭等），地线最好要分开单独走，以减少地线上的噪声。大电流器件的地线应连到插件板和背板上的一个独立的地总线上去，而且整个系统的接地点必须相连。
（6）如果板上有小信号放大器，则放大前的弱信号线要远离强信号线，而且走线要尽可能地短，如有可能还要用地线对其进行屏蔽。总之，PCB 电路板的设计是电子产品制作过程中重要的环节之一。要设计出一块高品质的 PCB 电路板，就得把设计的每一个环节都要考虑周全。忽略任何一个环节 PCB 电路板的性能就会降低，这种损失是很难甚至是不能弥补的。
参考文献：
《Protel 99 实用培训教程》陈爱弟  人民邮电出版社 2000-7
《Protel DXP 高级应用》张伟 吴红杰 徐海鹰 人民邮电出版社 2004-1
《电路设计与制板-Protel99 高级应用》赵晶  人民邮电出版社 2000-11
《印制电路板制作》实训教程  刘德旺  中国水利水电出版社 2005-1
5、《印制电路板设计》姜雪松  机械工业出版社 2006-1