第9章 PCB設(shè)計(jì)基礎(chǔ).ppt.ppt

第9章pcb設(shè)計(jì)基礎(chǔ),本章將介紹pcb的結(jié)構(gòu)、與pcb設(shè)計(jì)相關(guān)的知識(shí)、pcb設(shè)計(jì)的原則、pcb編輯器的啟動(dòng)方法及界面。,第9章pcb設(shè)計(jì)基礎(chǔ),9.1pcb的基本常識(shí)9.2pcb設(shè)計(jì)的基本原則9.3pcb編輯器的啟動(dòng),pcbpcb（printedcircuitboard），中文名稱為印制電路板，又稱印刷電路板、印刷線路板，是重要的電子部件，是電子元器件的載體，是電子元器件電氣連接的提供者。由于它是采用電子印刷術(shù)制作的，故被稱為“印刷”電路板。,pcb材質(zhì)覆銅板：覆銅板是以環(huán)氧樹(shù)脂等為融合劑將玻纖布（fr-4fr-5）和銅箔壓合在一起的產(chǎn)物，是pcb的直接原材料，在經(jīng)過(guò)蝕刻、電鍍、多層板壓合之后制成印刷電路板,2國(guó)內(nèi)常用覆銅板的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)(1)覆銅箔酚醛紙層壓板由絕緣浸漬紙(tfz一62)或棉纖維浸漬紙(1tz-一63)浸以酚醛樹(shù)脂經(jīng)熱壓而成的層壓制品，兩表面膠紙可附以單張無(wú)堿玻璃浸膠布，其一面敷以銅箔。(2)覆銅箔玻璃布層壓板（cem-1，cem-3）以紙基為核心，上下用無(wú)堿玻璃布浸以環(huán)氧樹(shù)脂經(jīng)熱壓而成的層壓制品，其一面或雙面敷以銅箔，具有質(zhì)輕、電氣和機(jī)械性能良好、加工方便等優(yōu)點(diǎn)。其板面呈淡黃色，若用三氰二胺作固化劑，則板面呈淡綠色，具有良好的透明度。主要在工作溫度和工作頻率較高的無(wú)線電設(shè)備中用作印制電路板，適合沖孔加工方便(3)覆銅箔環(huán)氧玻璃布層壓板（fr4，fr5）玻璃布+環(huán)氧樹(shù)脂，一面或雙面敷以銅箔，在溫度提升時(shí)具有高度之機(jī)械應(yīng)力,具有優(yōu)良之耐熱性（150度）是孔金屬化印制板最常用的材料。(4)覆銅箔聚四氟乙烯層壓板是以聚四氟乙烯板為基板，敷以銅箔經(jīng)熱壓而成的一種敷銅板。撓性好耐熱性好（240度），成本高于其他主要用于高頻和超高頻線路中作印制板用。(5)軟性聚酯敷銅薄膜是用聚酯薄膜與銅熱壓而成的帶狀材料，在應(yīng)用中將它卷曲成螺旋形狀放在設(shè)備內(nèi)部。為了加固或防潮，常以環(huán)氧樹(shù)脂將它灌注成一個(gè)整體。主要用作柔性印制電路和印制電纜，可作為接插件的過(guò)渡線。,9.1pcb的基本常識(shí),9.1.1印制電路板的結(jié)構(gòu),可以分為：,單面板（signallayerpcb）,雙面板（doublelayerpcb）,和多層板（multilayerpcb）,單面板signallayerpcb單層板（singlelayerpcb）是只有一個(gè)面敷銅，另一面沒(méi)有敷銅的電路板。元器件一般情況是放置在沒(méi)有敷銅的一面，敷銅的一面用于布線和元件焊接,雙層板doublelayerpcb雙層板（doublelayerpcb）是一種雙面敷銅的電路板，兩個(gè)敷銅層通常被稱為頂層（toplayer）和底層（bottomlayer），兩個(gè)敷銅面都可以布線，頂層一般為放置元件面，底層一般為元件焊接面,多層板multilayerpcb多層板（multilayerpcb）就是包括多個(gè)工作層面的電路板，除了有頂層（toplayer）和底層（bottomlayer）之外還有中間層，頂層和底層與雙層面板一樣，中間層可以是導(dǎo)線層、信號(hào)層、電源層或接地層，層與層之間是相互絕緣的，層與層之間的連接往往是通過(guò)孔來(lái)實(shí)現(xiàn)的。,9.1.2pcb元件封裝,元件封裝是指實(shí)際元件焊接到電路板時(shí)所指示的外觀和焊點(diǎn)的位置不同的元件有相同的封裝，同一個(gè)元件也可以有不同的封裝。所以在取用焊接元件時(shí)，不僅要知道元件的名稱，還要知道元件的封裝。,1元件封裝的分類,（1）針腳式元件封裝,（2）表貼式（smt）封裝,9.1.2pcb元件封裝,不同的元件有相同的封裝，同一個(gè)元件也可以有不同的封裝。所以在取用焊接元件時(shí)，不僅要知道元件的名稱，還要知道元件的封裝。,2元件封裝的名稱,元件封裝的名稱原則為：,元件類型+焊盤(pán)距離（焊盤(pán)數(shù)）+元件外形尺寸,9.1.3常用元件的封裝,1電容類封裝,有極性電容類（rb5-10.5rb7.6-15）,非極性電容類（rad-0.1rad-0.4）,9.1.3常用元件的封裝,2電阻類封裝,電阻類（axial-0.3axial-1.0）,可變電阻類（vr1vr5）,9.1.3常用元件的封裝,3晶體管類封裝,晶體三極管（bcy-w3，to-x）,to-18,to-226,e3,9.1.3常用元件的封裝,4二極管類封裝,二極管類（diode-0.5diode-0.7）,9.1.3常用元件的封裝,5集成電路封裝,集成電路dip-xxx封裝、sil-xxx封裝,9.1.3常用元件的封裝,6電位器封裝,可變電阻類（vr1vr5）,石英晶體振蕩器xtal,9.1.4pcb的其他術(shù)語(yǔ),1銅膜導(dǎo)線與飛線,銅膜導(dǎo)線是敷銅板經(jīng)過(guò)加工后在pcb上的銅膜走線，又簡(jiǎn)稱為導(dǎo)線，用于連接各個(gè)焊點(diǎn),飛線只是形式上表示出網(wǎng)絡(luò)之間的連接，沒(méi)有實(shí)際的電氣連接意義,經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算:0.15線寬(w)=a一般來(lái)說(shuō)信號(hào)線細(xì)，電源線粗線寬線距最好都保持8mil以上通常信號(hào)線寬為0.3mm(12mil)，電源線寬為0.77mm(30mil)或1.27mm(50mil)；線與線之間和線與焊盤(pán)之間的距離大于等于0.33mm(13mil)，實(shí)際應(yīng)用中，條件允許時(shí)應(yīng)考慮加大距離布線密度較高時(shí)，線的寬度為0.254mm(10mil)，線間距不小于0.254mm(10mil)。特殊情況下，當(dāng)器件管腳較密，寬度較窄時(shí)，可按適當(dāng)減小線寬和線間距。,9.1.4pcb的其他術(shù)語(yǔ),2焊盤(pán)和導(dǎo)孔,焊盤(pán)是用焊錫連接元件引腳和導(dǎo)線的pcb圖件,可分為3種：,9.1.4pcb的其他術(shù)語(yǔ),2焊盤(pán)和導(dǎo)孔,導(dǎo)孔，也稱為過(guò)孔。是連接不同板層間的導(dǎo)線的pcb圖件,可分為3種：,從頂層到底層的穿透式導(dǎo)孔,從頂層通到內(nèi)層或,從內(nèi)層通到底層的盲導(dǎo)孔和內(nèi)層間的屏蔽導(dǎo)孔,9.1.4pcb的其他術(shù)語(yǔ),3網(wǎng)絡(luò)、中間層和內(nèi)層,網(wǎng)絡(luò)和導(dǎo)線是有所不同的，網(wǎng)絡(luò)上還包含焊點(diǎn)，因此在提到網(wǎng)絡(luò)時(shí)不僅指導(dǎo)線而且還包括和導(dǎo)線連接的焊盤(pán)、導(dǎo)孔,中間層和內(nèi)層是兩個(gè)容易混淆的概念,中間層是指用于布線的中間板層，該層中布的是導(dǎo)線,內(nèi)層是指電源層或地線層，該層一般不布線，它是由整片銅膜構(gòu)成的電源線或地線,9.1.4pcb的其他術(shù)語(yǔ),4安全距離,為了避免導(dǎo)線、導(dǎo)孔、焊盤(pán)之間相互干擾，必須在它們之間留出一定的間隙，即安全距離,5物理邊界與電氣邊界,電路板的形狀邊界稱為物理邊界，在制板時(shí)用機(jī)械層來(lái)規(guī)范,用來(lái)限定布線和放置元件的范圍稱為電氣邊界，它是通過(guò)在禁止布線層繪制邊界來(lái)實(shí)現(xiàn)的,9.2pcb設(shè)計(jì)的基本原則,9.2.1pcb設(shè)計(jì)的一般原則,一布局首先，要考慮pcb尺寸大小,再確定特殊組件的位置,最后對(duì)電路的全部零件進(jìn)行布局,原則,（1）按照電路的流程安排各個(gè)功能電路單元的位置，使布局便于信號(hào)流通，并使信號(hào)盡可能保持一致的方向。,（2）以每個(gè)功能電路的核心組件為中心，圍繞它來(lái)進(jìn)行布局。,9.2pcb設(shè)計(jì)的基本原則,9.2.1pcb設(shè)計(jì)的一般原則,原則,（3）在高頻信號(hào)下工作的電路，要考慮零件之間的分布參數(shù)。,（4）位于電路板邊緣的零件，離電路板邊緣一般不小于2mm。,（5）時(shí)鐘發(fā)生器、晶振和cpu的時(shí)鐘輸入端應(yīng)盡量相互靠近且遠(yuǎn)離其他低頻器件,（6）電流值變化大的電路盡量遠(yuǎn)離邏輯電路。,（7）印制板在機(jī)箱中的位置和方向，應(yīng)保證散熱量大的器件處在正上方。,9.2pcb設(shè)計(jì)的基本原則,9.2.1pcb設(shè)計(jì)的一般原則,2.特殊組件,（1）盡可能縮短高頻器件之間的連線，減少它們的電磁噪聲。,（2）應(yīng)加大電位差較高的某些器件之間或?qū)Ь€之間的距離，以免意外短路。,（3）質(zhì)量超過(guò)15g的器件，應(yīng)當(dāng)用支架加以固定，然后焊接。,（4）對(duì)于電位器、可調(diào)電感線圈、可變電容器、微動(dòng)開(kāi)關(guān)等可調(diào)組件的布局應(yīng)考慮整機(jī)的結(jié)構(gòu)要求。,（5）應(yīng)留出印制電路板定位孔及固定支架所占用的位置。,按電氣性能合理分區(qū)，一般分為：數(shù)字電路區(qū)(即怕干擾、又產(chǎn)生干擾)、模擬電路區(qū)(怕干擾)、功率驅(qū)動(dòng)區(qū)（干擾源）；完成同一功能的電路，應(yīng)盡量靠近放置，并調(diào)整各元器件以保證連線最為簡(jiǎn)潔；同時(shí)，調(diào)整各功能塊間的相對(duì)位置使功能塊間的連線最簡(jiǎn)潔；對(duì)于質(zhì)量大的元器件應(yīng)考慮安裝位置和安裝強(qiáng)度；發(fā)熱元件應(yīng)與溫度敏感元件分開(kāi)放置，必要時(shí)還應(yīng)考慮熱對(duì)流措施；i/o驅(qū)動(dòng)器件盡量靠近印刷板的邊、靠近引出接插件；時(shí)鐘產(chǎn)生器（如：晶振或鐘振）要盡量靠近用到該時(shí)鐘的器件；在每個(gè)集成電路的電源輸入腳和地之間，需加一個(gè)去耦電容（一般采用高頻性能好的獨(dú)石電容）；電路板空間較密時(shí)，也可在幾個(gè)集成電路周圍加一個(gè)鉭電容。繼電器線圈處要加放電二極管（1n4148即可）；布局要求要均衡，疏密有序，不能頭重腳輕或一頭沉需要特別注意，在放置元器件時(shí)，一定要考慮元器件的實(shí)際尺寸大小（所占面積和高度）、元器件之間的相對(duì)位置，以保證電路板的電氣性能和生產(chǎn)安裝的可行性和便利性同時(shí)，應(yīng)該在保證上面原則能夠體現(xiàn)的前提下，適當(dāng)修改器件的擺放，使之整齊美觀，如同樣的器件要擺放整齊、方向一致，不能擺得“錯(cuò)落有致”。,9.2pcb設(shè)計(jì)的基本原則,9.2.1pcb設(shè)計(jì)的一般原則,3布線,（1）輸入/輸出端用的導(dǎo)線應(yīng)盡量避免相鄰平行,（2）印制電路板導(dǎo)線間的最小寬度主要是由導(dǎo)線與絕緣基板間的黏附強(qiáng)度和流過(guò)它們的電流值決定的。,（3）功率線、交流線盡量布置在和信號(hào)線不同的板上，否則應(yīng)和信號(hào)線分開(kāi)走線。,一般情況下，首先應(yīng)對(duì)電源線和地線進(jìn)行布線，以保證電路板的電氣性能。在條件允許的范圍內(nèi)，盡量加寬電源、地線寬度，最好是地線比電源線寬，它們的關(guān)系是：地線電源線信號(hào)線，通常信號(hào)線寬為：0.20.3mm，最細(xì)寬度可達(dá)0.050.07mm，電源線一般為1.22.5mm。對(duì)數(shù)字電路的pcb可用寬的地導(dǎo)線組成一個(gè)回路,即構(gòu)成一個(gè)地網(wǎng)來(lái)使用（模擬電路的地則不能這樣使用）預(yù)先對(duì)要求比較嚴(yán)格的線（如高頻線）進(jìn)行布線，輸入端與輸出端的邊線應(yīng)避免相鄰平行，以免產(chǎn)生反射干擾。必要時(shí)應(yīng)加地線隔離，兩相鄰層的布線要互相垂直，平行容易產(chǎn)生寄生耦合。振蕩器外殼接地，時(shí)鐘線要盡量短，且不能引得到處都是。時(shí)鐘振蕩電路下面、特殊高速邏輯電路部分要加大地的面積，而不應(yīng)該走其它信號(hào)線，以使周圍電場(chǎng)趨近于零；盡可能采用45的折線布線，不可使用90折線，以減小高頻信號(hào)的輻射；（要求高的線還要用雙弧線）任何信號(hào)線都不要形成環(huán)路，如不可避免，環(huán)路應(yīng)盡量小；信號(hào)線的過(guò)孔要盡量少；關(guān)鍵的線盡量短而粗，并在兩邊加上保護(hù)地。通過(guò)扁平電纜傳送敏感信號(hào)和噪聲場(chǎng)帶信號(hào)時(shí)，要用“地線-信號(hào)-地線”的方式引出。關(guān)鍵信號(hào)應(yīng)預(yù)留測(cè)試點(diǎn)，以方便生產(chǎn)和維修檢測(cè)用原理圖布線完成后，應(yīng)對(duì)布線進(jìn)行優(yōu)化；同時(shí)，經(jīng)初步網(wǎng)絡(luò)檢查和drc檢查無(wú)誤后，對(duì)未布線區(qū)域進(jìn)行地線填充，用大面積銅層作地線用,在印制板上把沒(méi)被用上的地方都與地相連接作為地線用?；蚴亲龀啥鄬影澹娫?，地線各占用一層。,9.2pcb設(shè)計(jì)的基本原則,9.2.1pcb設(shè)計(jì)的一般原則,4焊點(diǎn),焊盤(pán)中心孔要比器件引線直徑稍大一些。焊盤(pán)太大易形成虛焊。焊盤(pán)外徑d一般不小于(d+1.2)mm，其中d為引線孔徑。對(duì)高密度的數(shù)字電路，焊盤(pán)最小直徑可取(d+1.0)mm。,5電源線,盡量加粗電源線寬度50mil,9.2pcb設(shè)計(jì)的基本原則,9.2.1pcb設(shè)計(jì)的一般原則,6地線,數(shù)字地與模擬地分開(kāi)。低頻電路1mhz的地應(yīng)盡量采用單點(diǎn)并聯(lián)接地，實(shí)際布線有困難時(shí)可部分串聯(lián)后再并聯(lián)接地。高頻電路10mhz宜采用多點(diǎn)串聯(lián)接地，地線應(yīng)短而租，高頻元件周圍盡量用柵格狀大面積地箔。接地線應(yīng)盡量加粗。若接地線用很細(xì)的線條，則接地電位隨電流的變化而變化，使抗噪性能降低。因此應(yīng)將接地線加粗，使它能通過(guò)三倍于印制板上的允許電流。如有可能，接地線應(yīng)在23mm以上。接地線構(gòu)成閉環(huán)路。只由數(shù)字電路組成的印制板，其接地電路布成閉環(huán)路大多能提高抗噪聲能力。,9.2pcb設(shè)計(jì)的基本原則,9.2.1pcb設(shè)計(jì)的一般原則,7去耦電容配置,（1）電源輸入端跨接一個(gè)10100f的電解電容器,（2）每個(gè)集成芯片的vcc和gnd之間跨接一個(gè)0.010.1f的陶瓷電容,（3）對(duì)抗噪聲能力弱、關(guān)斷電流變化大的器件及rom、ram，應(yīng)在vcc和gnd間接去耦電容,（4）在單片機(jī)復(fù)位端“reset”上配以0.01f的去耦電容。,（5）去耦電容的引線不能太長(zhǎng),（6）開(kāi)關(guān)、繼電器、按鈕等產(chǎn)生火花放電，必須采用rc電路來(lái)吸收放電電流,9.2pcb設(shè)計(jì)的基本原則,9.2.1pcb設(shè)計(jì)的一般原則,8電路板的尺寸,印制電路板大小要適中，過(guò)大時(shí)印制線條長(zhǎng)，阻抗增加，不僅抗噪聲能力下降，成本也高；過(guò)小，則散熱不好，同時(shí)易受臨近線路干擾。,9熱設(shè)計(jì),從有利于散熱的角度出發(fā)，印制電路板最好是直立安裝，板與板之間的距離一般不應(yīng)小于2cm，而且組件在印制板上的排列方式應(yīng)遵循一定的規(guī)則,9.2pcb設(shè)計(jì)的基本原則,9.2.1pcb設(shè)計(jì)的一般原則,9熱設(shè)計(jì),對(duì)于采用自由對(duì)流空氣冷卻的設(shè)備，最好是將集成電路（或其他組件）按縱長(zhǎng)方式排列,對(duì)于采用強(qiáng)制空氣冷卻的設(shè)備，最好是將集成電路（或其他組件）按橫長(zhǎng)方式排列,9.2.2pcb的抗干擾設(shè)計(jì)原則,1抑制干擾源,常用措施如下：（1）繼電器線圈增加續(xù)流二極管。（2）在繼電器接點(diǎn)兩端并接火花抑制電路。（3）給電機(jī)加濾波電路。（4）布線時(shí)避免90折線。盡量采用45（5）晶閘管兩端并接rc抑制電路。,9.2.2pcb的抗干擾設(shè)計(jì)原則,2切斷干擾傳播路徑,常用措施如下：（1）充分考慮電源對(duì)單片機(jī)的影響。（2）如果單片機(jī)的i/o口用來(lái)控制電機(jī)等噪聲器件，在i/o口與噪聲源之間應(yīng)加隔離。（3）注意晶振布線。（4）電路板合理分區(qū)，如強(qiáng)、弱信號(hào)，數(shù)字、模擬信號(hào)，盡可能把干擾源與敏感器件遠(yuǎn)離。,9.2.3pcb可測(cè)性設(shè)計(jì),pcb可測(cè)性設(shè)計(jì)包括兩個(gè)方面的內(nèi)容：,1結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì),結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)和應(yīng)用新的測(cè)試技術(shù)。,（1）進(jìn)行模塊劃分。可按以下方法進(jìn)行劃分：,根據(jù)功能劃分（功能劃分）；根據(jù)電路劃分（物理劃分）；根據(jù)邏輯系列劃分；按電源電壓的分隔劃分。,（2）測(cè)試點(diǎn)和控制點(diǎn)的選取。（3）盡可能減少外部電路和反饋電路。,9.2.3pcb可測(cè)性設(shè)計(jì),pcb可測(cè)性設(shè)計(jì)包括兩個(gè)方面的內(nèi)容：,2應(yīng)用新的測(cè)試技術(shù),結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)和應(yīng)用新的測(cè)試技術(shù)。,常用的可測(cè)性設(shè)計(jì)技術(shù)有掃描通道、電平敏感掃描設(shè)計(jì)、邊界掃描等。,9.3pcb編輯器的啟動(dòng),9.3.1