解密PROTEL DXP軟件的PCB設計技巧

Protel DXP是第一個將所有設計工具集于一身的板級設計系統，電子設計者從最初的項目模塊規(guī)劃到最終形成生產數據都可以按照自己的設計方式實現。Protel DXP運行在優(yōu)化的設計瀏覽器平臺上，并且具備當今所有先進的設計特點，能夠處理各種復雜的PCB設計過程。Protel DXP作為一款新推出的電路設計軟件，在前版本的基礎上增加了許多新的功能。新的可定制設計環(huán)境功能包括雙顯示器支持，可固定、浮動以及彈出面板，強大的過濾和對象定位功能及增強的用戶界面等。通過設計輸入仿真、PCB繪制編輯、拓撲自動布線、信號完整性分析和設計輸出等技術融合，Protel DXP提供了全面的設計解決方案。

PCB電路板設計的一般原則包括：電路板的選用、電路板尺寸、元件布局、布線、焊盤、填充、跨接線等。

電路板一般用敷銅層壓板制成，板層選用時要從電氣性能、可靠性、加工工藝要求和經濟指標等方面考慮。常用的敷銅層壓板是敷銅酚醛紙質層壓板、敷銅環(huán)氧紙質層壓板、敷銅環(huán)氧玻璃布層壓板、敷銅環(huán)氧酚醛玻璃布層壓板、敷銅聚四氟乙烯玻璃布層壓板和多層印刷電路板用環(huán)氧玻璃布等。不同材料的層壓板有不同的特點。環(huán)氧樹脂與銅箔有極好的粘合力，因此銅箔的附著強度和工作溫度較高，可以在260℃的熔錫中不起泡。環(huán)氧樹脂浸過的玻璃布層壓板受潮氣的影響較小。超高頻電路板最好是敷銅聚四氟乙烯玻璃布層壓板。

在要求阻燃的電子設備上，還需要阻燃的電路板，這些電路板都是浸入了阻燃樹脂的層壓板。電路板的厚度應該根據電路板的功能、所裝元件的重量、電路板插座的規(guī)格、電路板的外形尺寸和承受的機械負荷等來決定。

主要是應該保證足夠的剛度和強度。

常見的電路板的厚度有0.5mm、1.0mm、1.5mm、2.0mm

從成本、銅膜線長度、抗噪聲能力考慮，電路板尺寸越小越好，但是板尺寸太小，則散熱不良，且相鄰的導線容易引起干擾。電路板的制作費用是和電路板的面積相關的，面積越大，造價越高。在設計具有機殼的電路板時，電路板的尺寸還受機箱外殼大小的限制，一定要在確定電路板尺寸前確定機殼大小，否則就無法確定電路板的尺寸。一般情況下，在禁止布線層中指定的布線范圍就是電路板尺寸的大小。電路板的最佳形狀是矩形，長寬比為3：2或4：3，當電路板的尺寸大于200mm×150mm時，應該考慮電路板的機械強度?？傊瑧摼C合考慮利弊來確定電路板的尺寸。

雖然Protel DXP能夠自動布局，但是實際上電路板的布局幾乎都是手工完成的。

要進行布局時，一般遵循如下規(guī)則：

1.特殊元件的布局

特殊元件的布局從以下幾個方面考慮：

1)高頻元件：高頻元件之間的連線越短越好，設法減小連線的分布參數和相互之間的電磁干擾，易受干擾的元件不能離得太近。隸屬于輸入和隸屬于輸出的元件之間的距離應該盡可能大一些。

2)具有高電位差的元件：應該加大具有高電位差元件和連線之間的距離，以免出現意外短路時損壞元件。為了避免爬電現象的發(fā)生，一般要求2000V電位差之間的銅膜線距離應該大于2mm，若對于更高的電位差，距離還應該加大。帶有高電壓的器件，應該盡量布置在調試時手不易觸及的地方。

3)重量太大的元件：此類元件應該有支架固定，而對于又大又重、發(fā)熱量多的元件，不宜安裝在電路板上。

4)發(fā)熱與熱敏元件：注意發(fā)熱元件應該遠離熱敏元件。

5)可以調節(jié)的元件：對于電位器、可調電感線圈、可變電容、微動開關等可調元件的布局應該考慮整機的結構要求，若是機內調節(jié)，應該放在電路板上容易調節(jié)的地方，若是機外調節(jié)，其位置要與調節(jié)旋鈕在機箱面板上的位置相對應。

6)電路板安裝孔和支架孔：應該預留出電路板的安裝孔和支架的安裝孔，因為這些孔和孔附近是不能布線的。

2.按照電路功能布局

如果沒有特殊要求，盡可能按照原理圖的元件安排對元件進行布局，信號從左邊進入、從右邊輸出，從上邊輸入、從下邊輸出。按照電路流程，安排各個功能電路單元的位置，使信號流通更加順暢和保持方向一致。以每個功能電路為核心，圍繞這個核心電路進行布局，元件安排應該均勻、整齊、緊湊，原則是減少和縮短各個元件之間的引線和連接。數字電路部分應該與模擬電路部分分開布局。

3.元件離電路板邊緣的距離

所有元件均應該放置在離板邊緣3mm以內的位置，或者至少距電路板邊緣的距離等于板厚，這是由于在大批量生產中進行流水線插件和進行波峰焊時，要提供給導軌槽使用，同時也是防止由于外形加工引起電路板邊緣破損，引起銅膜線斷裂導致廢品。如果電路板上元件過多，不得已要超出3mm時，可以在電路板邊緣上加上3mm輔邊，在輔邊上開V形槽，在生產時用手掰開。

4.元件放置的順序

首先放置與結構緊密配合的固定位置的元件，如電源插座、指示燈、開關和連接插件等。再放置特殊元件，例如發(fā)熱元件、變壓器、集成電路等。最后放置小元件，例如電阻、電容、二極管等。

布線的規(guī)則如下：

1)線長：銅膜線應盡可能短，在高頻電路中更應該如此。銅膜線的不拐彎處應為圓角或斜角，而直角或尖角在高頻電路和布線密度高的情況下會影響電氣性能。當雙面板布線時，兩面的導線應該相互垂直、斜交或彎曲走線，避免相互平行，以減少寄生電容。

2)線寬：銅膜線的寬度應以能滿足電氣特性要求而又便于生產為準則，它的最小值取決于流過它的電流，但是一般不宜小于0.2mm.只要板面積足夠大，銅膜線寬度和間距最好選擇0.3mm.一般情況下，1~1.5mm的線寬，允許流過2A的電流。例如地線和電源線最好選用大于1mm的線寬。在集成電路座焊盤之間走兩根線時，焊盤直徑為50mil，線寬和線間距都是10mil，當焊盤之間走一根線時，焊盤直徑為64mil，線寬和線間距都為12mil.注意公制和英制之間的轉換，100mil=2.54mm.

3)線間距：相鄰銅膜線之間的間距應該滿足電氣安全要求，同時為了便于生產，間距應該越寬越好。最小間距至少能夠承受所加電壓的峰值。在布線密度低的情況下，間距應該盡可能的大。

4)屏蔽與接地：銅膜線的公共地線應該盡可能放在電路板的邊緣部分。在電路板上應該盡可能多地保留銅箔做地線，這樣可以使屏蔽能力增強。另外地線的形狀最好作成環(huán)路或網格狀。多層電路板由于采用內層做電源和地線專用層，因而可以起到更好的屏蔽作用效果。

焊盤

焊盤尺寸焊盤的內孔尺寸必須從元件引線直徑和公差尺寸以及鍍錫層厚度、孔徑公差、孔金屬化電鍍層厚度等方面考慮，通常情況下以金屬引腳直徑加上0.2mm作為焊盤的內孔直徑。例如，電阻的金屬引腳直徑為0.5mm，則焊盤孔直徑為0.7mm，而焊盤外徑應該為焊盤孔徑加1.2mm，最小應該為焊盤孔徑加1.0mm.當焊盤直徑為1.5mm時，為了增加焊盤的抗剝離強度，可采用方形焊盤。對于孔直徑小于0.4mm的焊盤，焊盤外徑/焊盤孔直徑=0.5~3.對于孔直徑大于2mm的焊盤，焊盤外徑/焊盤孔直徑=1.5~2.

常用的焊盤尺寸如表1-1所示表16-1

常用的焊盤尺寸

焊盤孔直徑/mm

0.4 0.5 0.6 0.8 1.0 1.2 1.6 2.0

焊盤外徑/mm

1.5 1.5 2.0 2.0 2.5 3.0 3.5 4

注意事項：

設計焊盤時的注意事項如下：

1)焊盤孔邊緣到電路板邊緣的距離要大于1mm，這樣可以避免加工時導致焊盤缺損。

2)焊盤補淚滴，當與焊盤連接的銅膜線較細時，要將焊盤與銅膜線之間的連接設計成淚滴狀，這樣可以使焊盤不容易被剝離，而銅膜線與焊盤之間的連線不易斷開。

3)相鄰的焊盤要避免有銳角。

大面積填充

電路板上的大面積填充的目的有兩個，一個是散熱，另一個是用屏蔽減少干擾，為避免焊接時產生的熱使電路板產生的氣體無處排放而使銅膜脫落，應該在大面積填充上開窗，后者使填充為網格狀。使用敷銅也可以達到抗干擾的目的，而且敷銅可以自動繞過焊盤并可連接地線。

跨接線

在單面電路板的設計中，當有些銅膜無法連接時，通常的做法是使用跨接線，跨接線的長度應該選擇如下幾種：6mm、8mm和10mm.

接地

1地線的共阻抗干擾電路圖上的地線表示電路中的零電位，并用作電路中其它各點的公共參考點，在實際電路中由于地線(銅膜線)阻抗的存在，必然會帶來共阻抗干擾，因此在布線時，不能將具有地線符號的點隨便連接在一起，這可能引起有害的耦合而影響電路的正常工作。

2.如何連接地線

通常在一個電子系統中，地線分為系統地、機殼地（屏蔽地）、數字地（邏輯地）和模擬地等幾種，在連接地線時應該注意以下幾點：

1）正確選擇單點接地與多點接地。在低頻電路中，信號頻率小于1MHz，布線和元件之間的電感可以忽略，而地線電路電阻上產生的壓降對電路影響較大，所以應該采用單點接地法。當信號的頻率大于10MHz時，地線電感的影響較大，所以宜采用就近接地的多點接地法。當信號頻率在1~10MHz之間時，如果采用單點接地法，地線長度不應該超過波長的1/20，否則應該采用多點接地。

2）數字地和模擬地分開。電路板上既有數字電路，又有模擬電路，應該使它們盡量分開，而且地線不能混接，應分別與電源的地線端連接（最好電源端也分別連接）。要盡量加大線性電路的面積。一般數字電路的抗干擾能力強，TTL電路的噪聲容限為0.4~0.6V，CMOS數字電路的噪聲容限為電源電壓的0.3~0.45倍，而模擬電路部分只要有微伏級的噪聲，就足以使其工作不正常。所以兩類電路應該分開布局和布線。

3）盡量加粗地線。若地線很細，接地電位會隨電流的變化而變化，導致電子系統的信號受到干擾，特別是模擬電路部分，因此地線應該盡量寬，一般以大于3mm為宜。

4）將接地線構成閉環(huán)。當電路板上只有數字電路時，應該使地線形成環(huán)路，這樣可以明顯提高抗干擾能力，這是因為當電路板上有很多集成電路時，若地線很細，會引起較大的接地電位差，而環(huán)形地線可以減少接地電阻，從而減小接地電位差。

5）同一級電路的接地點應該盡可能靠近，并且本級電路的電源濾波電容也應該接在本級的接地點上。

6）總地線的接法。總地線必須嚴格按照高頻、中頻、低頻的順序一級級地從弱電到強電連接。高頻部分最好采用大面積包圍式地線，以保證有好的屏蔽效果。

抗干擾

具有微處理器的電子系統，抗干擾和電磁兼容性是設計過程中必須考慮的問題，特別是對于時鐘頻率高、總線周期快的系統；含有大功率、大電流驅動電路的系統；含微弱模擬信號以及高精度A/D變換電路的系統。為增加系統抗電磁干擾能力應考慮采取以下措施：

1）選用時鐘頻率低的微處理器。只要控制器性能能夠滿足要求，時鐘頻率越低越好，低的時鐘可以有效降低噪聲和提高系統的抗干擾能力。由于方波中包含各種頻率成分，其高頻成分很容易成為噪聲源，一般情況下，時鐘頻率3倍的高頻噪聲是最具危險性的。

2）減小信號傳輸中的畸變。當高速信號（信號頻率高=上升沿和下降沿快的信號）在銅膜線上傳輸時，由于銅膜線電感和電容的影響，會使信號發(fā)生畸變，當畸變過大時，就會使系統工作不可靠。一般要求，信號在電路板上傳輸的銅膜線越短越好，過孔數目越少越好。典型值：長度不超過25cm，過孔數不超過2個。

3）減小信號間的交叉干擾。當一條信號線具有脈沖信號時，會對另一條具有高輸入阻抗的弱信號線產生干擾，這時需要對弱信號線進行隔離，方法是加一個接地的輪廓線將弱信號包圍起來，或者是增加線間距離，對于不同層面之間的干擾可以采用增加電源和地線層面的方法解決。

4）減小來自電源的噪聲。電源在向系統提供能源的同時，也將其噪聲加到所供電的系統中，系統中的復位、中斷以及其它一些控制信號最易受外界噪聲的干擾，所以，應該適當增加電容來濾掉這些來自電源的噪聲。

5）注意電路板與元器件的高頻特性。在高頻情況下，電路板上的銅膜線、焊盤、過孔、電阻、電容、接插件的分布電感和電容不容忽略。由于這些分布電感和電容的影響，當銅膜線的長度為信號或噪聲波長的1/20時，就會產生天線效應，對內部產生電磁干擾，對外發(fā)射電磁波。一般情況下，過孔和焊盤會產生0.6pF的電容，一個集成電路的封裝會產生2~6pF的電容，一個電路板的接插件會產生520mH的電感，而一個DIP-24插座有18nH的電感，這些電容和電感對低時鐘頻率的電路沒有任何影響，而對于高時鐘頻率的電路必須給予注意。

6）元件布置要合理分區(qū)。元件在電路板上排列的位置要充分考慮抗電磁干擾問題。原則之一就是各個元件之間的銅膜線要盡量的短，在布局上，要把模擬電路、數字電路和產生大噪聲的電路（繼電器、大電流開關等）合理分開，使它們相互之間的信號耦合最小。

7）處理好地線。按照前面提到的單點接地或多點接地方式處理地線。將模擬地、數字地、大功率器件地分開連接，再匯聚到電源的接地點。電路板以外的引線要用屏蔽線，對于高頻和數字信號，屏蔽電纜兩端都要接地，低頻模擬信號用的屏蔽線，一般采用單端接地。對噪聲和干擾非常敏感的電路或高頻噪聲特別嚴重的電路應該用金屬屏蔽罩屏蔽。

8）去耦電容。去耦電容以瓷片電容或多層陶瓷電容的高頻特性較好。設計電路板時，每個集成電路的電源和地線之間都要加一個去耦電容。去耦電容有兩個作用，一方面是本集成電路的儲能電容，提供和吸收該集成電路開門和關門瞬間的充放電電能，另一方面，旁路掉該器件產生的高頻噪聲。數字電路中典型的去耦電容為0.1μF，這樣的電容有5nH的分布電感，可以對10MHz以下的噪聲有較好的去耦作用。一般情況下，選擇0.01~0.1μF的電容都可以。

一般要求沒10片左右的集成電路增加一個10μF的充放電電容。另外，在電源端、電路板的四角等位置應該跨接一個10~100μF的電容。高頻布線