電路板繪制經(jīng)驗

一、印制板設計要求

1、正確

這是印制板設計最基本、最重要的要求，準確實現(xiàn)電原理圖的連接關系，避免出現(xiàn)“短路”和“斷路”這兩個簡單而致命的錯誤。這一基本要求在手工設計和用簡單CAD軟件設計的PCB中并不容易做到，一般的產(chǎn)品都要經(jīng)過兩輪以上試制修改，功能較強的CAD軟件則有檢驗功能，可以保證電氣連接的正確性。

2、可靠

這是PCB 設計中較高一層的要求。連接正確的電路板不一定可靠性好，例如板材選擇不合理，板厚及安裝固定不正確，元器件布局布線不當?shù)榷伎赡軐е翽CB不能可靠地工作，早期失效甚至根本不能正確工作。再如多層板和單、雙面板相比，設計時要容易得多，但就可靠而言卻不如單、雙面板。從可靠性的角度講，結(jié)構(gòu)越簡單，使用面越小，板子層數(shù)越少，可靠性越高。

3、合理

這是PCB 設計中更深一層，更不容易達到的要求。一個印制板組件，從印制板的制造、檢驗、裝配、調(diào)試到整機裝配、調(diào)試，直到使用維修，無不與印制板的合理與否息息相關，例如板子形狀選得不好加工困難，引線孔太小裝配困難，沒留試點高度困難，板外連接選擇不當維修困難等等。每一個困難都可能導致成本增加，工時延長。而每一個造成困難的原因都源于設計者的失誤。沒有絕對合理的設計，只有不斷合理化的過程。它需要設計者的責任心和嚴謹?shù)淖黠L，以及實踐中為斷總結(jié)、提高的經(jīng)驗。

4、經(jīng)濟

這是一個不難達到、又不易達到，但必須達到的目標。說“不難”，板材選低價，板子尺寸盡量小，連接用直焊導線，表面涂覆用最便宜的，選擇價格最低的加工廠等等，印制板制造價格就會下降。但是不要忘記，這些廉價的選擇可能造成工藝性，可靠性變差，使制造費用、維修費用上升，總體經(jīng)濟性不一定分理處，因此說“不易”。“必須”則是市場競爭的原則。競爭是無情的，一個原理先進，技術高新的產(chǎn)品可能因為經(jīng)濟性原因夭折。

體會：

1、要有合理的走向：如輸入/輸出，交流/直流，強/弱信號，高頻/低頻，高壓/低壓等，它們的走向應該是呈線形的(或分離)，不得相互交融。其目的是防止相互干擾。最好的走向是按直線，但一般不易實現(xiàn)，最不利的走向是環(huán)形，所幸的是可以設隔離帶來改善。對于是直流，小信號，低電壓PCB設計的要求可以低些。所以“合理”是相對的。

2、選擇好接地點：小小的接地點不知有多少工程技術人員對它做過多少論述，足見其重要性。一般情況下要求共點地，如：前向放大器的多條地線應匯合后再與干線地相連等等?，F(xiàn)實中，因受各種限制很難完全辦到，但應盡力遵循。這個問題在實際中是相當靈活的。每個人都有自己的一套解決方案。如能針對具體的電路板來解釋就容易理解。

3、合理布置電源濾波/退耦電容：一般在原理圖中僅畫出若干電源濾波/退耦電容，但未指出它們各自應接于何處。其實這些電容是為開關器件(門電路)或其它需要濾波/退耦的部件而設置的，布置這些電容就應盡量靠近這些元部件，離得太遠就沒有作用了。有趣的是，當電源濾波/退耦電容布置的合理時，接地點的問題就顯得不那么明顯。

4、線條有講究：有條件做寬的線決不做細;高壓及高頻線應園滑，不得有尖銳的倒角，拐彎也不得采用直角。地線應盡量寬，最好使用大面積敷銅，這對接地點問題有相當大的改善。

5、有些問題雖然發(fā)生在后期制作中，但卻是PCB設計中帶來的，它們是：過線孔太多，沉銅工藝稍有不慎就會埋下隱患。所以，設計中應盡量減少過線孔。同向并行的線條密度太大，焊接時很容易連成一片。所以，線密度應視焊接工藝的水平來確定。 焊點的距離太小，不利于人工焊接，只能以降低工效來解決焊接質(zhì)量。否則將留下隱患。所以，焊點的最小距離的確定應綜合考慮焊接人員的素質(zhì)和工效。焊盤或過線孔尺寸太小，或焊盤尺寸與鉆孔尺寸配合不當。前者對人工鉆孔不利，后者對數(shù)控鉆孔不利。容易將焊盤鉆成“c”形，重則鉆掉焊盤。導線太細，而大面積的未布線區(qū)又沒有設置敷銅，容易造成腐蝕不均勻。即當未布線區(qū)腐蝕完后，細導線很有可能腐蝕過頭，或似斷非斷，或完全斷。所以，設置敷銅的作用不僅僅是增大地線面積和抗干擾。

二、Protel 打印設置

SCH的打印設置較簡單，在Margins的Top Bottom Left Right內(nèi)全填上0然后點擊Refresh,這樣就能最大范圍的占用頁面，使打印出的SCH圖更大些。

PCB的設置：打開File>Setup Printer…進行打印前的設置。

在彈出的Printer Setup菜單中，要先選擇您的打印機：最先幾個是默認的打印機，后面兩個是我們安裝了的打印機，(我的機子上是這樣)兩個中一個后綴為Final，一個是Composite，前一個的意思是打印機一次只打印一個層(不管您選了幾個層，只是分幾次打印而已)，后一個是一次打印所有你選中的層面，根據(jù)需要自己選擇!下一步：點擊下方的Options按鈕，進行屬性設置。假設我們選final然后進入Options進行設置，進入后的選項一般不用動，Scale為打印比例，默認的為1:1，如果想滿頁打印，就將那個小框打上鉤，哦!右邊的Show Hole蠻重要，選中他就可以把電路板上的孔打印出來(做光刻板就要選這個，有幫助)，好了，點擊Setup進行紙張大小設置就完成了打印機 Options。還沒完呢!麻煩把!回到選打印機屬性的對話框，選擇Layers，進行打印層的設置，進去以后，看見了吧!是不是很熟悉呢!根據(jù)自己需要選擇吧。

三、常用的PCB庫文件

1.librarypcbconnectors目錄下的元件數(shù)據(jù)庫所含的元件庫含有絕大部分接插件元件的PCB封裝

1).D type connectors.ddb,含有并口，串口類接口元件的封裝

2).headers.ddb:含有各種插頭元件的封裝

2.librarypcbgeneric footprints目錄下的數(shù)據(jù)庫所含的元件庫含有絕大部分的普通元件的PCB封狀

1).general ic.ddb,含有CFP，DIP，JEDECA，LCC，DFP，ILEAD，SOCKET，PLCC系列以及表面貼裝電阻，電容等元件封裝

2).international rectifiers.ddb,含有IR公司的整流橋，二極管等常用元件的封裝

3).Miscellaneous.ddb,含有電阻，電容，二極管等的封裝

4).PGA.ddb,含有PGA封裝

5).Transformers.ddb,含有變壓器元件的封裝

6).Transistors.ddb含有晶體管元件的封裝

3.librarypcbIPC footprints目錄下的元件數(shù)據(jù)庫所含的元件庫中有絕大部分的表面帖裝元件的封裝

四、PCB及電路抗干擾措施

印制電路板的抗干擾設計與具體電路有著密切的關系，這里僅就PCB抗干擾設計的幾項常用措施做一些說明。

1.電源線設計

根據(jù)印制線路板電流的大小，盡量加租電源線寬度，減少環(huán)路電阻。同時、使電源線、地線的走向和數(shù)據(jù)傳遞的方向一致，這樣有助于增強抗噪聲能力。

2.地線設計的原則

(1)數(shù)字地與模擬地分開。若線路板上既有邏輯電路又有線性電路，應使它們盡量分開。低頻電路的地應盡量采用單點并聯(lián)接地，實際布線有困難時可部分串聯(lián)后再并聯(lián)接地。高頻電路宜采用多點串聯(lián)接地，地線應短而租，高頻元件周圍盡量用柵格狀大面積地箔。

(2)接地線應盡量加粗。若接地線用很紉的線條，則接地電位隨電流的變化而變化，使抗噪性能降低。因此應將接地線加粗，使它能通過三倍于印制板上的允許電流。如有可能，接地線應在2~3mm以上。

(3)接地線構(gòu)成閉環(huán)路。只由數(shù)字電路組成的印制板，其接地電路布成團環(huán)路大多能提高抗噪聲能力。

3.退藕電容配置

PCB設計的常規(guī)做法之一是在印制板的各個關鍵部位配置適當?shù)耐伺弘娙?。退藕電容的一般配置原則是：

(1)電源輸入端跨接10~100uf的電解電容器。如有可能，接100uF以上的更好。

(2)原則上每個集成電路芯片都應布置一個0.01pF的瓷片電容，如遇印制板空隙不夠，可每4~8個芯片布置一個1~10pF的鉭電容。

(3)對于抗噪能力弱、關斷時電源變化大的器件，如RAM、ROM存儲器件，應在芯片的電源線和地線之間直接接入退藕電容。

(4)電容引線不能太長，尤其是高頻旁路電容不能有引線。

(5)在印制板中有接觸器、繼電器、按鈕等元件時.操作它們時均會產(chǎn)生較大火花放電，必須采用RC電路來吸收放電電流。一般R取1~2K，C取2.2~47UF。

(6) CMOS的輸入阻抗很高，且易受感應，因此在使用時對不用端要接地或接正電源。

五、PCB布線原則

在PCB設計中，布線是完成產(chǎn)品設計的重要步驟，可以說前面的準備工作都是為它而做的，在整個PCB中，以布線的設計過程限定最高，技巧最細、工作量最大。PCB布線有單面布線、 雙面布線及多層布線。布線的方式也有兩種：自動布線及交互式布線，在自動布線之前，可以用交互式預先對要求比較嚴格的線進行布線，輸入端與輸出端的邊線應避免相鄰平行， 以免產(chǎn)生反射干擾。必要時應加地線隔離，兩相鄰層的布線要互相垂直，平行容易產(chǎn)生寄生耦合。

自動布線的布通率，依賴于良好的布局，布線規(guī)則可以預先設定， 包括走線的彎曲次數(shù)、導通孔的數(shù)目、步進的數(shù)目等。一般先進行探索式布經(jīng)線，快速地把短線連通，然后進行迷宮式布線，先把要布的連線進行全局的布線路徑優(yōu)化，它可以根據(jù)需要斷開已布的線。 并試著重新再布線，以改進總體效果。

對目前高密度的PCB設計已感覺到貫通孔不太適應了， 它浪費了許多寶貴的布線通道，為解決這一矛盾，出現(xiàn)了盲孔和埋孔技術，它不僅完成了導通孔的作用，還省出許多布線通道使布線過程完成得更加方便，更加流暢，更為完善，PCB 板的設計過程是一個復雜而又簡單的過程，要想很好地掌握它，還需廣大電子工程設計人員去自已體會，才能得到其中的真諦。

1 、電源、地線的處理

既使在整個PCB板中的布線完成得都很好，但由于電源、 地線的考慮不周到而引起的干擾，會使產(chǎn)品的性能下降，有時甚至影響到產(chǎn)品的成功率。所以對電源、地線的布線要認真對待，把電源、地線所產(chǎn)生的噪音干擾降到最低限度，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量。

對每個從事電子產(chǎn)品設計的工程人員來說都明白地線與電源線之間噪音所產(chǎn)生的原因，現(xiàn)只對降低式抑制噪音作以表述：

眾所周知的是在電源、地線之間加上去耦電容。

盡量加寬電源、地線寬度，最好是地線比電源線寬，它們的關系是：地線>電源線>信號線，通常信號線寬為：0.2～0.3mm,最經(jīng)細寬度可達0.05～0.07mm,電源線為1.2～2.5 mm

對數(shù)字電路的PCB可用寬的地導線組成一個回路, 即構(gòu)成一個地網(wǎng)來使用(模擬電路的地不能這樣使用)

用大面積銅層作地線用,在印制板上把沒被用上的地方都與地相連接作為地線用?；蚴亲龀啥鄬影?，電源，地線各占用一層。

2、數(shù)字電路與模擬電路的共地處理

現(xiàn)在有許多PCB不再是單一功能電路(數(shù)字或模擬電路)，而是由數(shù)字電路和模擬電路混合構(gòu)成的。因此在布線時就需要考慮它們之間互相干擾問題，特別是地線上的噪音干擾。

數(shù)字電路的頻率高，模擬電路的敏感度強，對信號線來說，高頻的信號線盡可能遠離敏感的模擬電路器件，對地線來說，整人PCB 對外界只有一個結(jié)點，所以必須在PCB內(nèi)部進行處理數(shù)、模共地的問題，而在板內(nèi)部數(shù)字地和模擬地實際上是分開的它們之間互不相連，只是在PCB與外界連接的接口處(如插頭等)。數(shù)字地與模擬地有一點短接，請注意，只有一個連接點。也有在PCB上不共地的，這由系統(tǒng)設計來決定。

3、信號線布在電(地)層上

在多層印制板布線時，由于在信號線層沒有布完的線剩下已經(jīng)不多，再多加層數(shù)就會造成浪費也會給生產(chǎn)增加一定的工作量，成本也相應增加了，為解決這個矛盾，可以考慮在電(地)層上進行布線。首先應考慮用電源層，其次才是地層。因為最好是保留地層的完整性。

4、大面積導體中連接腿的處理

在大面積的接地(電)中，常用元器件的腿與其連接，對連接腿的處理需要進行綜合的考慮，就電氣性能而言，元件腿的焊盤與銅面滿接為好，但對元件的焊接裝配就存在一些不良隱患如：①焊接需要大功率加熱器。②容易造成虛焊點。所以兼顧電氣性能與工藝需要，做成十字花焊盤，稱之為熱隔離(heat shield)俗稱熱焊盤(Thermal)，這樣，可使在焊接時因截面過分散熱而產(chǎn)生虛焊點的可能性大大減少。多層板的接電(地)層腿的處理相同。

5、布線中網(wǎng)絡系統(tǒng)的作用

在許多CAD系統(tǒng)中，布線是依據(jù)網(wǎng)絡系統(tǒng)決定的。網(wǎng)格過密，通路雖然有所增加，但步進太小，圖場的數(shù)據(jù)量過大，這必然對設備的存貯空間有更高的要求，同時也對象計算機類電子產(chǎn)品的運算速度有極大的影響。而有些通路是無效的，如被元件腿的焊盤占用的或被安裝孔、定們孔所占用的等。網(wǎng)格過疏，通路太少對布通率的影響極大。所以要有一個疏密合理的網(wǎng)格系統(tǒng)來支持布線的進行。

標準元器件兩腿之間的距離為0.1英寸(2.54mm),所以網(wǎng)格系統(tǒng)的基礎一般就定為0.1英寸(2.54 mm)或小于0.1英寸的整倍數(shù)，如：0.05英寸、0.025英寸、0.02英寸等。

6、設計規(guī)則檢查(DRC)

布線設計完成后，需認真檢查布線設計是否符合設計者所制定的規(guī)則，同時也需確認所制定的規(guī)則是否符合印制板生產(chǎn)工藝的需求，一般檢查有如下幾個方面：

線與線，線與元件焊盤，線與貫通孔，元件焊盤與貫通孔，貫通孔與貫通孔之間的距離是否合理，是否滿足生產(chǎn)要求。

電源線和地線的寬度是否合適，電源與地線之間是否緊耦合(低的波阻抗)?在PCB中是否還有能讓地線加寬的地方。

對于關鍵的信號線是否采取了最佳措施，如長度最短，加保護線，輸入線及輸出線被明顯地分開。

模擬電路和數(shù)字電路部分，是否有各自獨立的地線。

后加在PCB中的圖形(如圖標、注標)是否會造成信號短路。

對一些不理想的線形進行修改。

在PCB上是否加有工藝線?阻焊是否符合生產(chǎn)工藝的要求，阻焊尺寸是否合適，字符標志是否壓在器件焊盤上，以免影響電裝質(zhì)量。

多層板中的電源地層的外框邊緣是否縮小，如電源地層的銅箔露出板外容易造成短路。

六、關于濾波

濾波技術是抑制干擾的一種有效措施，尤其是在對付開關電源EMI信號的傳導干擾和某些輻射干擾方面，具有明顯的效果。

任何電源線上傳導干擾信號，均可用差模和共模干擾信號來表示。

差模干擾在兩導線之間傳輸，屬于對稱性干擾;共模干擾在導線與地(機殼)之間傳輸，屬于非對稱性干擾。在一般情況下，差模干擾幅度小、頻率低、所造成的干擾較小，共模干擾幅度大、頻率高，還可以通過導線產(chǎn)生輻射，所造成的干擾較大。因此，欲削弱傳導干擾，把EMI信號控制在有關EMC標準規(guī)定的極限電平以下。除抑制干擾源以外，最有效的方法就是在開關源輸入和輸出電路中加裝EMI濾波器。一般設備的工作頻率約為10～50 kHz。EMC很多標準規(guī)定的傳導干擾電平的極限值都是從10 kHz算起。對開關電源產(chǎn)生的高頻段EMI信號，只要選擇相應的去耦電路或網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)較為簡單的EMI濾波器，就不難滿足符合EMC標準的濾波效果。

1 .1瞬態(tài)干擾

是指交流電網(wǎng)上出現(xiàn)的浪涌電壓、振鈴電壓、火花放電等瞬間干擾信號，其特點是作用時間極短，但電壓幅度高、瞬態(tài)能量大。瞬態(tài)干擾會造成單片開關電源輸出電壓的波動;當瞬態(tài)電壓疊加在整流濾波后的直流輸入電壓VI上，使VI超過內(nèi)部功率開關管的漏-源擊穿電壓V(BR)DS時，還會損壞TOPSwitch芯片，因此必須采用抑制措施。通常，靜電放電(ESD)和電快速瞬變脈沖群(EFT)對數(shù)字電路的危害甚于其對模擬電路的影響。靜電放電在5 — 200MHz的頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生強烈的射頻輻射。此輻射能量的峰值經(jīng)常出現(xiàn)在35MHz — 45MHz之間發(fā)生自激振蕩。許多I/O電纜的諧振頻率也通常在這個頻率范圍內(nèi)，結(jié)果，電纜中便串入了大量的靜電放電輻射能量。當電纜暴露在4 — 8kV靜電放電環(huán)境中時，I/O電纜終端負載上可以測量到的感應電壓可達到600V。這個電壓遠遠超出了典型數(shù)字的門限電壓值0.4V。典型的感應脈沖持續(xù)時間大約為400納秒。將I/O電纜屏蔽起來，且將其兩端接地，使內(nèi)部信號引線全部處于屏蔽層內(nèi)，可以將干擾減小60 — 70dB，負載上的感應電壓只有0.3V或更低。電快速瞬變脈沖群也產(chǎn)生相當強的輻射發(fā)射，從而耦合到電纜和機殼線路。電源線濾波器可以對電源進行保護。線 — 地之間的共模電容是抑制這種瞬態(tài)干擾的有效器件，它使干擾旁路到機殼，而遠離內(nèi)部電路。當這個電容的容量受到泄漏電流的限制而不能太大時，共模扼流圈必須提供更大的保護作用。這通常要求使用專門的帶中心抽頭的共模扼流圈，中心抽頭通過一只電容(容量由泄漏電流決定)連接到機殼。共模扼流圈通常繞在高導磁率鐵氧體芯上，其典型電感值為15 ～ 20mH。

1.2傳導的抑制

往往單純采用屏蔽不能提供完整的電磁干擾防護，因為設備或系統(tǒng)上的電纜才是最有效的干擾接收與發(fā)射天線。許多設備單臺做電磁兼容實驗時都沒有問題，但當兩臺設備連接起來以后，就不滿足電磁兼容的要求了，這就是電纜起了接收和輻射天線的作用。唯一的措施就是加濾波器，切斷電磁干擾沿信號線或電源線傳播的路徑，與屏蔽共同夠成完善的電磁干擾防護，無論是抑制干擾源、消除耦合或提高接收電路的抗能力，都可以采用濾波技術。針對不同的干擾，應采取不同的抑制技術，由簡單的線路清理，至單個元件的干擾抑制器、濾波器和變壓器，再至比較復雜的穩(wěn)壓器和凈化電源，以及價格昂貴而性能完善的不間斷電源，下面分別作簡要敘述。

1.3 專用線路

只要通過對供電線路的簡單清理就可以取得一定的干擾抑制效果。如在三相供電線路中認定一相作為干擾敏感設備的供電電源;以另一相作為外部設備的供電電源;再以一相作為常用測試儀器或其他輔助設備的供電電源。這樣的處理可避免設備間的一些相互干擾，也有利于三相平衡。值得一提的是在現(xiàn)代電子設備系統(tǒng)中，由于配電線路中非線性負載的使用，造成線路中諧波電流的存在，而零序分量諧波在中線里不能相互抵消，反而是疊加，因此過于纖細的中線會造成線路阻抗的增加，干擾也將增加。同時過細的中線還會造成中線過熱。