PCB設計原則總結

2022-03-11 13:36:00 字數 4790 閱讀 2470

pcb設計的一些原則及protel dxp的一些操作總結

用protel 電路板設計的一般原則

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、佈線、焊盤、填充、跨接線等。

電路板一般用敷銅層壓板製成,板層選用時要從電氣效能、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、敷銅環氧紙質層壓板、敷銅環氧玻璃布層壓板、敷銅環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氧玻璃布等。不同材料的層壓板有不同的特點。

環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。

在要求阻燃的電子裝置上,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、抗雜訊能力考慮,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。 電路板的製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,在禁止佈線層中指定的佈線範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,當電路板的尺寸大於 200mm×150mm 時,應該考慮電路板的機械強度。 總之,應該綜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引數和相互之間的電磁干擾,易受干擾的元件不能離得太近。隸屬於輸入和隸屬於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生,一般要求 2000v 電位差之間的銅膜線距離應該大於 2mm,若對於更高的電位差,距離還應該加大。

帶有高電壓的器件,應該盡量布置在除錯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,而對於又大又重、發熱量多的元件,不宜安裝在電路板上。

4)發熱與熱敏元件:注意發熱元件應該遠離熱敏元件。

5)可以調節的元件:對於電位器、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,應該放在電路板上容易調節的地方,若是機外調節,其位置要與調節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佈線的。

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,訊號從左邊進入、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,使訊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線。

數位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於板厚,這是由於在大批量生產中進行流水線外掛程式和進行波峰焊時,要提供給導軌槽使用,同時也是防止由於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、開關和連線外掛程式等。 再放置特殊元件,例如發熱元件、變壓器、積體電路等。 最後放置小組件,例如電阻、電容、二極體等。

佈線的規則如下:

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佈線密度高的情況下會影響電氣效能。

當雙面板佈線時,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於生產為準則,它的最小值取決於流過它的電流,但是一般不宜小於 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於 1mm 的線寬。在積體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。

注意公制和英製之間的轉換,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,同時為了便於生產,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。在佈線密度低的情況下,間距應該盡可能的大。

4)遮蔽與接地: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,這樣可以使遮蔽能力增強。

另外地線的形狀最好作成環路或網格狀。多層電路板由於採用內層做電源和地線專用層,因而可以起到更好的遮蔽作用效果。

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,可採用方形焊盤。

對於孔直徑小於 0.4mm 的焊盤,焊盤外徑/焊盤孔直徑=0.5~3。

對於孔直徑大於 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

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於 1mm,這樣可以避免加工時導致焊盤缺損。

2)焊盤補淚滴,當與焊盤連線的銅膜線較細時,要將焊盤與銅膜線之間的連線設計成淚滴狀,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,乙個是散熱,另乙個是用遮蔽減少干擾,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,後者使填充為網格狀。 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並可連接地線。

跨接線在單面電路板的設計中,當有些銅膜無法連線時,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,並用作電路中其它各點的公共參考點,在實際電路中由於地線(銅膜線)阻抗的存在,必然會帶來共阻抗干擾,因此在佈線時,不能將具有地線符號的點隨便連線在一起,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乙個電子系統中,地線分為系統地、機殼地(遮蔽地)、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,訊號頻率小於 1mhz,佈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,所以應該採用單點接地法。 當訊號的頻率大於 10mhz 時,地線電感的影響較大,所以宜採用就近接地的多點接地法。

當訊號頻率在 1~10mhz 之間時,如果採用單點接地法,地線長度不應該超過波長的 1/20,否則應該採用多點接地。

2)數字地和模擬地分開。電路板上既有數位電路,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線(最好電源端也分別連線)。要盡量加大線性電路的面積。

一般數位電路的抗干擾能力強,ttl 電路的雜訊容限為 0.4~0.6v,cmos 數位電路的雜訊容限為電源電壓的 0.

3~0.45 倍,而模擬電路部分只要有微伏級的雜訊,就足以使其工作不正常。所以兩類電路應該分開布局和佈線。

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,導致電子系統的訊號受到干擾,特別是模擬電路部分,因此地線應該盡量寬,一般以大於 3mm 為宜。

4)將接地線構成閉環。當電路板上只有數位電路時,應該使地線形成環路,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積體電路時,若地線很細,會引起較大的接地電位差,而環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,並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線。高頻部分最好採用大面積包圍式地線,以保證有好的遮蔽效果。

抗干擾具有微處理器的電子系統,抗干擾和電磁相容性是設計過程中必須考慮的問題,特別是對於時鐘頻率高、匯流排週期快的系統;含有大功率、大電流驅動電路的系統;含微弱模擬訊號以及高精度 a/d 變換電路的系統。為增加系統抗電磁干擾能力應考慮採取以下措施:

1)選用時鐘頻率低的微處理器。只要控制器效能能夠滿足要求,時鐘頻率越低越好,低的時鐘可以有效降低雜訊和提高系統的抗干擾能力。由於方波中包含各種頻率成分,其高頻成分很容易成為雜訊源,一般情況下,時鐘頻率 3 倍的高頻雜訊是最具危險性的。

2)減小訊號傳輸中的畸變。當高速訊號(訊號頻率高=上公升沿和下降沿快的訊號)在銅膜線上傳輸時,由於銅膜線電感和電容的影響,會使訊號發生畸變,當畸變過大時,就會使系統工作不可靠。一般要求,訊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。

總結pcb設計規則

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