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PCB设计

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在高速设计中,可控阻抗板和线路的特性阻抗是最重要和最普遍的问题之一。首先了解一下传输线的定义:传输线由两个具有一定长度的导体组成,一个导体用来发送信号,另一个用来接收信号(切记“回路”取代“地”的概念)。在一个多层板中,每一条线路都是传输线的组成部分,邻近的参考平面可作为第二条线路或回路。一条线路成为“性能良好”传输线的关键是使它的特性阻抗在整个线路中保持恒定。
  线路板成为“可控阻抗板”的关键是使所有线路的特性阻抗满足一个规定值,通常在25欧姆和70欧姆之间。在多层线路板中,传输线性能良好的关键是使它的特性阻抗在整条线路中保持恒定。
  但是,究竟什么是特性阻抗?理解特性阻抗最简单的方法是看信号在传输中碰到了什么。当沿着一条具有同样横截面传输线移动时,这类似图1所示的微波传输。假定把1伏特的电压阶梯波加到这条传输线中,如把1伏特的电池连接到传输线的前端(它位于发送线路和回路之间),一旦连接,这个电压波信号沿着该线以光速传播,它的速度通常约为6英寸/纳秒。当然,这个信号确实是发送线路和回路之间的电压差,它可以从发送线路的任何一点和回路的相临点来衡量。图2是该电压信号的传输示意图。
  Zen的方法是先“产生信号”,然后沿着这条传输线以6英寸/纳秒的速度传播。第一个0.01纳秒前进了0.06英寸,这时发送线路有多余的正电荷,而回路有多余的负电荷,正是这两种电荷差维持着这两个导体之间的1伏电压差,而这两个导体又组成了一个电容器。
  在下一个0.01纳秒中,又要将一段0.06英寸传输线的电压从0调整到1伏特,这必须加一些正电荷到发送线路,而加一些负电荷到接收线路。每移动0.06英寸,必须把更多的正电荷加到发送线路,而把更多的负电荷加到回路。每隔0.01纳秒,必须对传输线路的另外一段进行充电,然后信号开始沿着这一段传播。电荷来自传输线前端的电池,当沿着这条线移动时,就给传输线的连续部分充电,因而在发送线路和回路之间形成了1伏特的电压差。每前进0.01纳秒,就从电池中获得一些电荷(±Q),恒定的时间间隔(±t)内从电池中流出的恒定电量(±Q)就是一种恒定电流。流入回路的负电流实际上与流出的正电流相等,而且正好在信号波的前端,交流电流通过上、下线路组成的电容,结束整个循环过程。
  PCB(Printed Circuit Board)印刷电路板的缩写
  具体方法如下
  1. 目的和作用
  1.1 规范设计作业,提高生产效率和改善产品的质量 。
  2. 适用范围
  1.1 XXX 公司开发部的VCD超级VCDDVD音响等产品 。
  3. 责 任 。态度
  3.1 XXX 开发部的所有电子工程师、技术员及电脑绘图员等 。
  4. 资历和培 训
  4.1 有电子技术基础;
  4.2 有电脑基本操作常识;
  4.3 熟悉利用电脑PCB 绘图软件.
  5. 工作指导(有长度单位为MM)
  5.1 铜箔最小线宽:面板0.3MM,面板0.2MM 边缘铜箔最小要1.0MM
  5.2 铜箔最小间隙:面板:0.3MM,面板:0.2MM.
  5.3 铜箔与板边最小距离为0.55MM,元件与板边最小距离为5.0MM,盘与板边最小距离为4.0MM
  5.4 一般通孔安装元件的焊盘的大小(径)孔径的两倍,双面板最小1..5MM,单面板最小为2.0MM,议(2.5MM)如果不能用圆形焊盘,用腰圆形焊盘,小如下图所示(如有标准元件库,
  则以标准元件库为准)
  焊盘长边、短边与孔的关系为 :
  5.5 电解电容不可触及发热元件,大功率电阻,敏电阻,压器, 热器等.解电容与散热器的间隔最小为10.0MM,它元件到散热器的间隔最小为2.0MM.
  5.6 大型元器件(如:变压器、直径15.0MM 以上的电解电容、大电流的插座等)加大铜箔及上锡面积如下图;阴影部分面积肥最小要与焊盘面积相等 。
  5.7 螺丝孔半径5.0MM 内不能有铜箔(要求接地外)元件.(按结构图要求).
  5.8 上锡位不能有丝印油.
  5.9 焊盘中心距小于2.5MM 的,相邻的焊盘周边要有丝印油包裹,印油宽度为0.2MM(议0.5MM).
  5.10 跳线不要放在IC 下面或马达、电位器以及其它大体积金属外壳的元件下.
  5.11 在大面积PCB设计中(约超过500CM2 以上),防止过锡炉时PCB 板弯曲,在PCB 板中间留一条5 至10MM 宽的空隙不放元器件(走线),用来在过锡炉时加上防止PCB 板弯曲的压条,下图的阴影区::
  5.12 每一粒三极管必须在丝印上标出e,c,b 脚.
  5.13 需要过锡炉后才焊的元件,盘要开走锡位,向与过锡方向相反,度视孔的大小为0.5MM 到1.0MM如下图 :
  5.14 设计双面板时要注意,金属外壳的元件,插件时外壳与印制板接触的,顶层的焊盘不可开,一定要用绿油或丝印油盖住(例如两脚的晶振)。
  5.15 为减少焊点短路,所有的双面印制板,过孔都不开绿油窗。
  5.16 每一块PCB 上都必须用实心箭头标出过锡炉的方向:
  5.17 孔洞间距离最小为1.25MM(双面板无效)
  5.18 布局时,DIP 封装的IC 摆放的方向必须与过锡炉的方向成垂直,不可平行,如下图;如果布局上有困难,可允许水平放置IC (OP 封装的IC 摆放方向与DIP 相反)。
  5.19 布线方向为水平或垂直,由垂直转入水平要走45 度进入。
  5.20 元件的安放为水平或垂直。
  5.21 丝印字符为水平或右转90 度摆放。
  5.22 若铜箔入圆焊盘的宽度较圆焊盘的直径小时,则需加泪滴。如图 :
  5.23 物料编码和设计编号要放在板的空位上。
  5.24 把没有接线的地方合理地作接地或电源用 。
  5.25 布线尽可能短,特别注意时钟线、低电平信号线及所有高频回路布线要更短。
  5.26 模拟电路及数字电路的地线及供电系统要完全分开 。
  5.27 如果印制板上有大面积地线和电源线区(面积超过500 平方毫米),应局部开窗口。如图 :
  5.28 电插印制板的定位孔规定如下,阴影部分不可放元件,手插元件除外,L 的范围是50 330mm,H的范围是50 250mm,果小于50X50 则要拼板开模方可电插,如果超过330X250 则改为手插板。定位孔需在长边上。
  PCB设计基本概念
  1)尽量少用过
  孔,一旦选用了过孔,务必处理好它与周边各实体的间隙,特别是容易被忽视的中间各层与过孔不相连的线与过孔的间隙,如果是自动布线,可在“过孔数量最小化” ( Via Minimiz8tion)子菜单里选择“on”项来自动解决。(2)需要的载流量越大,所需的过孔尺寸越大,如电源层和地层与其它层联接所用的过孔就要大一些。
  3、丝印层(Overlay)
  为方便电路的安装和维修等,在印刷板的上下两表面印刷上所需要的标志图案和文字代号等,例如元件标号和标称值、元件外廓形状和厂家标志、生产日期等等。不少初学者设计丝印层的有关内容时,只注意文字符号放置得整齐美观,忽略了实际制出的PCB效果。他们设计的印板上,字符不是被元件挡住就是侵入了助焊区域被抹赊,还有的把元件标号打在相邻元件上,如此种种的设计都将会给装配和维修带来很大不便。正确的丝印层字符布置原则是:”不出歧义,见缝插针,美观大方”。
  4、SMD的特殊性
  Protel封装库内有大量SMD封装,即表面焊装器件。这类器件除体积小巧之外的最大特点是单面分布元引脚孔。因此,选用这类器件要定义好器件所在面,以免“丢失引脚(Missing Plns)”。另外,这类元件的有关文字标注只能随元件所在面放置。
  5、网格状填充区(External Plane )和填充区(Fill)
  正如两者的名字那样,网络状填充区是把大面积的铜箔处理成网状的,填充区仅是完整保留铜箔。初学者设计过程中在计算机上往往看不到二者的区别,实质上,只要你把图面放大后就一目了然了。正是由于平常不容易看出二者的区别,所以使用时更不注意对二者的区分,要强调的是,前者在电路特性上有较强的抑制高频干扰的作用,适用于需做大面积填充的地方,特别是把某些区域当做屏蔽区、分割区或大电流的电源线时尤为合适。后者多用于一般的线端部或转折区等需要小面积填充的地方。
  6、焊盘( Pad)
  焊盘是PCB设计中最常接触也是最重要的概念,但初学者却容易忽视它的选择和修正,在设计中千篇一律地使用圆形焊盘。选择元件的焊盘类型要综合考虑该元件的形状、大小、布置形式、振动和受热情况、受力方向等因素。Protel在封装库中给出了一系列不同大小和形状的焊盘,如圆、方、八角、圆方和定位用焊盘等,但有时这还不够用,需要自己编辑。例如,对发热且受力较大、电流较大的焊盘,可自行设计成“泪滴状”,在大家熟悉的彩电PCB的行输出变压器引脚焊盘的设计中,不少厂家正是采用的这种形式。一般而言,自行编辑焊盘时除了以上所讲的以外,还要考虑以下原则:
  (1)形状上长短不一致时要考虑连线宽度与焊盘特定边长的大小差异不能过大;
  (2)需要在元件引角之间走线时选用长短不对称的焊盘往往事半功倍;
  (3)各元件焊盘孔的大小要按元件引脚粗细分别编辑确定,原则是孔的尺寸比引脚直径大0.2- 0.4毫米。
  7、各类膜(Mask)
  这些膜不仅是PcB制作工艺过程中必不可少的,而且更是元件焊装的必要条件。按“膜”所处的位置及其作用,“膜”可分为元件面(或焊接面)助焊膜(TOp or Bottom 和元件面(或焊接面)阻焊膜(TOp or BottomPaste Mask)两类。 顾名思义,助焊膜是涂于焊盘上,提高可焊性能的一层膜,也就是在绿色板子上比焊盘略大的各浅色圆斑。阻焊膜的情况正好相反,为了使制成的板子适应波峰焊等焊接形式,要求板子上非焊盘处的铜箔不能粘锡,因此在焊盘以外的各部位都要涂覆一层涂料,用于阻止这些部位上锡。可见,这两种膜是一种互补关系。由此讨论,就不难确定菜单中
  类似“solder Mask En1argement”等项目的设置了。
  8、飞线,飞线有两重含义:
  (1)自动布线时供观察用的类似橡皮筋的网络连线,在通过网络表调入元件并做了初步布局后,用“Show 命令就可以看到该布局下的网络连线的交叉状况,不断调整元件的位置使这种交叉最少,以获得最大的自动布线的布通率。这一步很重要,可以说是磨刀不误砍柴功,多花些时间,值!另外,自动布线结束,还有哪些网络尚未布通,也可通过该功能来查找。找出未布通网络之后,可用手工补偿,实在补偿不了就要用到“飞线”的第二层含义,就是在将来的印板上用导线连通这些网络。要交待的是,如果该电路板是大批量自动线生产,可将这种飞线视为0欧阻值、具有统一焊盘间距的电阻元
  件来进行设计.
  印刷电路板(Printed circuit board,PCB)几乎会出现在每一种电子设备当中。如果在某样设备中有电子零件,那么它们也都是镶在大小各异的PCB上。除了固定各种小零件外,PCB的主要功能是提供上头各项零件的相互电气连接。随着电子设备越来越复杂,需要的零件越来越多,PCB上头的线路与零件也越来越密集了。 标准的PCB长得就像这样。裸板(上头没有零件)也常被称为「印刷线路板Printed Wiring Board(PWB)」。
  板子本身的基板是由绝缘隔热、并不易弯曲的材质所制作成。在表面可以看到的细小线路材料是铜箔,原本铜箔是覆盖在整个板子上的,而在制造过程中部份被蚀刻处理掉,留下来的部份就变成网状的细小线路了。这些线路被称作导线(conductor pattern)或称布线,并用来提供PCB上零件的电路连接。
  为了将零件固定在PCB上面,我们将它们的接脚直接焊在布线上。在最基本的PCB(单面板)上,零件都集中在其中一面,导线则都集中在另一面。这么一来我们就需要在板子上打洞,这样接脚才能穿过板子到另一面,所以零件的接脚是焊在另一面上的。因为如此,PCB的正反面分别被称为零件面(Component Side)与焊接面(Solder Side)。
  如果PCB上头有某些零件,需要在制作完成后也可以拿掉或装回去,那么该零件安装时会用到插座(Socket)。由于插座是直接焊在板子上的,零件可以任意的拆装。下面看到的是ZIF(Zero Insertion Force,零拨插力式)插座,它可以让零件(这里指的是CPU)可以轻松插进插座,也可以拆下来。插座旁的固定杆,可以在您插进零件后将其固定。
  如果要将两块PCB相互连结,一般我们都会用到俗称「金手指」的边接头(edge connector)。金手指上包含了许多裸露的铜垫,这些铜垫事实上也是PCB布线的一部份。通常连接时,我们将其中一片PCB上的金手指插进另一片PCB上合适的插槽上(一般叫做扩充槽Slot)。在计算机中,像是显示卡,声卡或是其它类似的界面卡,都是借着金手指来与主机板连接的。
  PCB上的绿色或是棕色,是阻焊漆(solder mask)的颜色。这层是绝缘的防护层,可以保护铜线,也可以防止零件被焊到不正确的地方。在阻焊层上另外会印刷上一层丝网印刷面(silk screen)。通常在这上面会印上文字与符号(大多是白色的),以标示出各零件在板子上的位置。丝网印刷面也被称作图标面(legend)。
  在PCB设计中,其实在正式布线前,还要经过很漫长的步骤,以下就是PCB设计主要的流程:
  系统规格 首先要先规划出该电子设备的各项系统规格。包含了系统功能,成本限制,大小,运作情形等等。
  系统功能区块图 接下来必须要制作出系统的功能方块图。方块间的关系也必须要标示出来。
  将系统分割几个PCB 将系统分割数个PCB的话,不仅在尺寸上可以缩小,也可以让系统具有升级与交换零件的能力。系统功能方块图就提供了我们分割的依据。像是计算机就可以分成主机板、显示卡、声卡、软盘驱动器和电源等等。
  决定使用封装方法,和各PCB的大小 当各PCB使用的技术和电路数量都决定好了,接下来就是决定板子的大小了。如果PCB设计的过大,那么封装技术就要改变,或是重新作分割的动作。在选择技术时,也要将线路图的品质与速度都考量进去。



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pcb设计    PCB抄板    

参考资料
http://baike.baidu.com/view/136829.html?tp=4_01

贡献者
葱爆羊肉    


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