第一篇:PCB設計實驗報告
Protel 99SE原理圖與PCB設計的實驗報告
摘要:
Protel 99SE是一種基于Windows環境下的電路板設計軟件。該軟件功能強大,提供了原理圖設計、電路混合信號仿真、PCB圖設計、信號完整性分析等電子線路設計需要用的方法和工具,具有人機界面友好、管理文件靈活、易學易用等優點,因此,無論是進行社會生產,還是科研學習,都是人們首選的電路板設計工具。
我們在為期兩個星期的課程設計中只是初步通過學習和使用Protel 99SE軟件對一些單片機系統進行原理圖設計繪制和電路板的印制(PCB),來達到熟悉和掌握Protel 99SE軟件相關操作的學習目的。
在該課程設計報告中我主要闡述了關于原理圖繪制過程的步驟說明、自制原器件的繪制和封裝的添加以及根據原理圖設計PCB圖并進行了PCB圖的覆銅處理幾個方面。
關鍵字:
Protel 99SE
原理圖
封裝
PCB板
正文
一、課程設計的目的
通過本課程的實習,使學生掌握設計電路原理圖、制作電路原理圖元器件庫、電氣法則測試、管理設計文件、制作各種符合國家標準的印制電路板、制作印制板封裝庫的方法和實際應用技巧。主要包括以下內容:原理圖(SCH)設計系統;原理圖元件庫編輯;印制電路板(PCB)設計系統;印制電路板元件庫編輯。
二、課程設計的內容和要求 原理圖(SCH)設計系統(1)原理圖的設計步驟;(2)繪制電路原理圖;(3)文件管理;
(4)生成網絡表文件;(5)層次原理圖的設計。
基本要求:掌握原理圖的設計步驟,會繪制電路原理圖,利用原理圖生產網絡表,以達到檢查原理圖的正確性的目的;熟悉文件管理的方法和層次原理圖的設計方法。
原理圖元件庫編輯
(1)原理圖元件庫編輯器;
(2)原理圖元件庫繪圖工具和命令;(3)制作自己的元件庫。
基本要求:熟悉原理圖元件庫的編輯環境,熟練使用元件庫的常用工具和命令,會制自己的元件庫。
印制電路板(PCB)設計系統
(1)印制電路板(PCB)的布線流程;(2)設置電路板工作層面和工作參數;(3)元件布局;
(4)手動布線與自動布線;(5)電路板信息報表生成。基本要求:熟悉PCB布線的流程,熟練設置電路板的工作層面和參數,根據實際情況,規范的對元件進行布局。掌握自動布線和手動布線的方法,并會對布線后生成的信息報表進行檢查,以達到修改完善PCB的目的。
(四)印制電路板元件庫編輯(1)PCB元件庫編輯器;
(2)PCB元件庫繪圖工具和命令;(3)制作自己的PCB元件庫
基本要求:基本要求:熟悉印制電路元件庫的編輯環境,熟練使用元件庫的常用工具和命令,會制作自己的元件庫。
(五)原件封裝屬性: 電阻——AXIAL0.3 電容——RB.2/.4 三極管——DIP14 CN——CN6 滑動變阻器——VR5 LM324——DIP14 IN4733——DIODE0.4 電源和地插座——AXIAL1.0 二極管——XTAL1
三、繪制原理圖與PCB
1、繪制原理圖(1)在原理圖庫文件中繪制才能CN芯片
在制作這個CN中芯片中其中遇到了一點問題就是連接線不能在網格的任意位置畫線,其中運用到了圖 中所顯示的需要分別進行在“視圖”工具欄中的“可視網絡”和“捕獲網絡”的應用來進行任意位置的畫線。
(2)繪制原理圖 ①新建原理圖文件:
②連接電路如圖:
連接完整好的電路如上,但是看上去簡單其實在制作這個原理圖的過程中還是遇到了很多的問題。例如在繪制原理圖中的 這個部分時,我就自己走了很多彎路,最終在同學的幫助下順利的完成了。這個過程中需要用到截圖 中所示的“放置”---“總線”---“總線入口”等步驟來完成。
③對電路進行ERC檢測:
結果如下
④電路無誤后創建網表
3、繪制PCB(1)繪制PCB庫中沒有的原件封裝
繪制原件CN的封裝如圖:
注意:封裝的引腳與原理圖中引腳相對應
總 結
經過此次Protel課程設計實習,基本達到了對Protel 99SE軟件有初步認識和熟悉,并掌握了使用Protel 99SE軟件進行電路圖的設計和繪制的方法。
首次接觸Protel 99SE軟件時,對各個元件的查找和對元件庫的管理和添加是第一個難點,其次就是對于繪制原理圖的一些細節把握還不夠到位,比如在繪制原理圖元件時要注意元件一般的尺寸大小,不能太大也不能太小了,還有元件管腳電氣屬性的設置的方法。原理圖的繪制完成后便是修改名稱和添加元件庫了。這些基本方法都掌握后, 就可以繪制一些基本的原理圖了, 繪制圖形要注意元件的擺放和整體的布局,繪制的原理圖要求美觀,清晰。
繪制完原理圖之后便是學習制作 PCB 的封裝了。元器件封裝是Protel較難也很關鍵的一步,制作 PCB 要以元件實物的型號和大小為依據,實物元件的種類繁多,所以要以具體情況具體要求來制作 PCB 封裝。PBC封裝尺寸的大小更注重在管腳的距離上,管腳距離的大小決定了實物元件能否安裝在電路板上。要從原理圖生成 PCB 就要保證每個元件都有對應的封裝,不僅大小要對應,符號也要一一對應。
特別需要注意的是,當某個元件在庫中找不到與之對應的封裝號時,我們應該在庫中自己繪制出其封裝形式。在這些步驟都完成后就可以從原理圖生成 PCB 圖了,當然剛開始做的時候錯誤是在所難免的,但通過自己的努力練習,并向老師和同學請教,找到錯誤的根源所在,及時改正,最終完成了設計任務。當然,最后檢查的時候,必須保證從原理圖生成 PCB 時要保證每個元件都是正確的,保證每個元件都被導入了,而沒有遺漏。
最后一步是布局和布線。由于初學原因,采用的電腦自動布線。在此期間,老師給我指出了諸多錯誤及不合理之處,所以,以后自己要多從手動布線方面多下功夫,不斷提高自己的布線技巧。當然,僅僅四天的實習還遠遠不夠,今后自己還要多下功夫,爭取真正作出更為細致且精美的圖來。
最后,通過此次課程設計,使我領悟到了學習掌握Protel對于將來學習與工作的重要性,同時也使我認識到自己所學知識和操作技能的欠缺,在將來的學習中需要更加努力,不斷學習,才能有所提高!
第二篇:PCB設計實驗報告
Protel 99SE原理圖與PCB設計得實驗報告 摘要: Protel 99SE 就是一種基于 Windows 環境下得電路板設計軟件。該軟件功能強大,提供了原理圖設計、電路混合信號仿真、PCB圖設計、信號完整性分析等電子線路設計需要用得方法與工具,具有人機界面友好、管理文件靈活、易學易用等優點,因此,無論就是進行社會生產,還就是科研學習,都就是人們首選得電路板設計工具。
我們在為期兩個星期得課程設計中只就是初步通過學習與使用Protel 99SE 軟件對一些單片機系統進行原理圖設計繪制與電路板得印制(PCB),來達到熟悉與掌握Protel 99SE 軟件相關操作得學習目得.在該課程設計報告中我主要闡述了關于原理圖繪制過程得步驟說明、自制原器件得繪制與封裝得添加以及根據原理圖設計 PCB 圖并進行了 PCB 圖得覆銅處理幾個方面。
關鍵字:
Protel 99SE
原理圖
封裝
PCB 板
正文 一、課程設計得目得 通過本課程得實習,使學生掌握設計電路原理圖、制作電路原理圖元器件庫、電氣法則測試、管理設計文件、制作各種符合國家標準得印制電路板、制作印制板封裝庫得方法與實際應用技巧。主要包括以下內容:原理圖(SCH)設計系統;原理圖元件庫編輯;印制電路板(PCB)設計系統;印制電路板元件庫編輯。
二、課程設計得內容與要求 原理圖(SCH)設計系統(1)原理圖得設計步驟;(2)繪制電路原理圖;(3)文件管理;(4)生成網絡表文件;(5)層次原理圖得設計.基本要求:掌握原理圖得設計步驟,會繪制電路原理圖,利用原理圖生產網絡表,以達到檢查原理圖得正確性得目得;熟悉文件管理得方法與層次原理圖得設計方法.原理圖元件庫編輯(1)原理圖元件庫編輯器;(2)原理圖元件庫繪圖工具與命令;(3)制作自己得元件庫。
基本要求:熟悉原理圖元件庫得編輯環境,熟練使用元件庫得常用工具與命令,會制自己得元件庫。
印制電路板(PCB)設計系統(1)印制電路板(PCB)得布線流程;(2)設置電路板工作層面與工作參數;(3)元件布局;
(4)手動布線與自動布線;(5)電路板信息報表生成。
基本要求:熟悉 PCB布線得流程,熟練設置電路板得工作層面與參數,根據實際情況,規范得對元件進行布局。掌握自動布線與手動布線得方法,并會對布線后生成得信息報表進行檢查,以達到修改完善 PCB 得目得。
(四)印制電路板元件庫編輯 (1)PCB 元件庫編輯器;(2)PCB 元件庫繪圖工具與命令;(3)制作自己得 PCB 元件庫
基本要求:基本要求:熟悉印制電路元件庫得編輯環境,熟練使用元件庫得常用工具與命令,會制作自己得元件庫。
(五)原件封裝屬性: 電阻—-AXIAL0、3 電容——RB、2/、4 三極管——DIP14 CN——CN6 滑動變阻器——VR5 LM324——DIP14 IN4733——DIODE0、4 電源與地插座——AXIAL1、0 二極管——XTAL1 三、繪制原理圖與 PCB 1、繪制原理圖(1)在原理圖庫文件中繪制才能 CN芯片 在制作這個 CN 中芯片中其中遇到了一點問題就就是連接線不能在網格得任意位置畫線,其中運用到了圖
中所顯示得需要分別進行在“視圖”工具欄中得“可視網絡”與“捕獲網絡”得應用來進行任意位置得畫線。
(2)繪 制原 理圖
①新建原理圖文件:
②連接電路如圖: 連接完整好得電路如上,但就是瞧上去簡單其實在制作這個原理圖得過程中還就是遇到了很多得問題。例如在繪制原理圖中得
這個部分時,我就自己走了很多彎路,最終在同學得幫助下順利得完成了。這個過程中需要用到截圖
中所示得“放置"———“總線”———“總線入口”等步驟來完成.③ 對電 路進 行ERC 檢測:
結果如下
④電路無誤后創建網表 3、繪制PCB(1)繪制PCB 庫中沒有得原件封裝
繪制原件CN 得封裝如圖:
注意: : 封裝得引腳與原理圖中引腳相對應
總
結
經過此次 Protel 課程設計實習,基本達到了對 Protel 99SE 軟件有初步認識與熟悉,并掌握了使用 Protel 99SE 軟件進行電路圖得設計與繪制得方法.首次接觸Protel 99SE 軟件時,對各個元件得查找與對元件庫得管理與添加就是第一個難點,其次就就是對于繪制原理圖得一些細節把握還不夠到位,比如在繪制原理圖元件時要注意元件一般得尺寸大小,不能太大也不能太小了,還有元件管腳電氣屬性得設置得方法。原理圖得繪制完成后便就是修改名稱與添加元件庫了。這些基本方法都掌握后, 就可以繪制一些基本得原理圖了, 繪制圖形要注意元件得擺放與整體得布局,繪制得原理圖要求美觀,清晰.繪制完原理圖之后便就是學習制作 PCB 得封裝了。元器件封裝就是Protel 較難也很關鍵得一步,制作 PCB 要以元件實物得型號與大小為依據,實物元件得種類繁多,所以要以具體情況具體要求來制作 PCB 封
裝。PBC 封裝尺寸得大小更注重在管腳得距離上,管腳距離得大小決定了實物元件能否安裝在電路板上。要從原理圖生成 PCB 就要保證每個元件都有對應得封裝,不僅大小要對應,符號也要一一對應。
特別需要注意得就是,當某個元件在庫中找不到與之對應得封裝號時,我們應該在庫中自己繪制出其封裝形式。在這些步驟都完成后就可以從原理圖生成 PCB 圖了,當然剛開始做得時候錯誤就是在所難免得,但通過自己得努力練習,并向老師與同學請教,找到錯誤得根源所在,及時改正,最終完成了設計任務。當然,最后檢查得時候,必須保證從原理圖生成 PCB 時要保證每個元件都就是正確得,保證每個元件都被導入了,而沒有遺漏。
最后一步就是布局與布線.由于初學原因,采用得電腦自動布線。在此期間,老師給我指出了諸多錯誤及不合理之處,所以,以后自己要多從手動布線方面多下功夫,不斷提高自己得布線技巧。當然,僅僅四天得實習還遠遠不夠,今后自己還要多下功夫,爭取真正作出更為細致且精美得圖來。
最后,通過此次課程設計,使我領悟到了學習掌握Protel 對于將來學習與工作得重要性,同時也使我認識到自己所學知識與操作技能得欠缺,在將來得學習中需要更加努力,不斷學習,才能有所提高!
第三篇:PCB板制作實驗報告
PCB板制作實驗報告
姓 名: 任曉峰 08090107 陳 琛 08090103 符登輝 08090111 班 級: 電信0801班 指導老師: 郭杰榮
一 實驗名稱
PCB印刷版的制作
二 實習目的
通過PCB板的制作,了解制板工藝流程,掌握制板的原理知識,并熟悉制板工具的使用以及維護,鍛煉實踐動手的能力,更好的鞏固制板知識的應用,具備初步制作滿足需求,美觀、安全可靠的板。
三 PCB板的制作流程
(1)原稿制作(噴墨【硫酸紙】、激光【硫酸紙/透明菲林】、光繪非林)
把用protel設計好的電路圖用激光(噴墨)打印機用透明、半透明或70g復印紙打印出。注意事項:打印原稿時選擇鏡像打印,電路圖打印墨水(碳粉)面必須與綠色的感光膜面緊密接觸,以獲得最高的解析度。稿面需保持清潔無污物,線路部分如有透光破洞,應用油性黑筆修補。
(2)曝光: 首先將PCB板裁剪成適當大小的板,然后撕掉保護膜,將打印好的線路圖的打印面(碳粉面/墨水面)貼在感光膜面上,在用透明膠將原稿和PCB板的感光面貼緊,把PCB板放在曝光箱中進行曝光。曝光時間根據PCB板子而確定。本次制作的板子約為三分鐘。
曝光注意事項:請保持感光板板面及原稿清潔和整齊,若曝光時間不足則容易在下個環節容易使線路腐蝕掉。
(3)顯影:調制顯像劑:顯像劑:水(1:20),即1包20g顯像劑配400cc水。顯影:膜面朝上放感光板在盆里。
(4)蝕刻:塊狀三氯化鐵:熱水(1:3)的比例調配。蝕刻時間在10-30分鐘。
注意事項:感光膜可以直接焊接不必去除,如需要去處的可以用酒精。三氯化鐵蝕刻液越濃蝕刻越慢,太稀也慢。蝕刻時間不可過長或過短。蝕刻完畢后,用清水將蝕刻后的PCB板進行清洗,等待水干后在進行下一個步驟。
(5)二次曝光:將蝕刻好的PCB板放進曝光箱中進行二次曝光。此次曝光是將已經進行蝕刻的PCB板上的線路進行曝光。
(6)二次顯影:將二次曝光的PCB板再次進行顯影。將進行了二次曝光的PCB板進行顯影,將PCB板上的線路進行顯影,去掉線路上的感光膜,讓銅箔線顯露出來。
(7)打孔:使用鉆頭在已經制作好的PCB板上進行打孔。在本次實踐過程中不進行,因為在打孔過程中容易造成打孔鉆頭斷裂或者PCB板損壞,工藝有一定難度。
四 制作成品展示
五 對焊接實習的感受
首先,我們要感謝郭老師的教導,是老師一步一步的細致講解,讓我們成功完成了實驗。通過制板的學習,基本掌握了pcb板生產制作的原理和流程,以及電路板后期焊接,安裝和調試與其前期制作的聯系,培養了我們理論聯系實際的能力,提高了分析問題和解決問題的能力,不僅鍛煉了同學們之間團隊合作的精神,還增強了我們獨立工作的能力,收獲很大,雖然在實驗制作過程中遇到不少困難和挫折,但通過分析問題,請教老師和同學,最終順利完成了課程設計的要求和任務。
電子制作中或在電子產品開發中,都會用到電路板,自制電路板的方法有很多,一般采用本次制版的方法。通過此次手動制版實驗,對手動制版有了一個全面的了解,并且親身實踐,更容易理解制版過程中出現的問題,以及應該注意的事項。在此次手動制版時,需要注意的問題很多,顯影液的調制,曝光,顯影,蝕刻等時間的掌握都很重要,在制作過程中每一步都容易造成制作的PCB板出現不良或者制作出來的PCB板無法使用等情況。我們這次制作的PCB板由于蝕刻時間過短,導致PCB板上的銅沒有被腐蝕掉,所以再次曝光后板子已經基本不能使用。
第四篇:PCB設計總結
設計總結
通過本次設計,我體會到整個設計的流程是從規則設置-----元件布局------過孔扇出與布線-----鋪銅的處理-----走線優化------驗證設計----處理絲印與出GERBER。
在該設計過程中,我出現了很多問題,現歸納如下:
1,對布局的思考太死板,沒考慮到對后面走線的影響。2,走線不夠通順,不能很好的結合原理圖來走線。3,哪些地方該鋪銅,哪些地方不應鋪銅比較模糊。4,軟件設置不夠熟悉。
由此總結幾點要點。
一,關于過孔與鋪銅的總結:
1,過孔盡量打到柵格點上,且保持對齊。
2,大電源部分要多打過孔,對于電感的處理,變壓器的處理要注意。
鋪銅不要超過焊盤下邊緣。
3,銅箔寬度不要太大,5.5~6.5mil,不能小于4.5,不要用整數、4,銅箔寬度盡量保持一致。
5,電源層大電源銅箔挖出一塊區域作為小電源銅箔,可以通過設置其優先級,來達到鋪銅效果。不同電源銅箔間距一致,一般25mil適宜。倒角一般采用45°。二,關于走線的總結:
1,走線不能出現任意角度,一般保持45°角。
2,兩個串聯電容中間走線要加粗。走線間距保持3倍線寬較宜。
3,電源引腳對應的耦合電容要直連,保持電源電路通順。
4,對于FPGA以及數據收發IC的IO口可以通過交換引腳是走線通順。交換時保持數據口對應關系。5,模擬電路與數字電路走線要區分開,防止干擾產生。對應運放電路走線要加粗。6,大電源走線采用星形走線。可通過電源層走線。7,測試點要連入相應的網絡。走線保持同組同層。
8,接插件中間盡量不走線。出線保持間距一致,走完的線可以通過鎖定防止誤操作,做到美觀統一。
第五篇:PCB設計經驗總結
--[PCB]PCB設計經驗總結
[PCB]PCB設計經驗總結布局:總體思想:在符合產品電氣以及機械結構要求的基礎上考慮整體美觀,在一個PCB板上,元件的布局要求要均衡,疏密有序。1.印制板尺寸必須與加工圖紙尺寸相符,符合PCB制造工藝要求,放置MARK點。2.元件在二維、三維空間上有無沖突?3.元件布局是否疏密有序,排列整齊?是否全部布完?4.需經常更換的元件能否方便的更換?插件板插入設備是否方便? 5.熱敏元件與發熱元件之間是否有適當的距離?6.調整可調元件是否方便?7.在需要散熱的地方,裝了散熱器沒有?空氣流是否通暢?布局:總體思想:在符合產品電氣以及機械結構要求的基礎上考慮整體美觀,在一個PCB板上,元件的布局要求要均衡,疏密有序。1.印制板尺寸必須與加工圖紙尺寸相符,符合PCB制造工藝要求,放置MARK點。2.元件在二維、三維空間上有無沖突?3.元件布局是否疏密有序,排列整齊?是否全部布完?4.需經常更換的元件能否方便的更換?插件板插入設備是否方便? 5.熱敏元件與發熱元件之間是否有適當的距離?6.調整可調元件是否方便?7.在需要散熱的地方,裝了散熱器沒有?空氣流是否通暢?8.信號流程是否順暢且互連最短?9.插頭、插座等與機械設計是否矛盾?10.蜂鳴器遠離柱形電感,避免干擾聲音失真。11.速度較快的器件如SRAM要盡量的離CPU近。12.由相同電源供電的器件盡量放在一起。布線:
1.走線要有合理的走向: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,避免環形走線。對于是直流,小信號,低電壓PCB設計的要求可以低些。輸入端與輸出端的邊,以免產生反射干擾線應避免相鄰平行。必要時應加地線隔離,兩相鄰層的布線要互相垂直,平行容易產生寄生耦合。2.選擇好接地點:一般情況下要求共點地,數字地與模擬地在電源輸入電容處相連。3.合理布置電源濾波/退耦電容: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。在貼片器件的退耦電容最好在布在板子另一面的器件肚子位置,電源和地要先過電容,再進芯片。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,一般采用135度角。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。設計中應盡量減少過線孔,減少并行的線條密度。5.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。6.數字電路與模擬電路的共地處理,現在有許多PCB不再是單一功能電路(數字或模擬電路),而是由數字電路和模擬電路混合構成的。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對外界只有一個結點,所以必須在PCB內部進行處理數、模共地的問題,而在板內部數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)。數字地與模擬地有一點短接。7.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不多,再多加層數就會造成浪費也會給生產增加一定的工作量,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。8.關鍵信號的處理,關鍵信號如時鐘線應該進行包地處理,避免產生干擾,同時在晶振器件邊做一個焊點使晶振外殼接地。9.設計規則檢查(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則,同時也需確認所制定的規則是否符合印制板生產工藝的需求,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。10.關于EMC方面:a.盡可能選用信號斜率較慢的器件,以降低信號所產生的高頻成分。b.注意高頻器件擺放的位置,不要太靠近對外的連接器。c.注意高速信號的阻抗匹配,走線層及其回流電流路徑,以減少高頻的反射與輻射。d.在各器件的電源管腳放置足夠與適當的去耦合電容以緩和電源層和地層上的噪聲。特別注意電容的頻率響應與溫度的特性是否符合設計所需。e電源層比地層內縮20H,H為電源層與地層之間的距離。11.GERBER輸出檢查檢查輸出的GERBER文件是否按層疊順序要求輸出,在CAM350里查看每一層數據以及DRILL表,同時注意特殊孔如方孔的輸出。
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印制電路板(PCB)是電子產品中電路元件和器件的支撐件。它提供電路元件和器件之間的電氣連接。隨著電子技術的飛速發展,PCB的密度越來越高。PCB設計的好壞對抗干擾能力影響很大。實踐證明,即使電路原理圖設計正確,印制電路板設計不當,也會對電子產品的可靠性產生不利影響。例如,如果印制板兩條細平行線靠得很近,則會形成信號波形的延遲,在傳輸線的終端形成反射噪聲。因此,在設計印制電路板的時候,應注意采用正確的方法,遵守PCB設計的一般原則,并應符合抗干擾設計的要求。
一、PCB設計的一般原則要使電子電路獲得最佳性能,元器件的布局及導線的布設是很重要的。為了設計質量好、造價低的PCB,應遵循以下的一般性原則:1.布局首先,要考慮PCB尺寸大小。PCB尺寸過大時,印制線條長,阻抗增加,抗噪聲能力下降,成本也增加;過小,則散熱不好,且鄰近線條易受干擾。在確定PCB尺寸后,再確定特殊元件的位置。最后,根據電路的功能單元,對電路的全部元器件進行布局。在確定特殊元件的位置時要遵守以下原則:(1)盡可能縮短高頻元器件之間的連線,設法減少它們的分布參數和相互間的電磁干擾。易受干擾的元器件不能相互挨得太近,輸入和輸出元件應盡量遠離。(2)某些元器件或導線之間可能有較高的電位差,應加大它們之間的距離,以免放電引出意外短路。帶高電壓的元器件應盡量布置在調試時手不易觸及的地方。(3)重量超過15g的元器件,應當用支架加以固定,然后焊接。那些又大又重、發熱量多的元器件,不宜裝在印制板上,而應裝在整機的機箱底板上,且應考慮散熱問題。熱敏元件應遠離發熱元件。(4)對于電位器、可調電感線圈、可變電容器、微動開關等可調元件的布局應考慮整機的結構要求。若是機內調節,應放在印制板上方便調節的地方;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適應。(5)應留出印制板定位孔及固定支架所占用的位置。根據電路的功能單元。對電路的全部元器件進行布局時,要符合以下原則:(1)按照電路的流程安排各個功能電路單元的位置,使布局便于信號流通,并使信號盡可能保持一致的方向。(2)以每個功能電路的核心元件為中心,圍繞它來進行布局。元器件應均勻、整齊、緊湊地排列在PCB上。盡量減少和縮短各元器件之間的引線和連接。(3)在高頻下工作的電路,要考慮元器件之間的分布參數。一般電路應盡可能使元器件平行排列。這樣,不但美觀,而且裝焊容易,易于批量生產。(4)位于電路板邊緣的元器件,離電路板邊緣一般不小于2mm。電路板的最佳形狀為矩形。長寬雙為3:2或4:3。電路板面尺寸大于200×150mm時,應考慮電路板所受的機械強度。2.布線布線的原則如下:(1)輸入輸出端用的導線應盡量避免相鄰平行。最好加線間地線,以免發生反饋藕合。(2)印制板導線的最小寬度主要由導線與絕緣基板間的粘附強度和流過它們的電流值決定。當銅箔厚度為0.5mm、寬度為1~15mm時,通過2A的電流,溫度不會高于3℃。因此,導線寬度為1.5mm可滿足要求。對于集成電路,尤其是數字電路,通常選0.02~0.3mm導線寬度。當然,只要允許,還是盡可能用寬線,尤其是電源線和地線。導線的最小間距主要由最壞情況下的線間絕緣電阻和擊穿電壓決定。對于集成電路,尤其是數字電路,只要工藝允許,可使間距小于5~8mil。(3)印制導線拐彎處一般取圓弧形,而直角或夾角在高頻電路中會影響電氣性能。此外,盡量避免使用大面積銅箔,否則,長時間受熱時,易發生銅箔膨脹和脫落現象。必須用大面積銅箔時,最好用柵格狀。這樣有利于排除銅箔與基板間粘合劑受熱產生的揮發性氣體。3.焊盤焊盤中心孔要比器件引線直徑稍大一些。焊盤太大易形成虛焊。焊盤外徑D一般不小于(d+1.2)mm,其中d為引線孔徑。對高密度的數字電路,焊盤最小直徑可取(d+1.0)mm。
二、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.電源線設計根據印制線路板電流的大小,盡量加粗電源線寬度,減少環路電阻。同時,使電源線、地線的走向和數據傳遞的方向一致,這樣有助于增強抗噪聲能力。2.地線設計在電子產品設計中,接地是控制干擾的重要方法。如能將接地和屏蔽正確結合起來使用,可解決大部分干擾問題。電子產品中地線結構大致有系統地、機殼地(屏蔽地)、數字地(邏輯地)和模擬地等。在地線設計中應注意以下幾點:(1)正確選擇單點接地與多點接地在低頻電路中,信號的工作頻率小于1MHz,它的布線和器件間的電感影響較小,而接地電路形成的環流對干擾影響較大,因而應采用一點接地的方式。當信號工作頻率大于10MHz時,地線阻抗變得很大,此時應盡量降低地線阻抗,應采用就近多點接地。當工作頻率在1~10MHz時,如果采用一點接地,其地線長度不應超過波長的1/20,否則應采用多點接地法。(2)數字地與模擬地分開。電路板上既有高速邏輯電路,又有線性電路,應使它們盡量分開,而兩者的地線不要相混,分別與電源端地線相連。低頻電路的地應盡量采用單點并聯接地,實際布線有困難時可部分串聯后再并聯接地。高頻電路宜采用多點串聯接地,地線應短而粗,高頻元件周圍盡量用柵格狀大面積地箔。要盡量加大線性電路的接地面積。(3)接地線應盡量加粗。若接地線用很細的線條,則接地電位則隨電流的變化而變化,致使電子產品的定時信號電平不穩,抗噪聲性能降低。因此應將接地線盡量加粗,使它能通過三倍于印制電路板的允許電流。如有可能,接地線的寬度應大于3mm。(4)接地線構成閉環路。設計只由數字電路組成的印制電路板的地線系統時,將接地線做成閉路可以明顯地提高抗噪聲能力。其原因在于:印制電路板上有很多集成電路元件,尤其遇有耗電多的元件時,因受接地線粗細的限制,會在地線上產生較大的電位差,引起抗噪能力下降,若將接地線構成環路,則會縮小電位差值,提高電子設備的抗噪聲能力。3.退藕電容配置PCB設計的常規做法之一是在印制板的各個關鍵部位配置適當的退藕電容。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。此外,還應注意以下兩點:(1)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。(2)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。
三、PowerPCB簡介PowerPCB是美國Innoveda公司軟件產品。PowerPCB能夠使用戶完成高質量的設計,生動地體現了電子設計工業界各方面的內容。其約束驅動的設計方法可以減少產品完成時間。你可以對每一個信號定義安全間距、布線規則以及高速電路的設計規則,并將這些規劃層次化的應用到板上、每一層上、每一類網絡上、每一個網絡上、每一組網絡上、每一個管腳對上,以確保布局布線設計的正確性。它包括了豐富多樣的功能,包括簇布局工具、動態布線編輯、動態電性能檢查、自動尺寸標注和強大的CAM輸出能力。它還有集成第三方軟件工具的能力,如SPECCTRA布線器。
四、PowerPCB使用技巧PowerPCB目前已在我所推廣使用,它的基本使用技術已有培訓教材進行了詳細的講解,而對于我所廣大電子應用工程師來說,其問題在于已經熟練掌握了TANGO之類的布線工具之后,如何轉到PowerPCB的應用上來。所以,本文就此類應用和培訓教材上沒有講到,而我們應用較多的一些技術技巧作了論述。1.輸入的規范問題對于大多數使用過TANGO的人來說,剛開始使用PowerPCB的時候,可能會覺得PowerPCB的限制太多。因為PowerPCB對原理圖輸入和原理圖到PCB的規則傳輸上是以保證其正確性為前提的。所以,它的原理圖中沒有能夠將一根電氣連線斷開的功能,也不能隨意將一根電氣連線在某個位置停止,它要保證每一根電氣連線都要有起始管腳和終止管腳,或是接在軟件提供的連接器上,以供不同頁面間的信息傳輸。這是它防止錯誤發生的一種手段,其實,也是我們應該遵守的一種規范化的原理圖輸入方式。在PowerPCB設計中,凡是與原理圖網表不一致的改動都要到ECO方式下進行,但它給用戶提供了OLE鏈接,可以將原理圖中的修改傳到PCB中,也可以將PCB中的修改傳回原理圖。這樣,既防止了由于疏忽引起的錯誤,又給真正需要進行修改提供了方便。但是,要注意的是,進入ECO方式時要選擇“寫ECO文件”選項,而只有退出ECO方式,才會進行寫ECO文件操作。2.電源層和地層的選擇PowerPCB中對電源層和地層的設置有兩種選擇,CAM Plane和Split/Mixed。Split/Mixed主要用于多個電源或地共用一個層的情況,但只有一個電源和地時也可以用。它的主要優點是輸出時的圖和光繪的一致,便于檢查。而CAM Plane用于單個的電源或地,這種方式是負片輸出,要注意輸出時需加上第25層。第25層包含了地電信息,主要指電層的焊盤要比正常的焊盤大20mil左右的安全距離,保證金屬化過孔之后,不會有信號與地電相連。這就需要每個焊盤都包含有第25層的信息。而我們自己建庫時往往會忽略這個問題,造成使用Split/Mixed選項。3.推擠還是不推擠PowerPCB提供了一個很好用的功能就是自動推擠。當我們手動布線時,印制板在我們的完全控制之下,打開自動推擠的功能,會感到非常的方便。但是如果在你完成了預布線之后,要自動布線時,最好將預布好的線固定住,否則自動布線時,軟件會認為此線段可移動,而將你的工作完全推翻,造成不必要的損失。4.定位孔的添加我們的印制板往往需要加一些安裝定位孔,但是對于PowerPCB來說,這就屬于與原理圖不一樣的器件擺放,需要在ECO方式下進行。但如果在最后的檢查中,軟件因此而給出我們許多的錯誤,就不大方便了。這種情況可以將定位孔器件設為非ECO注冊的即可。在編輯器件窗口下,選中“編輯電氣特性”按鈕,在該窗口中,選中“普通”項,不選中“ECO注冊”項。這樣在檢查時,PowerPCB不會認為這個器件是需要與網表比較的,不會出現不該有的錯誤。5.添加新的電源封裝由于我們的國際與美國軟件公司的標準不太一致,所以我們盡量配備了國際庫供大家使用。但是電源和地的新符號,必須在軟件自帶的庫中添加,否則它不會認為你建的符號是電源。所以當我們要建一個符合國標的電源符號時,需要先打開現有的電源符號組,選擇“編輯電氣連接”按鈕,點按“添加”按鈕,輸入你新建的符號的名字等信息。然后,再選中“編輯門封裝”按鈕,選中你剛剛建立的符號名,繪制出你需要的形狀,退出繪圖狀態,保存。這個新的符號就可以在原理圖中調出了。6.空腳的設置我們用的器件中,有的管腳本身就是空腳,標志為NC。當我們建庫的時候,就要注意,否則標志為NC的管腳會連在一起。這是由于你在建庫時將NC管腳建在了“SINGAL_PINS“中,而PowerPCB認為“SINGAL_PINS”中的管腳是隱含的缺省管腳,是有用的管腳,如VCC和GND。所以,如果的NC管腳,必須將它們從“SINGAL_PINS"中刪除掉,或者說,你根本無需理睬它,不用作任何特殊的定義。7.三極管的管腳對照三極管的封裝變化很多,當自己建三極管的庫時,我們往往會發現原理圖的網表傳到PCB中后,與自己希望的連接不一致。這個問題主要還是出在建庫上。由于三極管的管腳往往用E,B,C來標志,所以在創建自己的三極管庫時,要在“編輯電氣連接”窗口中選中“包括文字數字管腳”復選框,這時,“文字數字管腳”標簽被點亮,進入該標簽,將三極管的相應管腳改為字母。這樣,與PCB封裝對應連線時會感到比較便于識別。8.表面貼器件的預處理現在,由于小型化的需求,表面貼器件得到越來越多的應用。在布圖過程中,表面貼器件的處理很重要,尤其是在布多層板的時候。因為,表面貼器件只在一層上有電氣連接,不象雙列直插器件在板子上的放置是通孔,所以,當別的層需要與表面器件相連時就要從表面貼器件的管腳上拉出一條短線,打孔,再與其它器件連接,這就是所謂的扇入(FAN-IN),扇出(FAN-OUT)操作。如果需要的話,我們應該首先對表面貼器件進行扇入,扇出操作,然后再進行布線,這是因為如果我們只是在自動布線的設置文件中選擇了要作扇入,扇出操作,軟件會在布線的過程中進行這項操作,這時,拉出的線就會曲曲折折,而且比較長。所以,我們可以在布局完成后,先進入自動布線器,在設置文件中只選擇扇入,扇出操作,不選擇其它布線選項,這樣從表面貼器件拉出來的線比較短,也比較整齊。9.將板圖加入AUTOCAD有時我們需要將印制板圖加入到結構圖中,這時可以通過轉換工具將PCB文件轉換成AUTOCAD能夠識別的格式。在PCB繪圖框中,選中“文件”菜單中的“輸出”菜單項,在彈出的文件輸出窗口中將保存類型設為DXF文件,再保存。你就可以AUTOCAD中打開個這圖了。當然,PADS中有自動標注功能,可以對畫好的印制板進行尺寸標注,自動顯示出板框或定位孔的位置。要注意的是,標注結果在Drill-Drawing層要想在其它的輸出圖上加上標注,需要在輸出時,特別加上這一層才行。10.PowerPCB與ViewDraw的接口用ViewDraw的原理圖,可以產生PowerPCB的表,而PowerPCB讀入網表后,一樣可以進行自動布線等功能,而且,PowerPCB中有鏈接工具,可以與VIEWDRAW的原理圖動態鏈接、修改,保持電氣連接的一致性。但是,由于軟件修改升級的版本的差別,有時兩個軟件對器件名稱的定義不一致,會造成網表傳輸錯誤。要避免這種錯誤的發生,最好專門建一個存放ViewDraw與PowerPCB對應器件的庫,當然這只是針對于一部分不匹配的器件來說的。可以用PowerPCB中的拷貝功能,很方便地將已存在的PowerPCB中的其它庫里的元件封裝拷貝到這個庫中,存成與VIEWDRAW中相對應的名字。11.生成光繪文件以前,我們做印制板時都是將印制板圖拷在軟盤上,直接給制版廠。這種做法保密性差,而且很煩瑣,需要給制版廠另寫很詳細的說明文件。現在,我們用PowerPCB直接生產光繪文件給廠家就可以了。從光繪文件的名字上就可以看出這是第幾層的走線,是絲印還是阻焊,十分方便,又安全。轉光繪文件步驟:A.在PowerPCB的CAM輸出窗口的DEVICE SETUP中將APERTURE改為999。B.轉走線層時,將文檔類型選為ROUTING,然后在LAYER中選擇板框和你需要放在這一層上的東西。不注意的是,轉走線時要將LINE,TEXT去掉(除非你要在線路上做銅字)。C.轉阻焊時,將文檔類型選為SOLD_MASK,在頂層阻焊中要將過孔選中。D.轉絲印時,將文檔類型選為SILK SCREEN,其余參照步驟B和C。E.轉鉆孔數據時,將文檔類型選為NC DRILL,直接轉換。注意,轉光繪文件時要先預覽一下,預覽中的圖形就是你要的光繪輸出的圖形,所以要看仔細,以防出錯。有了對印制板設計的經驗,如PowerPCB的強大功能,畫復雜印制板已不是令人煩心的事情了。值得高興的是,我們現在已經有了將TANGO的PCB轉換成PowerPCB的工具,熟悉TANGO的廣大科技人員可以更加方便的加入到PowerPCB繪圖的行列中來,更加方便快捷地繪制出滿意的印制板。