電路板繪製經驗積累

一、印製板設計要求1、正確

2、可靠
這是PCB 設計中較高一層的要求。連線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等都可能導致PCB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，結構越簡單，使用面越小，板子層數越少，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。一個印製板組件，從印製板的製造、檢驗、裝配、調試到整機裝配、調試，直到使用維修，無不與印製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，板外連線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於設計者的失誤。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的作風，以及實踐中為斷總結、提高的經驗。
4、經濟
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，板子尺寸儘量小，連線用直焊導線，表面塗覆用最便宜的，選擇價格最低的加工廠等等，印製板製造價格就會下降。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，使製造費用、維修費用上升，總體經濟性不一定分理處，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，技術高新的產品可能因為經濟性原因夭折。
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，最不利的走向是環形，所幸的是可以設隔離帶來改善。對於是直流，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後再與幹線地相連等等。現實中，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於何處。其實這些電容是為開關器件(門電路)或其它需要濾波/退耦的部件而設定的，布置這些電容就應儘量靠近這些元部件，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，拐彎也不得採用直角。地線應儘量寬，最好使用大面積敷銅，這對接地點問題有相當大的改善。
5、有些問題雖然發生在後期製作中，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，設計中應儘量減少過線孔。同向並行的線條密度太大，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，不利於人工焊接，只能以降低工效來解決焊接質量。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和工效。焊盤或過線孔尺寸太小，或焊盤尺寸與鑽孔尺寸配合不當。前者對人工鑽孔不利，後者對數控鑽孔不利。容易將焊盤鑽成“c”形，重則鑽掉焊盤。導線太細，而大面積的未布線區又沒有設定敷銅，容易造成腐蝕不均勻。即當未布線區腐蝕完後，細導線很有可能腐蝕過頭，或似斷非斷，或完全斷。所以，設定敷銅的作用不僅僅是增大地線面積和抗干擾。
二、Protel 列印設定
SCH的列印設定較簡單，在Margins的Top Bottom Left Right內全填上0然後點擊Refresh,這樣就能最大範圍的占用頁面，使列印出的SCH圖更大些。
PCB的設定：打開File>Setup Printer…進行列印前的設定。
在彈出的Printer Setup選單中，要先選擇您的印表機：最先幾個是默認的印表機，後面兩個是我們安裝了的印表機，（我的機子上是這樣）兩個中一個後綴為Final，一個是Composite，前一個的意思是印表機一次只列印一個層（不管您選了幾個層，只是分幾次列印而已），後一個是一次列印所有你選中的層面，根據需要自己選擇！下一步：點擊下方的Options按鈕，進行屬性設定。假設我們選final然後進入Options進行設定，進入後的選項一般不用動，Scale為列印比例，默認的為1:1，如果想滿頁列印，就將那個小框打上鉤，喔！右邊的Show Hole蠻重要，選中他就可以把電路板上的孔列印出來（做光刻板就要選這個，有幫助），好了，點擊Setup進行紙張大小設定就完成了印表機 Options。還沒完呢！麻煩把！回到選印表機屬性的對話框，選擇Layers，進行列印層的設定，進去以後，看見了吧！是不是很熟悉呢！根據自己需要選擇吧。
三、常用的PCB庫檔案
1.\library\pcb\connectors目錄下的元件資料庫所含的元件庫含有絕大部分接外掛程式元件的PCB封裝
1）.D type connectors.ddb,含有並口，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.\library\pcb\generic footprints目錄下的資料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，二極體等常用元件的封裝
3）.Miscellaneous.ddb,含有電阻，電容，二極體等的封裝
4）.PGA.ddb,含有PGA封裝
5）.Transformers.ddb,含有變壓器元件的封裝
6）.Transistors.ddb含有電晶體元件的封裝
3.\library\pcb\IPC footprints目錄下的元件資料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
印製電路板的抗干擾設計與具體電路有著密切的關係，這裡僅就PCB抗干擾設計的幾項常用措施做一些說明。
1.電源線設計
根據印製線路板電流的大小，儘量加租電源線寬度，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，這樣有助於增強抗噪聲能力。
2.地線設計的原則
(1)數字地與模擬地分開。若線路板上既有邏輯電路又有線性電路，應使它們儘量分開。低頻電路的地應儘量採用單點並聯接地，實際布線有困難時可部分串聯後再並聯接地。高頻電路宜採用多點串聯接地，地線應短而租，高頻元件周圍儘量用柵格狀大面積地箔。
(2)接地線應儘量加粗。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，使它能通過三倍於印製板上的允許電流。如有可能，接地線應在2~3mm以上。
(3)接地線構成閉環路。只由數字電路組成的印製板，其接地電路布成團環路大多能提高抗噪聲能力。
3.退藕電容配置
PCB設計的常規做法之一是在印製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)原則上每個積體電路晶片都應布置一個0.01pF的瓷片電容，如遇印製板空隙不夠，可每4~8個晶片布置一個1~10pF的鉭電容。
(3)對於抗噪能力弱、關斷時電源變化大的器件，如RAM、ROM存儲器件，應在晶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)在印製板中有接觸器、繼電器、按鈕等元件時．操作它們時均會產生較大火花放電，必須採用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：自動布線及互動式布線，在自動布線之前，可以用互動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，平行容易產生寄生耦合。
自動布線的布通率，依賴於良好的布局，布線規則可以預先設定，包括走線的彎曲次數、導通孔的數目、步進的數目等。一般先進行探索式布經線，快速地把短線連通，然後進行迷宮式布線，先把要布的連線進行全局的布線路徑最佳化，它可以根據需要斷開已布的線。並試著重新再布線，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複雜而又簡單的過程，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，但由於電源、地線的考慮不周到而引起的干擾，會使產品的性能下降，有時甚至影響到產品的成功率。所以對電源、地線的布線要認真對待，把電源、地線所產生的噪音干擾降到最低限度，以保證產品的質量。
對每個從事電子產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生的原因，現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。
儘量加寬電源、地線寬度，最好是地線比電源線寬，它們的關係是：地線>電源線>信號線，通常信號線寬為：0.2～0.3mm,最經細寬度可達0.05～0.07mm,電源線為1.2～2.5 mm
對數字電路的PCB可用寬的地導線組成一個迴路, 即構成一個地網來使用(模擬電路的地不能這樣使用)
用大面積銅層作地線用,在印製板上把沒被用上的地方都與地相連線作為地線用。或是做成多層板，電源，地線各占用一層。
2 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，高頻的信號線儘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與外界連線的接口處（如插頭等）。數字地與模擬地有一點短接，請注意，只有一個連線點。也有在PCB上不共地的，這由系統設計來決定。
3 信號線布在電（地）層上
在多層印製板布線時，由於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。
4 大面積導體中連線腿的處理
在大面積的接地（電）中，常用元器件的腿與其連線，對連線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 布線中網路系統的作用
在許多CAD系統中，布線是依據網路系統決定的。格線過密，通路雖然有所增加，但步進太小，圖場的數據量過大，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。格線過疏，通路太少對布通率的影響極大。所以要有一個疏密合理的格線系統來支持布線的進行。
標準元器件兩腿之間的距離為0.1英寸(2.54mm),所以格線系統的基礎一般就定為0.1英寸(2.54 mm)或小於0.1英寸的整倍數，如：0.05英寸、0.025英寸、0.02英寸等。
6 設計規則檢查（DRC）
布線設計完成後，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製板生產工藝的需求，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。
對於關鍵的信號線是否採取了最佳措施，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。
後加在PCB中的圖形（如圖示、註標）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，字元標誌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。
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六、關於濾波
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，屬於對稱性干擾；共模干擾在導線與地(機殼)之間傳輸，屬於非對稱性干擾。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。對開關電源產生的高頻段EMI信號，只要選擇相應的去耦電路或網路結構較為簡單的EMI濾波器，就不難滿足符合EMC標準的濾波效果。

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