內容簡介
電路(電子線路)是由電氣設備和元器件按一定方式聯接起來,為電流流通提供了路徑的總體,也叫電子網路。電路的大小可以相差很大,小到矽片上的積體電路,大到輸電網。電路(英文:
Electrical circuit)或稱
電子迴路,是由電氣設備和
元器件,按一定方式聯接起來,為電荷流通提供了路徑的總體,也叫電子線路或稱電氣迴路,簡稱網路或迴路。如電阻、電容、電感、
二極體、
三極體和開關等,構成的網路。
作品目錄
根據所處理信號的不同,電子電路可以分為
模擬電路和數字電路。
模擬電路
·是由自然界產生周期性變化的連續性的物理自然變數,在將連續性物理自然變數轉換為連續的電信號,並通過運算連續性電信號的電路即稱為模擬電路。
·模擬電路對電信號的連續性電壓、電流進行處理。
數字電路
·將連續性的電訊號,轉換為不連續性定量的電信號,並運算不連續性定量電信號的電路,稱為數字電路。
·數字電路中,信號大小為不連續並定量化的電壓狀態。
多數採用
布爾代數邏輯電路對定量後信號進行處理。典型數字電路有,
振盪器、暫存器、
加法器、減法器等。運算不連續性定量電信號。
積體電路
·積體電路是集成化、微型化的電路,積體電路亦稱積體電路、IC (英文:Integrated Circuit)
·運用積體電路設計程式(
IC設計),將一般電路設計到半導體材料里的半導體電路(一般為矽片),稱為積體電路。
射頻電路
·特指用於具有空間遠距離傳輸特點的電磁波高頻、
超高頻的電路
·
射頻簡稱RF射頻就是射頻電流,它是一種高頻交流變化電磁波的 簡稱。每秒變化小於1000次的交流電稱為低頻電流,大於1000次的稱為
高頻電流,而射頻就是這樣一種高頻電流。
有線電視系統就是採用
射頻傳輸方式的。
在電子學理論中,電流流過導體,導體周圍會形成磁場;交變電流通過導體,導體周圍會形成交變的電磁場,稱為電磁波。
在電磁波頻率低於100kHz時,電磁波會被地表吸收,不能形成有效的傳輸,但電磁波頻率高於100kHz時,電磁波可以在空氣中傳播,並經大氣層外緣的
電離層反射,形成遠距離傳輸能力,我們把具有遠距離傳輸能力的
高頻電磁波稱為
射頻,英文縮寫:RF。
設計流程
一般PCB基本設計流程如下:前期準備--PCB結構設計--PCB布局--布線--布線最佳化和絲印--網路和DRC檢查和結構檢查--製版。
第一:前期準備。這包括準備元件庫和原理圖。“工欲善其事,必先利其器”,要做出一塊好的板子,除了要設計好原理之外,還要畫得好。在進行PCB設計之前,首先要準備好原理圖SCH的元件庫和PCB的元件庫。元件庫可以用protel自帶的庫,但一般情況下很難找到合適的,最好是自己根據所選器件的標準尺寸資料自己做元件庫。原則上先做PCB的元件庫,再做SCH的元件庫。PCB的元件庫要求較高,它直接影響板子的安裝;SCH的元件庫要求相對比較松,只要注意定義好管腳屬性和與PCB元件的對應關係就行。PS:注意標準庫中的隱藏管腳。之後就是原理圖的設計,做好後就準備開始做PCB設計了。
第二:PCB結構設計。這一步根據已經確定的電路板尺寸和各項機械定位,在PCB設計環境下繪製PCB板面,並按定位要求放置所需的接外掛程式、按鍵/開關、螺絲孔、裝配孔等等。並充分考慮和確定布線區域和非布線區域(如螺絲孔周圍多大範圍屬於非布線區域)。
第三:PCB布局。布局說白了就是在板子上放器件。這時如果前面講到的準備工作都做好的話,就可以在原理圖上生成網路表(Design--CreateNetlist),之後在PCB圖上導入網路表(Design--LoadNets)。就看見器件嘩啦啦的全堆上去了,各管腳之間還有飛線提示連線。然後就可以對器件布局了。一般布局按如下原則進行:
①.按電氣性能合理分區,一般分為:數字電路區(即怕干擾、又產生干擾)、模擬電路(怕干擾)、功率驅動區(干擾源);
②.完成同一功能的電路,應儘量靠近放置,並調整各元器件以保證連線最為簡潔;同時,調整各功能塊間的相對位置使功能塊間的連線最簡潔;
③.對於質量大的元器件應考慮安裝位置和安裝強度;發熱元件應與溫度敏感元件分開放置,必要時還應考慮熱對流措施;
④.I/O驅動器件儘量靠近印刷板的邊、靠近引出接外掛程式;
⑤.時鐘產生器(如:晶振或鐘振)要儘量靠近用到該時鐘的器件;
⑥.在每個積體電路的電源輸入腳和地之間,需加一個去耦電容(一般採用高頻性能好的獨石電容);電路板空間較密時,也可在幾個積體電路周圍加一個鉭電容;
⑦.繼電器線圈處要加放電
二極體(1N4148即可);
⑧.布局要求要均衡,疏密有序,不能頭重腳輕或一頭沉。
需要特別注意,在放置元器件時,一定要考慮元器件的實際尺寸大小(所占面積和高度)、元器件之間的相對位置,以保證電路板的電氣性能和生產安裝的可行性和便利性同時,應該在保證上面原則能夠體現的前提下,適當修改器件的擺放,使之整齊美觀,如同樣的器件要擺放整齊、方向一致,不能擺得“錯落有致”。這個步驟關係到板子整體形象和下一步布線的難易程度,所以一點要花大力氣去考慮。布局時,對不太肯定的地方可以先作初步布線,充分考慮。
第四:布線。布線是整個PCB設計中最重要的工序。這將直接影響著PCB板的性能好壞。在PCB的設計過程中,布線一般有這么三種境界的劃分:首先是布通,這時PCB設計時的最基本的要求。如果線路都沒布通,搞得到處是飛線,那將是一塊不合格的板子,可以說還沒入門。其次是電器性能的滿足。這是衡量一塊印刷電路板是否合格的標準。這是在布通之後,認真調整布線,使其能達到最佳的電器性能。接著是美觀。假如你的布線布通了,也沒有什麼影響電器性能的地方,但是一眼看過去雜亂無章的,加上五彩繽紛、花花綠綠的,那就算你的電器性能怎么好,在別人眼裡還是垃圾一塊。這樣給測試和維修帶來極大的不便。布線要整齊劃一,不能縱橫交錯毫無章法。這些都要在保證電器性能和滿足其他個別要求的情況下實現,否則就是捨本逐末了。布線時主要按以下原則進行:
①.一般情況下,首先應對電源線和地線進行布線,以保證電路板的電氣性能。在條件允許的範圍內,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,最細寬度可達0.05~0.07mm,電源線一般為1.2~2.5mm。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(模擬電路的地則不能這樣使用);
②.預先對要求比較嚴格的線(如高頻線)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;
③.振盪器外殼接地,時鐘線要儘量短,且不能引得到處都是。時鐘振盪電路下面、特殊高速邏輯電路部分要加大地的面積,而不應該走其它信號線,以使周圍電場趨近於零;
④.儘可能採用45o的折線布線,不可使用90o折線,以減小高頻信號的輻射;(要求高的線還要用雙弧線);
⑤.任何信號線都不要形成環路,如不可避免,環路應儘量小;信號線的過孔要儘量少;
⑥.關鍵的線儘量短而粗,並在兩邊加上保護地;
⑦.通過扁平電纜傳送敏感信號和噪聲場帶信號時,要用“地線-信號-地線”的方式引出;
⑧.關鍵信號應預留測試點,以方便生產和維修檢測用;
⑨.原理圖布線完成後,應對布線進行最佳化;同時,經初步網路檢查和DRC檢查無誤後,對未布線區域進行地線填充,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。
PCB布線工藝要求:
①.線
一般情況下,信號線寬為0.3mm(12mil),電源線寬為0.77mm(30mil)或1.27mm(50mil);線與線之間和線與焊盤之間的距離大於等於0.33mm(13mil),實際套用中,條件允許時應考慮加大距離;布線密度較高時,可考慮(但不建議)採用IC腳間走兩根線,線的寬度為0.254mm(10mil),線間距不小於0.254mm(10mil)。
特殊情況下,當器件管腳較密,寬度較窄時,可按適當減小線寬和線間距。
②.焊盤(PAD)
焊盤(PAD)與過渡孔(VIA)的基本要求是:盤的直徑比孔的直徑要大於0.6mm;例如,通用插腳式電阻、電容和積體電路等,採用盤/孔尺寸1.6mm/0.8mm(63mil/32mil),插座、插針和二極體1N4007等,採用1.8mm/1.0mm(71mil/39mil)。實際套用中,應根據實際元件的尺寸來定,有條件時,可適當加大焊盤尺寸;PCB板上設計的元件安裝孔徑應比元件管腳的實際尺寸大0.2~0.4mm左右。
③.過孔(VIA)
一般為1.27mm/0.7mm(50mil/28mil);
當布線密度較高時,過孔尺寸可適當減小,但不宜過小,可考慮採用1.0mm/0.6mm(40mil/24mil)。
④.焊盤、線、過孔的間距要求
PADandVIA:≥0.3mm(12mil)
PADandPAD:≥0.3mm(12mil)
PADandTRACK:≥0.3mm(12mil)
TRACKandTRACK:≥0.3mm(12mil)
密度較高時:
PADandVIA:≥0.254mm(10mil)
PADandPAD:≥0.254mm(10mil)
PADandTRACK:≥0.254mm(10mil)
TRACKandTRACK:≥0.254mm(10mil)
第五:布線最佳化和絲印。“沒有最好的,只有更好的”!不管你怎么挖空心思的去設計,等你畫完之後,再去看一看,還是會覺得很多地方可以修改的。一般設計的經驗是:最佳化布線的時間是初次布線的時間的兩倍。感覺沒什麼地方需要修改之後,就可以鋪銅了(Place->polygonPlane)。鋪銅一般鋪地線(注意模擬地和數字地的分離),多層板時還可能需要鋪電源。時對於絲印,要注意不能被器件擋住或被過孔和焊盤去掉。同時,設計時正視元件面,底層的字應做鏡像處理,以免混淆層面。
第六:網路和DRC檢查和結構檢查。首先,在確定電路原理圖設計無誤的前提下,將所生成的PCB網路檔案與原理圖網路檔案進行物理連線關係的網路檢查(NETCHECK),並根據輸出檔案結果及時對設計進行修正,以保證布線連線關係的正確性;網路檢查正確通過後,對PCB設計進行DRC檢查,並根據輸出檔案結果及時對設計進行修正,以保證PCB布線的電氣性能。最後需進一步對PCB的機械安裝結構進行檢查和確認。
第七:製版。在此之前,最好還要有一個審核的過程。
PCB設計是一個考心思的工作,誰的心思密,經驗高,設計出來的板子就好。所以設計時要極其細心,充分考慮各方面的因數(比如說便於維修和檢查這一項很多人就不去考慮),精益求精,就一定能設計出一個好板子。