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聲明：本文信息均來(lái)源于網(wǎng)絡(luò ) 僅供學(xué)習 交流之用 版權歸屬原作者 我是在2006年的12月25號第一次接觸到protel99se，這種接觸當然是指利用protel99se來(lái)做實(shí)際的產(chǎn)品，關(guān)于PCB設計軟件，我當時(shí)在研究所的時(shí)候還接受過(guò)目前最先進(jìn)的PCB設計軟件cadence15.2的培訓，可是并沒(méi)有用來(lái)做實(shí)際的產(chǎn)品設計，所以，對該軟件的理解也很有限。到現在位置，也一年多了，介于自身的原因，感覺(jué)對PCB設計的領(lǐng)悟還不夠深刻，還好，從做EPS的ECU這部分的設計以來(lái)，得到劉老師的悉心指點(diǎn)，所以，終于有了那么一點(diǎn)點(diǎn)體會(huì )！ 一．布局和布線(xiàn)是PCB設計中的兩個(gè)最重要的內容 所謂布局就是把電路圖上所有的元器件都合理地安排到有限面積的PCB上。最關(guān)鍵的問(wèn)題是：開(kāi)關(guān)、按鈕、旋鈕等操作件，以及結構件（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“特殊元件”）等，必須被安排在指定的位置上；其他元器件的位置安排，必須同時(shí)兼顧到布線(xiàn)的布通率和電氣性能的最優(yōu)化，以及今后的生產(chǎn)工藝和造價(jià)等多方面因素。這種“兼顧”往往是對硬件設計師水平和經(jīng)驗的挑戰。 布線(xiàn)就是在布局之后，通過(guò)設計銅箔的走線(xiàn)圖，按照原理圖連通所有的走線(xiàn)。顯然，布局的合理程度直接影響布線(xiàn)的成功率，往往在布線(xiàn)過(guò)程中還需要對布局作適當的調整。布線(xiàn)設計可以采用雙層走線(xiàn)和單層走線(xiàn)，對于極其復雜的設計也可以考慮采用多層布線(xiàn)方案，但為了降低產(chǎn)品的造價(jià)，一般應盡量采用單層布線(xiàn)方案。結合自己做過(guò)雙面板和四層板的設計。 二、ＰＣＢ設計的一般原則 1.ＰＣＢ尺寸大小和形狀的確定 ??首先根據產(chǎn)品的機械結構確定。當空間位置較富余時(shí)，應盡量選擇小面積的ＰＣＢ。因為面積太大時(shí)，印制線(xiàn)條長(cháng)，阻抗增加，抗噪聲能力下降，成本也增加，但還要充分考慮到元器件的散熱和鄰近走線(xiàn)易受干擾等因素。 ??就目前我們這個(gè)項目來(lái)說(shuō)，我對機械設計對PCB設計的影響的體會(huì )是相當深的， 不一般吧，這三塊板子，那塊是規規矩矩的，這都是由于我們產(chǎn)品自身的原因導致機械結構的特殊，而機械結構的特殊，就對電路板本身的外形結構進(jìn)行的限制和規定。電路板之間的信號連接也有了相應的特性要求。但這些都是不能避免的，因為產(chǎn)品為市場(chǎng)所要求，市場(chǎng)的變化多端的，所以產(chǎn)品也是變化多端的，設計為產(chǎn)品而服務(wù)。 ??2.布局 ??特殊元件的布局原則 ? ??①盡可能縮短高頻元器件之間的連線(xiàn)，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(xiàn)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(shí)手不易觸及的地方。?? ??③重量超過(guò)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(fā)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(wèn)題。熱敏元件應遠離發(fā)熱元件。 ? ??④對于電位器、可調電感線(xiàn)圈、可變電容器、微動(dòng)開(kāi)關(guān)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于調節的地方；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PCB定位孔及固定支架所占用的位置。 ?以上各條都是需要做過(guò)對應的相關(guān)設計采用較深的體會(huì )，第二條我的體會(huì )最淺，因為沒(méi)有做過(guò)這種元件和導線(xiàn)之間有較高電壓差的這種PCB。其他幾條都還是有所體會(huì )的，主要就是一個(gè)原則：做出來(lái)的板子要和它周?chē)慕Y構兼容，要和放在它上面的元件兼容，要滿(mǎn)足一些基本的電氣要求。 ??• 普通元器件的布局原則 ? ??①按照電路的流程安排各個(gè)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流向。 ??這一條我體會(huì )很深，第一次做板子的時(shí)候，面對幾百個(gè)花花綠綠的元件，完全不知道該這么去把它們組織都一起去，當時(shí)就奇怪憑什么這個(gè)元件要這樣放，那個(gè)元件要那樣放。就是因為心里沒(méi)有這條原則，原來(lái)自己布局出來(lái)的板子，在利用自動(dòng)布線(xiàn)時(shí)，布通率是很低的，后來(lái)，做多了，就慢慢的體會(huì )到了這一入門(mén)級的基本原則。 在首先滿(mǎn)足機械結構的前提下，在給定的平面空間里，布局的基本原則就是按照電路的流程來(lái)安排各個(gè)電路單元的位置。 其實(shí)這一條解釋了，如何對各個(gè)主要元件進(jìn)行布局。 ??②以每個(gè)功能電路的核心元件為中心，圍繞它來(lái)進(jìn)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(xiàn)和連接。 ?? 這是在滿(mǎn)足第一原則的前提下，盡一步的更細的解釋了如何對電阻電容這些分離元件進(jìn)行正確的布局。 ??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(guān)．而且裝焊容易．易于批量生產(chǎn)。 ??我做過(guò)的高頻電路最大的為270MHz，但是，由于當時(shí)的種種原因，導致了對這種理解不是很深刻，當時(shí)也是在有經(jīng)驗的人的指導下完成了，又因為只做過(guò)一種這樣的高頻板，所以對如何通過(guò)考慮元件的分布參數來(lái)布局不能理解。目前，我們異步電機ECU部分的信號最高頻率為控制電機用的PWM信號，約為30KHz左右。（晶振為8MHz的晶振，都是在布局過(guò)程中，晶振和8346的距離很近，幾乎直接輸出到8346，而且只有這一個(gè)地方，所以可以不用考慮。）所以幾乎完成可以不用考慮元件的高頻特性。 ??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(cháng)寬比為３：２成４：３。電路板面尺寸大于２００ｘ１５０ｍｍ時(shí)．應考慮電路板所受的機械強度。 ??這一條通過(guò)最近的工作，我還是有較為深刻的體會(huì )的，元器件離電路板邊緣一般不小于２ｍｍ，這主要是考慮了在對PCB裝配進(jìn)行外協(xié)大規模加工的時(shí)候，留給貼片機器的夾持距離。 ??3．布線(xiàn) ? ??①相同信號的電路模塊輸入端與輸出端的導線(xiàn)應盡量避免相鄰平行。最好加線(xiàn)間地線(xiàn)，以免發(fā)生反饋藕合。 ?? ??②印制銅鉑導線(xiàn)的最小寬度主要由導線(xiàn)與絕緣基扳間的粘附強度和流過(guò)它們的電流值決定。當銅箔厚度為 ０．０５ｍｍ，導線(xiàn)寬度為１．５ｍｍ時(shí)，通過(guò)２Ａ的電流，溫升不會(huì )高于３℃，可滿(mǎn)足一般的設計要求，其他情況下的銅鉑寬度選擇可依次類(lèi)推。對于集成電路，尤其是數字電路，通常選０．０２－０．３ｍｍ導線(xiàn)寬度就可以了。當然，只要允許，還是盡可能用寬線(xiàn)．尤其是電源線(xiàn)和地線(xiàn)。導線(xiàn)的最小間距主要由最壞情況下的線(xiàn)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，可使間距小至０．５ｍｍ。 ? ??③由于直角或銳角在高頻電路中會(huì )影響電氣性能，因此印制銅鉑導線(xiàn)的拐彎處一般取圓弧形。此外，盡量避免使用大面積銅箔，否則．長(cháng)時(shí)間受熱時(shí)，易發(fā)生銅箔膨脹和脫落現象。必須用大面積銅箔時(shí)，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(chǎn)生的揮發(fā)性氣體。 其實(shí)原來(lái)我一直都沒(méi)有想過(guò)為什么在PCB設計完成后，要對PCB進(jìn)行敷銅，只是人家有經(jīng)驗的同事這樣做，我自己也這樣做，后來(lái)有了一點(diǎn)認識，以為敷銅就是用來(lái)連接各個(gè)地網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)。在做我們這個(gè)項目的時(shí)候，劉老師要求在敷銅前，將所有的地網(wǎng)絡(luò )都連接都一起，這才讓我認識到：敷銅并不是僅僅把各個(gè)地網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)連接到一起這么簡(jiǎn)單。查了一下資料，敷銅大概有以下幾個(gè)理由：1. 起屏蔽作用。2. PCB工藝要求。3. 可以保證信號完整性，給高頻數字信號一個(gè)完整的回流路徑。4.散熱。 三．做四層板時(shí)，如何分割內電層 在protel99中，內電層采用反轉顯示的方法顯示電源層上的圖件。放置在內部電源層上的導線(xiàn)及填充等物件在實(shí)際生產(chǎn)出來(lái)的電路板上是沒(méi)有銅箔的，而PCB電路板中沒(méi)有填充的區域在實(shí)際的電路板上卻是實(shí)心的銅箔。 如果需要多個(gè)電源網(wǎng)絡(luò )共享一個(gè)內部電源層時(shí)，就需要對內部電源層進(jìn)行分割，但是在分割內部電源層之前，用戶(hù)必須對具有電源網(wǎng)絡(luò )的焊盤(pán)和過(guò)孔進(jìn)行重新布局，盡量將具有同一個(gè)電源網(wǎng)絡(luò )的焊盤(pán)和過(guò)孔放置到一個(gè)相對集中的區域。 上面的兩段只是提了在進(jìn)行內電層分割時(shí)的大原則和首要原則，但是，在實(shí)踐中，分割內電層并不是如此的簡(jiǎn)單，我們還必須理解下面這個(gè)原則： 即：在進(jìn)行內電層分割時(shí)，隔離帶不要跨接在內電層連接焊盤(pán)上。 上圖的這個(gè)分割方式是沒(méi)有問(wèn)題的，隔離帶是不能跨接在內電層連接焊盤(pán)上，但是可以跨接在連接焊盤(pán)上。 一、電路版設計的先期工作 1、利用原理圖設計工具繪制原理圖，并且生成對應的網(wǎng)絡(luò )表。當然，有些特殊情況下，如電路版比較簡(jiǎn)單，已經(jīng)有了網(wǎng)絡(luò )表等情況下也可以不進(jìn)行原理圖的設計，直接進(jìn)入PCB設計系統，在PCB設計系統中，可以直接取用零件封裝，人工生成網(wǎng)絡(luò )表。 2、手工更改網(wǎng)絡(luò )表 將一些元件的固定用腳等原理圖上沒(méi)有的焊盤(pán)定義到與它相通的網(wǎng)絡(luò )上，沒(méi)任何物理連接的可定義到地或保護地等。將一些原理圖和PCB封裝庫中引腳名稱(chēng)不一致的器件引腳名稱(chēng)改成和PCB封裝庫中的一致，特別是二、三極管等。 二、畫(huà)出自己定義的非標準器件的封裝庫 建議將自己所畫(huà)的器件都放入一個(gè)自己建立的PCB 庫專(zhuān)用設計文件。 三、設置PCB設計環(huán)境和繪制印刷電路的版框含中間的鏤空等 1、進(jìn)入PCB系統后的第一步就是設置PCB設計環(huán)境，包括設置格點(diǎn)大小和類(lèi)型，光標類(lèi)型，版層參數，布線(xiàn)參數等等。大多數參數都可以用系統默認值，而且這些參數經(jīng)過(guò)設置之后，符合個(gè)人的習慣，以后無(wú)須再去修改。 2、規劃電路版，主要是確定電路版的邊框，包括電路版的尺寸大小等等。在需要放置固定孔的地方放上適當大小的焊盤(pán)。對于3mm 的螺絲可用6.5~8mm的外徑和3.2~3.5mm 內徑的焊盤(pán)對于標準板可從其它板或PCB izard 中調入。 注意：在繪制電路版地邊框前，一定要將當前層設置成Keep Out層，即禁止布線(xiàn)層。 四、打開(kāi)所有要用到的PCB 庫文件后，調入網(wǎng)絡(luò )表文件和修改零件封裝 這一步是非常重要的一個(gè)環(huán)節，網(wǎng)絡(luò )表是PCB自動(dòng)布線(xiàn)的靈魂，也是原理圖設計與印象電路版設計的接口，只有將網(wǎng)絡(luò )表裝入后，才能進(jìn)行電路版的布線(xiàn)。 在原理圖設計的過(guò)程中，ERC檢查不會(huì )涉及到零件的封裝問(wèn)題。因此，原理圖設計時(shí)，零件的封裝可能被遺忘，在引進(jìn)網(wǎng)絡(luò )表時(shí)可以根據設計情況來(lái)修改或補充零件的封裝。 當然，可以直接在PCB內人工生成網(wǎng)絡(luò )表，并且指定零件封裝。 五、布置零件封裝的位置，也稱(chēng)零件布局 Protel99可以進(jìn)行自動(dòng)布局,也可以進(jìn)行手動(dòng)布局。如果進(jìn)行自動(dòng)布局，運行"Tools"下面的"Auto Place",用這個(gè)命令，你需要有足夠的耐心。布線(xiàn)的關(guān)鍵是布局，多數設計者采用手動(dòng)布局的形式。用鼠標選中一個(gè)元件，按住鼠標左鍵不放，拖住這個(gè)元件到達目的地，放開(kāi)左鍵，將該元件固定。Protel99在布局方面新增加了一些技巧。新的交互式布局選項包含自動(dòng)選擇和自動(dòng)對齊。使用自動(dòng)選擇方式可以很快地收集相似封裝的元件，然后旋轉、展開(kāi)和整理成組，就可以移動(dòng)到板上所需位置上了。當簡(jiǎn)易的布局完成后，使用自動(dòng)對齊方式整齊地展開(kāi)或縮緊一組封裝相似的元件。 提示：在自動(dòng)選擇時(shí)，使用Shift+X或Y和Ctrl+X或Y可展開(kāi)和縮緊選定組件的X、Y方向。 注意：零件布局，應當從機械結構散熱、電磁干擾、將來(lái)布線(xiàn)的方便性等方面綜合考慮。先布置與機械尺寸有關(guān)的器件，并鎖定這些器件，然后是大的占位置的器件和電路的核心元件，再是外圍的小元件。 六、根據情況再作適當調整然后將全部器件鎖定 假如板上空間允許則可在板上放上一些類(lèi)似于實(shí)驗板的布線(xiàn)區。對于大板子，應在中間多加固定螺絲孔。板上有重的器件或較大的接插件等受力器件邊上也應加固定螺絲孔，有需要的話(huà)可在適當位置放上一些測試用焊盤(pán)，最好在原理圖中就加上。將過(guò)小的焊盤(pán)過(guò)孔改大，將所有固定螺絲孔焊盤(pán)的網(wǎng)絡(luò )定義到地或保護地等。 放好后用VIEW3D 功能察看一下實(shí)際效果，存盤(pán)。 七、布線(xiàn)規則設置 布線(xiàn)規則是設置布線(xiàn)的各個(gè)規范（象使用層面、各組線(xiàn)寬、過(guò)孔間距、布線(xiàn)的拓樸結構等部分規則，可通過(guò)Design-Rules 的Menu 處從其它板導出后，再導入這塊板）這個(gè)步驟不必每次都要設置，按個(gè)人的習慣，設定一次就可以。 選Design-Rules 一般需要重新設置以下幾點(diǎn): 1、安全間距 它規定了板上不同網(wǎng)絡(luò )的走線(xiàn)焊盤(pán)過(guò)孔等之間必須保持的距離。一般板子可設為0.254mm，較空的板子可設為0.3mm，較密的貼片板子可設為0.2-0.22mm，極少數印板加工廠(chǎng)家的生產(chǎn)能力在0.1-0.15mm，假如能征得他們同意你就能設成此值。0.1mm 以下是絕對禁止的。 2、走線(xiàn)層面和方向（Routing標簽的RoutingLayers） 此處可設置使用的走線(xiàn)層和每層的主要走線(xiàn)方向。請注意貼片的單面板只用頂層，直插型的單面板只用底層，但是多層板的電源層不是在這里設置的（可以在Design-Layer Stack Manager中，點(diǎn)頂層或底層后，用Add Plane 添加，用鼠標左鍵雙擊后設置，點(diǎn)中本層后用Delete 刪除），機械層也不是在這里設置的（可以在Design-Mechanical Layer 中選擇所要用到的機械層，并選擇是否可視和是否同時(shí)在單層顯示模式下顯示）。 機械層1 一般用于畫(huà)板子的邊框； 機械層3 一般用于畫(huà)板子上的擋條等機械結構件； 機械層4 一般用于畫(huà)標尺和注釋等，具體可自己用PCB Wizard 中導出一個(gè)PCAT結構的板子看一下 3、過(guò)孔形狀（Routing標簽的RoutingVia Style） 它規定了手工和自動(dòng)布線(xiàn)時(shí)自動(dòng)產(chǎn)生的過(guò)孔的內、外徑，均分為最小、最大和首選值，其中首選值是最重要的，下同。 4、走線(xiàn)線(xiàn)寬 它規定了手工和自動(dòng)布線(xiàn)時(shí)走線(xiàn)的寬度。整個(gè)板范圍的首選項一般取0.2-0.6mm，另添加一些網(wǎng)絡(luò )或網(wǎng)絡(luò )組（Net Class）的線(xiàn)寬設置，如地線(xiàn)、+5 伏電源線(xiàn)、交流電源輸入線(xiàn)、功率輸出線(xiàn)和電源組等。網(wǎng)絡(luò )組可以事先在Design-Netlist Manager中定義好，地線(xiàn)一般可選1mm 寬度，各種電源線(xiàn)一般可選0.5-1mm 寬度，印板上線(xiàn)寬和電流的關(guān)系大約是每毫米線(xiàn)寬允許通過(guò)1安培的電流，具體可參看有關(guān)資料。當線(xiàn)徑首選值太大使得SMD 焊盤(pán)在自動(dòng)布線(xiàn)無(wú)法走通時(shí)，它會(huì )在進(jìn)入到SMD 焊盤(pán)處自動(dòng)縮小成最小寬度和焊盤(pán)的寬度之間的一段走線(xiàn)，其中Board 為對整個(gè)板的線(xiàn)寬約束，它的優(yōu)先級最低，即布線(xiàn)時(shí)首先滿(mǎn)足網(wǎng)絡(luò )和網(wǎng)絡(luò )組等的線(xiàn)寬約束條件。 5、敷銅連接形狀的設置（Manufacturing標簽的PolygonConnect Style） 建議用Relief Connect 方式導線(xiàn)寬度Conductor Width 取0.3-0.5mm 4 根導線(xiàn)45或90 度。 其余各項一般可用它原先的缺省值，而象布線(xiàn)的拓樸結構、電源層的間距和連接形狀匹配的網(wǎng)絡(luò )長(cháng)度等項可根據需要設置。 選Tools-Preferences，其中選項欄的InteractiveRouting 處選Push Obstacle （遇到不同網(wǎng)絡(luò )的走線(xiàn)時(shí)推擠其它的走線(xiàn)，Ignore Obstacle為穿過(guò)，Avoid Obstacle 為攔斷）模式并選中Automatically Remove （自動(dòng)刪除多余的走線(xiàn)）。Defaults 欄的Track 和Via 等也可改一下，一般不必去動(dòng)它們。 在不希望有走線(xiàn)的區域內放置FILL 填充層，如散熱器和臥放的兩腳晶振下方所在布線(xiàn)層，要上錫的在Top 或BottomSolder 相應處放FILL。 布線(xiàn)規則設置也是印刷電路版設計的關(guān)鍵之一，需要豐富的實(shí)踐經(jīng)驗。 |
