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基于Protel的PCB板圖設(shè)計(jì)

時(shí)間2014/08/22
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    隨著計(jì)算機(jī)的普及,電子CAD技術(shù)已不僅僅是高層次專業(yè)人員設(shè)計(jì)大規(guī)模集成電路的專用工具,特別是Protel軟件的出現(xiàn),使一般的工程技術(shù)人員也可以用它處理日常工作中的電路設(shè)計(jì)問題,提高工作效率。Protel是目前電路輔助設(shè)計(jì)(EDA)行業(yè)中使用最方便、操作最快捷、人性化界面最好的輔助工具,也是在中國用得最多的EDA工具。本文以Protel99 SE為設(shè)計(jì)工具,分析和探討PCB設(shè)計(jì)中的基本原則及經(jīng)驗(yàn)技巧。


一、快速確定PCB外形

    設(shè)計(jì)PCB先要確定電路板的外形,通常就是在禁止布線層畫出電氣的布線范圍。除非有特殊要求,一般電路板的形狀都為矩形,長(zhǎng)寬比一般為3:2或者4:3較為理想。在畫之前可以任意畫出兩條橫線和兩條豎線,然后利用“放置工具條”里的“設(shè)置原點(diǎn)”工具將某一條線段的端點(diǎn)設(shè)為原點(diǎn)即坐標(biāo)為(0,0),之后雙擊每一條線段,對(duì)其起點(diǎn)和終點(diǎn)的坐標(biāo)值進(jìn)行相應(yīng)的更改,使4條線段首尾相接,形成一個(gè)封閉的矩形框,電路板的外型確定也就完成了。如果在畫圖的過程中需要調(diào)整電路板的大小,只要修改每條線段的相應(yīng)坐標(biāo)值即可。從成本、敷銅線長(zhǎng)度、抗噪聲能力考慮,電路板尺寸越小越好,但是板尺寸太小,則散熱不良,且相鄰的導(dǎo)線容易引起干擾。不過,當(dāng)電路板的尺寸大于200mm×150mm時(shí),應(yīng)該考慮電路板的機(jī)械強(qiáng)度,適當(dāng)加裝固定孔,以便起到支撐的作用。


二、元件布局

    開始布局之前首先要通過網(wǎng)絡(luò)表載入元器件,這個(gè)過程中經(jīng)常會(huì)遇到網(wǎng)絡(luò)表無法完全載入的錯(cuò)誤,主要可歸為兩類:一類是找不到元件,解決方法是確認(rèn)原理圖中已定義元件的封裝形式,并確認(rèn)已添加相應(yīng)的PCB元件庫,若仍找不到元件就要自己造一個(gè)元件封裝了;另一類是丟失引腳,最常見的就是二極管、三極管的引腳丟失,這是由于原理圖中的引腳一般是字母A、K、E、B、C,而PCB元件的引腳則是數(shù)字1、2、3,解決方法就是更改原理圖的定義,或者更改PCB元件的定義使其一致即可。有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)者一般都會(huì)根據(jù)實(shí)際元件的封裝外形建立一個(gè)自己的PCB元件庫,使用方便而且不易出錯(cuò)。


進(jìn)行布局時(shí),必須要遵循一些基本規(guī)則:


(1)特殊元件特殊考慮

    高頻元件之間要盡量靠近,連線越短越好;具有高電位差的元件之間距離盡量加大;重量大的元器件應(yīng)該有支架固定;發(fā)熱的元件應(yīng)遠(yuǎn)離熱敏元件并加裝相應(yīng)的散熱片或置于板外;電位器、可調(diào)電感線圈、可變電容、微動(dòng)開關(guān)等可調(diào)元件的布局應(yīng)該考慮整機(jī)的結(jié)構(gòu)要求,以方便調(diào)節(jié)為準(zhǔn)??傊恍┨厥獾脑骷诓季謺r(shí)要從元件本身的特性、機(jī)箱的結(jié)構(gòu)、維修調(diào)試的方便性等多方面綜合考慮,以保證做出一塊穩(wěn)定、好用的PCB板。


(2)按照電路功能布局

    如果沒有特殊要求,盡可能按照原理圖的元件安排對(duì)元件進(jìn)行布局,通常情況下信號(hào)從左邊輸入、右邊輸出,從上邊輸入、下邊輸出。按照電路流程,安排各個(gè)功能電路單元的位置,使信號(hào)流通更加順暢并保持方向一致。另外,數(shù)字電路部分一定要與模擬電路部分分開布局,以減少干擾。


(3)絲印層的文字標(biāo)注

    為方便電路的安裝和維修,一般要在印刷板的上下兩表面印刷上所需要的標(biāo)志圖案和文字代號(hào),例如元件標(biāo)號(hào)和標(biāo)稱值、元件外廓形狀、廠家標(biāo)志等等,不少初學(xué)者經(jīng)常略去絲印層的設(shè)計(jì),或者只注意文字符號(hào)放置的整齊美觀,而實(shí)際制出PCB板后,板上的字符不是被元件擋住就是侵入了助焊區(qū)域被抹除,還有的把元件標(biāo)號(hào)打在相鄰元件上,造成裝配和維修的不便。正確的絲印層字符布置原則應(yīng)該是不出歧義、見縫插針、美觀大方。


三、布線

    這是PCB設(shè)計(jì)中的一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié),PCB布線有單面布線、雙面布線及多層布線。布線的方式有兩種:自動(dòng)布線及交互式布線。在布線過程中要注意以下幾個(gè)問題:


(1)線長(zhǎng)

    敷銅線要盡可能短,在高頻電路中更應(yīng)如此。敷銅線的拐彎處應(yīng)為圓角或斜角,直角或尖角在高頻電路和布線密度高的情況下會(huì)影響電氣性能。另外,在雙面布線時(shí),兩面的導(dǎo)線應(yīng)該相互垂直、斜交或彎曲走線,避免相互平行,以減少寄生電容。


(2)線寬

    敷銅線的寬度應(yīng)以能滿足電氣特性要求而又便于生產(chǎn)為準(zhǔn)則,它的最小值取決于流過它的電流,但是一般不宜小于0.2mm,如果板面積足夠大,敷銅線寬度最好不要低于0. 3mm。地線與電源線的關(guān)系是:地線>電源線>信號(hào)線,通常電源線寬度為1.2-2.5mm,信號(hào)線寬度為 0.2-0.3mm。


(3)線間距  

    相鄰敷銅線之間的間距應(yīng)該滿足電氣安全要求,同時(shí)為了便于生產(chǎn),間距應(yīng)該越寬越好。最小間距至少能夠承受所加電壓的峰值,一般要求2000V電位差之間的敷銅線距離應(yīng)該大于2mm。在布線密度低的情況下,間距應(yīng)該盡可能的大。通常線間距最好不要低于0.3 mm。


(4)屏蔽與接地

    敷銅線的公共地線應(yīng)該盡可能放在電路板的邊緣部分。在電路板上應(yīng)該盡可能多地保留銅箔做地線,這樣可以使屏蔽能力增強(qiáng)。


四、結(jié)論

    PCB板圖的設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜而又簡(jiǎn)單的過程。對(duì)于同一個(gè)電路或者同一臺(tái)儀器,即使元件和參數(shù)完全相同的電路,由于元件布局設(shè)計(jì)和電氣連線方向的不同會(huì)產(chǎn)生不同的結(jié)果,其結(jié)果可能存在很大的差異。因而,必須把如何正確設(shè)計(jì)印刷線路板元件布局的結(jié)構(gòu)和正確選擇布線方向及整體儀器的工藝結(jié)構(gòu)三方面聯(lián)合起來考慮,合理的工藝結(jié)構(gòu),既可消除因布線不當(dāng)而產(chǎn)生的嗓聲干擾,同時(shí)便于生產(chǎn)中的安裝、調(diào)試與檢修等。


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