聽老工程師講解PCB布局經(jīng)驗
發(fā)布時間：2021-05-27
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對于電子產(chǎn)品來說，PCB設(shè)計是其從電原理圖變成一個具體產(chǎn)品必經(jīng)的一道設(shè)計工序，其設(shè)計的合理性與產(chǎn)品生產(chǎn)及產(chǎn)品質(zhì)量緊密相關(guān)。
而對于許多剛從事電子設(shè)計的人員來說，在這方面經(jīng)驗較少，雖然已學(xué)會了印制線路板設(shè)計軟件，但設(shè)計出的印制線路板常有這樣那樣的問題，而許多電子刊物上少有這方面文章介紹，該文作者曾多年從事印制線路板設(shè)計的工作，在此將印制線路板設(shè)計的點滴經(jīng)驗與大家分享，希望能起到拋磚引玉的作用。
板的布局：
PCB上的元器件放置的通常順序：
放置與結(jié)構(gòu)有緊密配合的固定位置的元器件，如電源插座、指示燈、開關(guān)、連接件之類，這些器件放置好后用軟件的LOCK功能將其鎖定，使之以后不會被誤移動；
放置線路上的特殊元件和大的元器件，如發(fā)熱元件、變壓器、IC等；
放置小器件。元器件離板邊緣的距離：可能的話所有的元器件均放置在離板的邊緣3mm以內(nèi)或至少大于板厚，這是由于在大批量生產(chǎn)的流水線插件和進(jìn)行波峰焊時，要提供給導(dǎo)軌槽使用，同時也為了防止由于外形加工引起邊緣部分的缺損，如果印制線路板上元器件過多，不得已要超出3mm范圍時，可以在板的邊緣加上3mm的輔邊，輔邊開V形槽，在生產(chǎn)時用手掰斷即可。
高低壓之間的隔離：在許多PCB上同時有高壓電路和低壓電路，高壓電路部分的元器件與低壓部分要分隔開放置，隔離距離與要承受的耐壓有關(guān)，通常情況下在2000kV時板上要距離2mm，在此之上以比例算還要加大，例如若要承受3000V的耐壓測試，則高低壓線路之間的距離應(yīng)在3.5mm以上，許多情況下為避免爬電，還在印制線路板上的高低壓之間開槽。
PCB的走線：
印制導(dǎo)線的布設(shè)應(yīng)盡可能的短，在高頻回路中更應(yīng)如此；印制導(dǎo)線的拐彎應(yīng)成圓角，而直角或尖角在高頻電路和布線密度高的情況下會影響電氣性能；當(dāng)兩面板布線時，兩面的導(dǎo)線宜相互垂直、斜交、或彎曲走線，避免相互平行，以減小寄生耦合；作為電路的輸入及輸出用的印制導(dǎo)線應(yīng)盡量避免相鄰平行，以免發(fā)生回授，在這些導(dǎo)線之間比較好加接地線。
印制導(dǎo)線的寬度：
導(dǎo)線寬度應(yīng)以能滿足電氣性能要求而又便于生產(chǎn)為宜，它的比較小值以承受的電流大小而定，但比較小不宜小于0.2mm，在高密度、高精度的印制線路中，導(dǎo)線寬度和間距一般可取0.3mm；導(dǎo)線寬度在大電流情況下還要考慮其溫升，單面板實驗表明，當(dāng)銅箔厚度為50μm、導(dǎo)線寬度1～1.5mm、通過電流2A時，溫升很小，因此，一般選用1～1.5mm寬度導(dǎo)線就可能滿足設(shè)計要求而不致引起溫升。
印制導(dǎo)線的公共地線應(yīng)盡可能地粗，可能的話，使用大于2～3mm的線條，這點在帶有微處理器的電路中尤為重要，因為當(dāng)?shù)鼐€過細(xì)時，由于流過的電流的變化，地電位變動，微處理器定時信號的電平不穩(wěn)，會使噪聲容限劣化；在DIP封裝的IC腳間走線，可應(yīng)用10-10與12-12原則，即當(dāng)兩腳間通過2根線時，焊盤直徑可設(shè)為50mil、線寬與線距都為10mil，當(dāng)兩腳間只通過1根線時，焊盤直徑可設(shè)為64mil、線寬與線距都為12mil。
印制導(dǎo)線的間距：
相鄰導(dǎo)線間距必須能滿足電氣安全要求，而且為了便于操作和生產(chǎn)，間距也應(yīng)盡量寬些。比較小間距至少要能適合承受的電壓。這個電壓一般包括工作電壓、附加波動電壓以及其它原因引起的峰值電壓。如果有關(guān)技術(shù)條件允許導(dǎo)線之間存在某種程度的金屬殘粒，則其間距就會減小。因此設(shè)計者在考慮電壓時應(yīng)把這種因素考慮進(jìn)去。在布線密度較低時，信號線的間距可適當(dāng)?shù)丶哟?，對高、低電平懸殊的信號線應(yīng)盡可能地短且加大間距。
印制導(dǎo)線的屏蔽與接地：
印制導(dǎo)線的公共地線，應(yīng)盡量布置在印制線路板的邊緣部分。在PCB上應(yīng)盡可能多地保留銅箔做地線，這樣得到的屏蔽效果，比一長條地線要好，傳輸線特性和屏蔽作用將得到改善，另外起到了減小分布電容的作用。
印制導(dǎo)線的公共地線比較好形成環(huán)路或網(wǎng)狀，這是因為當(dāng)在同一塊板上有許多集成電路，特別是有耗電多的元件時，由于圖形上的限制產(chǎn)生了接地電位差，從而引起噪聲容限的降低，當(dāng)做成回路時，接地電位差減小。
另外，接地和電源的圖形盡可能要與數(shù)據(jù)的流動方向平行，這是壓制噪聲能力增強的秘訣；多層PCB可采取其中若干層作屏蔽層，電源層、地線層均可視為屏蔽層，一般地線層和電源層設(shè)計在多層印制線路板的內(nèi)層，信號線設(shè)計在內(nèi)層和外層。
而對于許多剛從事電子設(shè)計的人員來說，在這方面經(jīng)驗較少，雖然已學(xué)會了印制線路板設(shè)計軟件，但設(shè)計出的印制線路板常有這樣那樣的問題，而許多電子刊物上少有這方面文章介紹，該文作者曾多年從事印制線路板設(shè)計的工作，在此將印制線路板設(shè)計的點滴經(jīng)驗與大家分享，希望能起到拋磚引玉的作用。
板的布局：
PCB上的元器件放置的通常順序：
放置與結(jié)構(gòu)有緊密配合的固定位置的元器件，如電源插座、指示燈、開關(guān)、連接件之類，這些器件放置好后用軟件的LOCK功能將其鎖定，使之以后不會被誤移動；
放置線路上的特殊元件和大的元器件，如發(fā)熱元件、變壓器、IC等；
放置小器件。元器件離板邊緣的距離：可能的話所有的元器件均放置在離板的邊緣3mm以內(nèi)或至少大于板厚，這是由于在大批量生產(chǎn)的流水線插件和進(jìn)行波峰焊時，要提供給導(dǎo)軌槽使用，同時也為了防止由于外形加工引起邊緣部分的缺損，如果印制線路板上元器件過多，不得已要超出3mm范圍時，可以在板的邊緣加上3mm的輔邊，輔邊開V形槽，在生產(chǎn)時用手掰斷即可。
高低壓之間的隔離：在許多PCB上同時有高壓電路和低壓電路，高壓電路部分的元器件與低壓部分要分隔開放置，隔離距離與要承受的耐壓有關(guān)，通常情況下在2000kV時板上要距離2mm，在此之上以比例算還要加大，例如若要承受3000V的耐壓測試，則高低壓線路之間的距離應(yīng)在3.5mm以上，許多情況下為避免爬電，還在印制線路板上的高低壓之間開槽。
PCB的走線：
印制導(dǎo)線的布設(shè)應(yīng)盡可能的短，在高頻回路中更應(yīng)如此；印制導(dǎo)線的拐彎應(yīng)成圓角，而直角或尖角在高頻電路和布線密度高的情況下會影響電氣性能；當(dāng)兩面板布線時，兩面的導(dǎo)線宜相互垂直、斜交、或彎曲走線，避免相互平行，以減小寄生耦合；作為電路的輸入及輸出用的印制導(dǎo)線應(yīng)盡量避免相鄰平行，以免發(fā)生回授，在這些導(dǎo)線之間比較好加接地線。
印制導(dǎo)線的寬度：
導(dǎo)線寬度應(yīng)以能滿足電氣性能要求而又便于生產(chǎn)為宜，它的比較小值以承受的電流大小而定，但比較小不宜小于0.2mm，在高密度、高精度的印制線路中，導(dǎo)線寬度和間距一般可取0.3mm；導(dǎo)線寬度在大電流情況下還要考慮其溫升，單面板實驗表明，當(dāng)銅箔厚度為50μm、導(dǎo)線寬度1～1.5mm、通過電流2A時，溫升很小，因此，一般選用1～1.5mm寬度導(dǎo)線就可能滿足設(shè)計要求而不致引起溫升。
印制導(dǎo)線的公共地線應(yīng)盡可能地粗，可能的話，使用大于2～3mm的線條，這點在帶有微處理器的電路中尤為重要，因為當(dāng)?shù)鼐€過細(xì)時，由于流過的電流的變化，地電位變動，微處理器定時信號的電平不穩(wěn)，會使噪聲容限劣化；在DIP封裝的IC腳間走線，可應(yīng)用10-10與12-12原則，即當(dāng)兩腳間通過2根線時，焊盤直徑可設(shè)為50mil、線寬與線距都為10mil，當(dāng)兩腳間只通過1根線時，焊盤直徑可設(shè)為64mil、線寬與線距都為12mil。
印制導(dǎo)線的間距：
相鄰導(dǎo)線間距必須能滿足電氣安全要求，而且為了便于操作和生產(chǎn)，間距也應(yīng)盡量寬些。比較小間距至少要能適合承受的電壓。這個電壓一般包括工作電壓、附加波動電壓以及其它原因引起的峰值電壓。如果有關(guān)技術(shù)條件允許導(dǎo)線之間存在某種程度的金屬殘粒，則其間距就會減小。因此設(shè)計者在考慮電壓時應(yīng)把這種因素考慮進(jìn)去。在布線密度較低時，信號線的間距可適當(dāng)?shù)丶哟?，對高、低電平懸殊的信號線應(yīng)盡可能地短且加大間距。
印制導(dǎo)線的屏蔽與接地：
印制導(dǎo)線的公共地線，應(yīng)盡量布置在印制線路板的邊緣部分。在PCB上應(yīng)盡可能多地保留銅箔做地線，這樣得到的屏蔽效果，比一長條地線要好，傳輸線特性和屏蔽作用將得到改善，另外起到了減小分布電容的作用。
印制導(dǎo)線的公共地線比較好形成環(huán)路或網(wǎng)狀，這是因為當(dāng)在同一塊板上有許多集成電路，特別是有耗電多的元件時，由于圖形上的限制產(chǎn)生了接地電位差，從而引起噪聲容限的降低，當(dāng)做成回路時，接地電位差減小。
另外，接地和電源的圖形盡可能要與數(shù)據(jù)的流動方向平行，這是壓制噪聲能力增強的秘訣；多層PCB可采取其中若干層作屏蔽層，電源層、地線層均可視為屏蔽層，一般地線層和電源層設(shè)計在多層印制線路板的內(nèi)層，信號線設(shè)計在內(nèi)層和外層。
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