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PCB 及其 设计技巧

PCB 及其 设计技巧. 目 录. 第一章： PCB 概述 第二章： PCB 设计流程 及 PCB Layout 设计 第三章： PCB Layout 技巧 第四章： EMC 基本知识. 第一章：. PCB 概述. 第一章： PCB 概述. 一、 PCB ： Printed Circuit Board —— 印刷电路板 二、 PCB 板的质量的决定因素： 基材的选用； 组成电路各要素的物理特性。. 第一章： PCB 概述.

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PCB 及其 设计技巧

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Presentation Transcript

  1. PCB及其 设计技巧

  2. 目 录 第一章：PCB概述 第二章：PCB设计流程 及PCB Layout设计 第三章：PCB Layout技巧 第四章：EMC基本知识

  3. 第一章： PCB概述

  4. 第一章：PCB概述 一、PCB： Printed Circuit Board——印刷电路板 二、PCB板的质量的决定因素： 基材的选用； 组成电路各要素的物理特性。

  5. 第一章：PCB概述 三、PCB的材料分类 1、刚性： （1）、酚醛纸质层压板 （2）、环氧纸质层压板 （3）、聚酯玻璃毡层压板 （4）、环氧玻璃布层压板 2、挠性 （1）、聚酯薄膜 （2）、聚酰亚胺薄膜 （3）、氟化乙丙烯薄膜

  6. 第一章：PCB概述 四、PCB基板材料种类及用途：

  7. 第一章：PCB概述 五、PCB板的种类： A、单面板（单面、双面丝印） B、双面板（单面、双面丝印） C、四层板（两层走线、电源、GND） D、六层板（四层走线、电源、GND） E、八层及以上多层板（n-2层走线、电源、GND） F、雕刻板

  8. 下料 内层钻孔 内层线路曝光 内层蚀刻 压合 棕化(黑化) 内层测试 内层检修 外层钻孔 黑孔 一次铜 干膜线路 防焊印刷 测试 去膜蚀刻 二次铜 喷锡 文字印刷 成型 测试 成品 第一章：PCB概述 六、多层PCB的基本制作工艺流程： 注：单层和双面PCB的基本工艺流程比多层工艺流程更简单，是在其基础上减除内层部分流程（即去除虚线框部分）。

  9. 第二章： PCB设计流程及 PCB Layout设计

  10. 第二章：PCB设计流程及PCB Layout设计 一、设计准备：对原理图进行分析和DRC检查；建立标准元件库；建立特殊元器件；印制板设计文件的建立；转网表。 二、网表输入：将转换好的网表进行输入。 三、规则设置：按照成品规格书的要求，将线宽、线距、层定义、过孔、全局参数等相关参数设置好。 四、手工布局：根据印制板安装结构尺寸要求画出边框，参照原理图，结合机构进行布局，检查布局。 五、手工布线：参照原理图进行预布线，检查布线是否符合电路模块要求；修改布线，并符合相应要求。 （自动布线：根据原理图和已设置好的规则，进行自动布线。要求原理图无差错、规则设置无误方可进行。） 六、检查完善：PCB制作初步完成，“铺铜”与“补铜”，进行连线、连通性、间距、“孤岛”、文字标识检查，并对其进行修改，使其符合要求。 七、CAM输出：检查无误后，生成底片，到此PCB板制作完成。

  11. 第二章：PCB设计流程及PCB Layout设计 一、设计准备：对原理图进行分析和DRC检查；建立标准元件库；建立特殊元器件；印制板设计文件的建立；转网表。 图例：

  12. 充电电路 PAD5_5P BAT1 1 D2 BAT1 D3 BAT3+ BAT4+ BAT2+ BAT2 D4 BAT4 2 CON3A_4 CON3A_3 BAT4 1 1 2 1 1 1 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 R3 R13 100k 100K R18 R17 100k 100k Q3 60ND02 BAT3 1 8 1 8 BAT2 VDD_12V 2 7 2 7 R16 10K 3 6 3 6 4 5 BAT3 Q2 R10 4 5 510 CON2A_2P CON2A_3P 60ND02 1 8 1 8 2 7 PAD5_5P 2 7 3 6 3 6 BAT4 4 5 BAT1 4 5 BAT2 10K R102 VDD_12V VDD_12V 3 R46 510 3 2 Q8 R11 510 CON2A_4P 2 Q6 1 1 第二章：PCB设计流程及PCB Layout设计 图例： BAT2 BAT3 BAT1+ BAT3 CON3A_6 CON3A_5 1 1 1 D5 2 1 1 R1 1 充电控制电路 BAT1 10K R14 VDD_12V 3 3 R12 510 2 Q7 2 Q5 1 1 R15 10K CON2A_1P

  13. 充电电压产生电路 接口电路 VDD_12V 1 CON3A_3 1 R4 2 CON3A_4 2 L1 3 CON3A_5 3 PAD5_5P 4 CON3A_6 4 3 CON3A 2 1 PWM 2 Q4 D1 C7 C6 + CON2A_1P 1 CON2A_2P 2 CON2A_3P R2 1 CON2A_4P 33 PAD5 PWM 1 GND 2 VDD_12V 3 VDD_5V 4 5 BAT4 6 第二章：PCB设计流程及PCB Layout设计 图例： Q1 4435 1 8 S D 2 7 S D 3 6 S D 4 5 G D CON2A 1 1 2 2 3 3 4 4 PAD5_5P

  14. PWM 输入反馈电路 热敏电阻/LED LED2 VDD_5V Q10 2 1 817C L04X 4 1 LED1 2 1 R104 L03X 3 2 9k 1 1 A E3 + 1uF 50V 1 1 B R103 200 TM3 1 1 C TM4 1 1 D 第二章：PCB设计流程及PCB Layout设计 LED4 图例： 2 1 LED3 2 1 R126 R103 200 VDD_12V 1k TM1 R106 2k TM2 3 3 Q11 1 KA431 VR2 2 1K 2 1 1 1 TEMP

  15. 第二章：PCB设计流程及PCB Layout设计 原理图规范分析及DRC 检验： 1、原理图使用模块化方式绘制，这样利于读原理图，又利于模块化布局。 2、原理图大部分的PCB封装要确认下来，个别器件没有封装，作个标志，利于我们建库、添加封装。 3、原理图的DRC检验（见右图）。

  16. 第二章：PCB设计流程及PCB Layout设计 三、规则设置：按照成品规格书的要求，将线宽、线距、层定义、过孔、全局参数等相关参数设置好。 二、网表输入：将转换好的网表进行输入。 PCB布局的一般规则： a、信号流畅，信号方向保持一致； b、核心元件为中心； c、在高频电路中，要考虑元器件的分布参数； d、特殊元器件的摆放位置； e、要考虑批量生产时，波峰焊及回流焊的锡流方向及加工传送PCB的工艺因素。

  17. 第二章：PCB设计流程及PCB Layout设计 四、手工布局：根据印制板安装结构尺寸要求画出边框，参照原理图，结合机构进行布局，检查布局。 1、布局前的准备： a、画出边框； b、定位孔和对接孔进行位置确认； c、板内元件局部的高度控制； d、重要网络的标志。 2、PCB布局的顺序： a、固定元件； b、有条件限制的元件； c、关键元件； d、面积比较大元件； e、零散元件。

  18. 第二章：PCB设计流程及PCB Layout设计 3、参照原理图，结合机构，进行布局。 4、布局检查： A、检查元件在二维、三维空间上是否有冲突。 B、元件布局是否疏密有序，排列整齐。 C、元件是否便于更换，插件是否方便。 D、热敏元件与发热元件是否有距离。 E、信号流程是否流畅且互连最短。 F、插头、插座等机械设计是否矛盾。 G、元件焊盘是否足够大。

  19. 第二章：PCB设计流程及PCB Layout设计 1、走线规律： A、走线方式: 尽量走短线，特别是小信号。 B、走线形状: 同一层走线改变方向时，应走斜线。 C、电源线与地线的设计: 40－100mil，高频线用地线屏蔽。 D、多层板走线方向: 相互垂直，层间耦合面积最小；禁止平行走线。 E、焊盘设计的控制 2、布线: 首先，进行预连线，看一下项目的可连通性怎样，并根据原理图及实际情况进行器件调整，使其更加有利于走线。 五、手工布线：参照原理图进行预布线，检查布线是否符合电路模块要求；修改布线，并符合相应要求。

  20. 第二章：PCB设计流程及PCB Layout设计 3、布线检查： (1)、间距是否合理，是否满足生产要求。 (2)、电源线和地线的宽度是否合适，电源与地线之间是否紧耦合（低的波阻抗）。 (3)、对于关键的信号线是否采取了最佳措施，输入线及输出线要明显地分开。 (4)、模拟电路和数字电路部分，是否有各自独立的地线。 (5)、后加在PCB中的图形（如图标、注标）是否会造成信号短路。 (6)、对一些不理想的线形进行修改。 (7)、在PCB上是否加有工艺线？阻焊是否符合生产工艺的要求，阻焊尺寸是否合适，字符标志是否压在器件焊盘上，以免影响电装质量。 (8)、多层板中的电源地层的外框边缘是否缩小，如电源地层的铜箔露出板外容易造成短路。

  21. 第二章：PCB设计流程及PCB Layout设计 附：自动布线：根据原理图和已设置好的规则，进行自动布线。要求原理图无差错、规则设置无误方可进行。 一般只要原理图和规则设置好后，自动布线一旦成功，基本上设计的电气方面不会有太大的问题，但有些地方的布线位置及走线方向可能还需要进行手工调整。

  22. 第二章：PCB设计流程及PCB Layout设计 六、检查完善：PCB制作初步完成，“铺铜”与“补铜”，进行连线、连通性、间距、“孤岛”、文字标识检查，并对其进行修改，使其符合要求。 检查线路，进行铺铜和补铜处理，重新排列元件标识；通过检查窗口，对项目进行间距、连通性检查。

  23. 双列插装元件 第二章：PCB设计流程及PCB Layout设计 PCB检查： 1、检查线路设计是否与原理图设计思想一致。 2、检查定位孔与PCB的大小，以及固定键安装位置是否与机构相吻合。 3、结合EMC知识，看PCB 是否有不符合EMC常规的线路。 4、检查PCB封装是否与实物相对应。

  24. 第二章：PCB设计流程及PCB Layout设计 七、CAM输出：检查无误后，生成底片，并作CAM350检查。到此PCB板制作完成。 最后的CAM350检查无误后， PCB设计就完成了，就可以送底片了。 设计完成，记得存档。

  25. 第三章： PCB Layout设计技巧

  26. 第三章：PCB Layout设计技巧 1、为确保正确实现电路，应遵循的设计准则： • 尽量采用地平面作为电流回路； • 将模拟地平面和数字地平面分开； • 如果地平面被信号走线隔断，为降低对地电流回路的干扰，应使信号走线与地平面垂直； • 模拟电路尽量靠近电路板边缘放置，数字电路尽量靠近电源连接端放置，这样做可以降低由数字开关引起的di/dt效应。 分隔开的地平面有时比连续的地平面有效

  27. 第三章：PCB Layout设计技巧 2、无地平面时的电流回路设计 • 如果使用走线，应将其尽量加粗 • 应避免地环路 • 如果不能采用地平面，应采用星形连接策略 • 数字电流不应流经模拟器件 • 高速电流不应流经低速器件 如果不能采用地平面，可以采用“星形”布线策略来处理电流回路

  28. 电源接口 IC电源输入 电源接口 IC电源输入 第三章：PCB Layout设计技巧 3、旁路电容或去耦电容

  29. 第三章：PCB Layout设计技巧 4、布局规划 模拟电路放置在线路的末端

  30. 第三章：PCB Layout设计技巧 5、印制导线宽度与容许电流： 6、高频数字电路PCB布线规则： • 高频数字信号线要用短线。 • 主要信号线集中在pcb板中心。 • 时钟发生电路应在板的中心附近，时钟扇出应采用菊链式和并联布线。 • 电源线应远离高频数字信号线，或用地线隔开，电路布局必须减少电流回路，电源的分布必须是低感应的（多路设计) • 输入与输出之间的导线避免平行。

  31. 第三章：PCB Layout设计技巧 7、布线的注意事项： • 专用地线、电源线宽度应大于1mm。 • 其走线应成“井”字型排列，以便是分部电流平衡。 • 尽可能的缩短高频器件之间的连线，设法减少它们之间地分布参数和相互间的信号干扰。 • 某些元器件或导线可能有较高的电位差，应加大它们的间距，避免放电引起意外短路。 • 尽量加大电源线宽度，减少环路电阻，电源线、地线的走向和数据传递方向一致，有助于增强抗干扰能力。 • 当频率高于100k时，趋附效应就十分严重，高频电阻增大。

  32. 第四章： EMC基本知识

  33. 第四章： EMC基本知识 一、电磁兼容（Electromagnetic Compatibility--EMC） 是指设备或系统在其电磁环境中正常工作且不对该环境中的任何事物构成不能承受的电磁干扰的能力。 两个含义：1、“污染”，2、防御。 电磁噪声耦合途径

  34. 共模干扰 Ic共 Ic共 V共 V共 Ic共 差模干扰 I差 V差 I差 第四章： EMC基本知识 电磁噪声传播途径 干扰

  35. 第四章： EMC基本知识 二、系 统 接 地 接地按主要功能划分： 安全地 信号地 机壳地 屏蔽地 1、安全接地子系统: A、防止设备漏电的安全接地（见右图）； B、防止雷击的安全接地： 使用高建筑物避雷针技术。 防雷保护面积：9πh2 （h：避雷针离地面的高度）

  36. 第四章： EMC基本知识 2、信号地子系统： 信号地系统的几种形式：单点接地系统、多点地网或地平面接地系统、复合接地系统、浮地。 （1）、单点接地系统： （2）、多点地网或地平面接地系统： 多用于高频（>10MHz）电路。

  37. 第四章： EMC基本知识 比较大型设备机壳接地 3、机壳接地子系统：

  38. 第四章： EMC基本知识 4、集中控制组合装置接地系统 在控制装置与功率变换装置中，专门设置了噪声地线，一般为继电器、接触器、马达专用，两装置之间的控制与反馈电路均采用屏蔽电缆连接，并与功率变换输出电缆及电力电缆尽量远离，其屏蔽层屏蔽层正确接地，系统分布范围通常以15m为限制为佳。

  39. 第四章： EMC基本知识 5、大型分散组合系统的接地系统 • 此接法基于地平面及地栅网具有优良接地性能地优点； • 计算机集中监控系统必须配置专用的计算机接地系统，禁止也与其他系统接地相连，并保持足够远的距离； • 信号传送必须经过信号隔离与良好的屏蔽。

  40. 第四章： EMC基本知识 6、计算机集中监控室的接地系统 • 交流进线部分用EMI滤波器，将电网与系统的瞬态及高频噪声加以有效地隔离； • 供电柜的电源变压器采用双屏蔽，将变压器的原副边绕组之间的漏电容减少到几个pf左右，保证电网任何瞬态噪声均不会进入计算机主控电源； • 监控室的IN/OUT信号线，均采用屏蔽电缆，屏蔽层正确接地。

  41. 第四章： EMC基本知识 三、屏 蔽 1、屏 蔽 技 术 屏蔽电场的条件：完善的屏蔽及屏蔽体良好接地。 2、磁 场 技 术 （1）、采用高磁导率材料地屏蔽体进行磁屏蔽 （2）、采用反向磁场抵消的办法，实现磁屏蔽 A图可以屏蔽高频干扰源磁场，W 》Wc时，Is约＝I1。 B图可以用来屏蔽低频磁场。W < Wc 时，Is<I1,随着W的降低，越来越多的电流将从地阻抗分流，因而达不到目的。

  42. 方框图 原理图 第四章： EMC基本知识 四、滤 波 1、电源EMI滤波器与电源滤波器 • 电源EMI滤波器：IN端通常与噪声源相连，OUT端与电网相连，主要目的是防止由电力电子装置产生的传导行噪声进入电网； • 电源滤波器： IN端与电网相连，OUT端与电子设备直接相连，主要目的是防止电网输电线中的各种高频及瞬态噪声，通过传导耦合进入电子装置，对其进行干扰。 2、 EMI滤波器 （1） EMI的基本电路

  43. 第四章： EMC基本知识 （2） EMI滤波器的电路结构 A:低的源和负载阻抗 B:高的源和负载阻抗 C:低的源阻抗和高的负载阻抗 D:高的源阻抗和低的负载阻抗

  44. 第四章： EMC基本知识 （3）电源EMI滤波器允许的最大串联电感： Lmax=△Umax/2πfmIm △Umax:允许电感器上的电压降； Lmax :允许串连电感的数值 Fm :电网频率； Im :网测额定工作电流 （4）电源EMI滤波器允许的最大滤波电容： Cy=Ig/ (Um*2 πfm) Cy :最大滤波电容； Ig :接地漏电流 Um :电网电压； fm :电网频率 对于小功率电子设备： Lmax Cmax＝100uHuF

  45. 谢 谢 大 家！

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