PCB布線技術(shù):一個(gè)布線工程師談PCB設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)

??? 一般PCB基本設(shè)計(jì)流程如下：前期準(zhǔn)備->PCB結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)->PCB布局->布線->布線優(yōu)化和絲印->網(wǎng)絡(luò)和DRC檢查和結(jié)構(gòu)檢查->制版。
??? 第一：前期準(zhǔn)備。這包括準(zhǔn)備元件庫(kù)和原理圖?！肮び破涫?，必先利其器”，要做出一塊好的板子，除了要設(shè)計(jì)好原理之外，還要畫得好。在進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)之前，首先要準(zhǔn)備好原理圖SCH的元件庫(kù)和PCB的元件庫(kù)。元件庫(kù)可以用peotel 自帶的庫(kù)，但一般情況下很難找到合適的，最好是自己根據(jù)所選器件的標(biāo)準(zhǔn)尺寸資料自己做元件庫(kù)。原則上先做PCB的元件庫(kù)，再做SCH的元件庫(kù)。PCB的元件庫(kù)要求較高，它直接影響板子的安裝；SCH的元件庫(kù)要求相對(duì)比較松，只要注意定義好管腳屬性和與PCB元件的對(duì)應(yīng)關(guān)系就行。PS：注意標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中的隱藏管腳。之后就是原理圖的設(shè)計(jì)，做好后就準(zhǔn)備開(kāi)始做PCB設(shè)計(jì)了。
??? 第二：PCB結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。這一步根據(jù)已經(jīng)確定的電路板尺寸和各項(xiàng)機(jī)械定位，在PCB 設(shè)計(jì)環(huán)境下繪制PCB板面，并按定位要求放置所需的接插件、按鍵/開(kāi)關(guān)、螺絲孔、裝配孔等等。并充分考慮和確定布線區(qū)域和非布線區(qū)域（如螺絲孔周圍多大范圍屬于非布線區(qū)域）。
??? 第三：PCB布局。布局說(shuō)白了就是在板子上放器件。這時(shí)如果前面講到的準(zhǔn)備工作都做好的話，就可以在原理圖上生成網(wǎng)絡(luò)表（Design->Create Netlist），之后在PCB圖上導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表（Design->Load Nets）。就看見(jiàn)器件嘩啦啦的全堆上去了，各管腳之間還有飛線提示連接。然后就可以對(duì)器件布局了。一般布局按如下原則進(jìn)行：
????? ①． 按電氣性能合理分區(qū)，一般分為：數(shù)字電路區(qū)(即怕干擾、又產(chǎn)生干擾)、模擬電路區(qū)(怕干擾)、功率驅(qū)動(dòng)區(qū)（干擾源）；
????? ②． 完成同一功能的電路，應(yīng)盡量靠近放置，并調(diào)整各元器件以保證連線最為簡(jiǎn)潔；同時(shí)，調(diào)整各功能塊間的相對(duì)位置使功能塊間的連線最簡(jiǎn)潔；
????? ③． 對(duì)于質(zhì)量大的元器件應(yīng)考慮安裝位置和安裝強(qiáng)度；發(fā)熱元件應(yīng)與溫度敏感元件分開(kāi)放置，必要時(shí)還應(yīng)考慮熱對(duì)流措施；
????? ④． I/O驅(qū)動(dòng)器件盡量靠近印刷板的邊、靠近引出接插件；
????? ⑤． 時(shí)鐘產(chǎn)生器（如：晶振或鐘振）要盡量靠近用到該時(shí)鐘的器件；
????? ⑥． 在每個(gè)集成電路的電源輸入腳和地之間，需加一個(gè)去耦電容（一般采用高頻性能好的獨(dú)石電容）；電路板空間較密時(shí)，也可在幾個(gè)集成電路周圍加一個(gè)鉭電容。
????? ⑦． 繼電器線圈處要加放電二極管（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(shí)，一定要考慮元器件的實(shí)際尺寸大?。ㄋ济娣e和高度）、元器件之間的相對(duì)位置，以保證電路板的電氣性能和生產(chǎn)安裝的可行性和便利性同時(shí)，應(yīng)該在保證上面原則能夠體現(xiàn)的前提下，適當(dāng)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(cuò)落有致” 。
這個(gè)步驟關(guān)系到板子整體形象和下一步布線的難易程度，所以一點(diǎn)要花大力氣去考慮。布局時(shí)，對(duì)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(gè)PCB設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)過(guò)程中，布線一般有這么三種境界的劃分：首先是布通，這時(shí)PCB設(shè)計(jì)時(shí)的最基本的要求。如果線路都沒(méi)布通，搞得到處是飛線，那將是一塊不合格的板子，可以說(shuō)還沒(méi)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(biāo)準(zhǔn)。這是在布通之后，認(rèn)真調(diào)整布線，使其能達(dá)到最佳的電器性能。接著是美觀。假如你的布線布通了，也沒(méi)有什么影響電器性能的地方，但是一眼看過(guò)去雜亂無(wú)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，在別人眼里還是垃圾一塊。這樣給測(cè)試和維修帶來(lái)極大的不便。布線要整齊劃一，不能縱橫交錯(cuò)毫無(wú)章法。這些都要在保證電器性能和滿足其他個(gè)別要求的情況下實(shí)現(xiàn)，否則就是舍本逐末了。布線時(shí)主要按以下原則進(jìn)行：
????? ①． 一般情況下，首先應(yīng)對(duì)電源線和地線進(jìn)行布線，以保證電路板的電氣性能。在條件允許的范圍內(nèi)，盡量加寬電源、地線寬度，最好是地線比電源線寬，它們的關(guān)系是：地線＞電源線＞信號(hào)線，通常信號(hào)線寬為：0.2～0.3mm，最細(xì)寬度可達(dá)0.05～0.07mm，電源線一般為1.2～2.5mm。對(duì)數(shù)字電路的PCB可用寬的地導(dǎo)線組成一個(gè)回路, 即構(gòu)成一個(gè)地網(wǎng)來(lái)使用（模擬電路的地則不能這樣使用）
????? ②． 預(yù)先對(duì)要求比較嚴(yán)格的線（如高頻線）進(jìn)行布線，輸入端與輸出端的邊線應(yīng)避免相鄰平行，以免產(chǎn)生反射干擾。必要時(shí)應(yīng)加地線隔離，兩相鄰層的布線要互相垂直，平行容易產(chǎn)生寄生耦合。
????? ③． 振蕩器外殼接地，時(shí)鐘線要盡量短，且不能引得到處都是。時(shí)鐘振蕩電路下面、特殊高速邏輯電路部分要加大地的面積，而不應(yīng)該走其它信號(hào)線，以使周圍電場(chǎng)趨近于零；
????? ④． 盡可能采用45o的折線布線，不可使用90o折線，以減小高頻信號(hào)的輻射；（要求高的線還要用雙弧線）
????? ⑤． 任何信號(hào)線都不要形成環(huán)路，如不可避免，環(huán)路應(yīng)盡量小；信號(hào)線的過(guò)孔要盡量少；
????? ⑥． 關(guān)鍵的線盡量短而粗，并在兩邊加上保護(hù)地。
????? ⑦． 通過(guò)扁平電纜傳送敏感信號(hào)和噪聲場(chǎng)帶信號(hào)時(shí)，要用“地線-信號(hào)-地線”的方式引出。
????? ⑧． 關(guān)鍵信號(hào)應(yīng)預(yù)留測(cè)試點(diǎn)，以方便生產(chǎn)和維修檢測(cè)用
????? ⑨． 原理圖布線完成后，應(yīng)對(duì)布線進(jìn)行優(yōu)化；同時(shí)，經(jīng)初步網(wǎng)絡(luò)檢查和DRC檢查無(wú)誤后，對(duì)未布線區(qū)域進(jìn)行地線填充，用大面積銅層作地線用,在印制板上把沒(méi)被用上的地方都與地相連接作為地線用。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(hào)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于等于0.33mm(13mil)，實(shí)際應(yīng)用中，條件允許時(shí)應(yīng)考慮加大距離；
布線密度較高時(shí)，可考慮（但不建議）采用IC腳間走兩根線，線的寬度為0.254mm(10mil)，線間距不小于0.254mm(10mil)。特殊情況下，當(dāng)器件管腳較密，寬度較窄時(shí)，可按適當(dāng)減小線寬和線間距。
????? ②． 焊盤（PAD）
焊盤（PAD）與過(guò)渡孔（VIA）的基本要求是：盤的直徑比孔的直徑要大于0.6mm；例如，通用插腳式電阻、電容和集成電路等，采用盤/孔尺寸1.6mm/0.8mm（63mil/32mil），插座、插針和二極管1N4007等，采用1.8mm/1.0mm（71mil/39mil）。實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)實(shí)際元件的尺寸來(lái)定，有條件時(shí)，可適當(dāng)加大焊盤尺寸；
PCB板上設(shè)計(jì)的元件安裝孔徑應(yīng)比元件管腳的實(shí)際尺寸大0.2～0.4mm左右。
????? ③． 過(guò)孔（VIA）
一般為1.27mm/0.7mm(50mil/28mil)；
當(dāng)布線密度較高時(shí)，過(guò)孔尺寸可適當(dāng)減小，但不宜過(guò)小，可考慮采用1.0mm/0.6mm(40mil/24mil)。
????? ④． 焊盤、線、過(guò)孔的間距要求
PAD and VIA? ： ≥ 0.3mm（12mil）
PAD and PAD? ： ≥ 0.3mm（12mil）
PAD and TRACK? ： ≥ 0.3mm（12mil）
TRACK and TRACK? ： ≥ 0.3mm（12mil）
密度較高時(shí)：
PAD and VIA? ： ≥ 0.254mm（10mil）
PAD and PAD? ： ≥ 0.254mm（10mil）
PAD and TRACK? ： ≥? 0.254mm（10mil）
TRACK and TRACK? ： ≥? 0.254mm（10mil）
?????
?? 第五：布線優(yōu)化和絲印。“沒(méi)有最好的，只有更好的”！不管你怎么挖空心思的去設(shè)計(jì)，等你畫完之后，再去看一看，還是會(huì)覺(jué)得很多地方可以修改的。一般設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)是：優(yōu)化布線的時(shí)間是初次布線的時(shí)間的兩倍。感覺(jué)沒(méi)什么地方需要修改之后，就可以鋪銅了（Place->polygon Plane）。鋪銅一般鋪地線（注意模擬地和數(shù)字地的分離），多層板時(shí)還可能需要鋪電源。時(shí)對(duì)于絲印，要注意不能被器件擋住或被過(guò)孔和焊盤去掉。同時(shí)，設(shè)計(jì)時(shí)正視元件面，底層的字應(yīng)做鏡像處理，以免混淆層面。
?? 第六：網(wǎng)絡(luò)和DRC檢查和結(jié)構(gòu)檢查。首先，在確定電路原理圖設(shè)計(jì)無(wú)誤的前提下，將所生成的PCB網(wǎng)絡(luò)文件與原理圖網(wǎng)絡(luò)文件進(jìn)行物理連接關(guān)系的網(wǎng)絡(luò)檢查（NETCHECK），并根據(jù)輸出文件結(jié)果及時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行修正，以保證布線連接關(guān)系的正確性；
網(wǎng)絡(luò)檢查正確通過(guò)后，對(duì)PCB設(shè)計(jì)進(jìn)行DRC檢查，并根據(jù)輸出文件結(jié)果及時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行修正，以保證PCB布線的電氣性能。最后需進(jìn)一步對(duì)PCB的機(jī)械安裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查和確認(rèn)。
??? 第七：制版。在此之前，最好還要有一個(gè)審核的過(guò)程。
PCB設(shè)計(jì)是一個(gè)考心思的工作，誰(shuí)的心思密，經(jīng)驗(yàn)高，設(shè)計(jì)出來(lái)的板子就好。所以設(shè)計(jì)時(shí)要極其細(xì)心，充分考慮各方面的因數(shù)（比如說(shuō)便于維修和檢查這一項(xiàng)很多人就不去考慮），精益求精，就一定能設(shè)計(jì)出一個(gè)好板子。