電路板布局布線要求及規(guī)律課件

1、2022-4-18Hwadee1電子類學(xué)生面臨的職業(yè)選擇o 從大的方面分四大類：調(diào)試級(jí)、硬件級(jí)、軟件級(jí)、系統(tǒng)級(jí)，從技術(shù)層面講調(diào)試級(jí)是硬件級(jí)的基礎(chǔ)，硬件級(jí)是軟件級(jí)的基礎(chǔ)o 從需求量上講：大量需要調(diào)試級(jí)和硬件級(jí)人員，他們廣泛活躍在生產(chǎn)，工程，維修，開發(fā)等眾多崗位2022-4-18Hwadee2為什么要學(xué)習(xí)電路板設(shè)計(jì)？為什么要學(xué)習(xí)電路板設(shè)計(jì)？o 電子產(chǎn)品過(guò)程中大量需要調(diào)試及硬件相關(guān)技術(shù)人員，電子產(chǎn)品核心硬件以電路板形式存在。o 具有產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì)基本思想，深入理解原理是從事調(diào)試及相關(guān)硬件技術(shù)工作的關(guān)鍵。o 對(duì)于眾多電子產(chǎn)品，找到通用的電路板設(shè)計(jì)規(guī)律比較困難，希望能理解實(shí)質(zhì)并針對(duì)具體設(shè)計(jì)靈活應(yīng)用 202

2、2-4-18Hwadee3電路板設(shè)計(jì)目標(biāo)分析o 電氣性能o 可生產(chǎn)性能o 性價(jià)比o 穩(wěn)定性（包括干擾）o 可維護(hù)性能o 觀賞性原理圖設(shè)計(jì)目標(biāo)原理圖設(shè)計(jì)目標(biāo)?2022-4-18Hwadee4水平分級(jí)與實(shí)訓(xùn)目標(biāo)水平分級(jí)與實(shí)訓(xùn)目標(biāo)o 入門級(jí)：了解部分概念，具有部分知識(shí)基礎(chǔ)o 工具級(jí)：對(duì)相應(yīng)設(shè)計(jì)工具有較好掌握o 生產(chǎn)級(jí)（工藝級(jí)）：設(shè)計(jì)能考慮生產(chǎn)工藝及維修安裝要求o 電氣級(jí)（系統(tǒng)級(jí)）：考慮電氣屬性，系統(tǒng)能穩(wěn)定可靠工作，成本優(yōu)化（我們的目標(biāo)我們的目標(biāo)）2022-4-18Hwadee5硬件設(shè)計(jì)不等于硬件設(shè)計(jì)不等于protel使用使用o 某些人由于種種原因容易把protel的操作等同于電路板設(shè)計(jì)o 熟練操作p

3、rotel并不等于能設(shè)計(jì)出好的PCB板o PCB的設(shè)計(jì)是電子工程技術(shù)人員的基本技能，PCB板設(shè)計(jì)人員經(jīng)驗(yàn)等）必需有扎實(shí)的基礎(chǔ)（材料知識(shí)，工藝知識(shí)，電路知識(shí)，工程及調(diào)試2022-4-18Hwadee6自動(dòng)布線與手工布線自動(dòng)布線與手工布線o 在做電子產(chǎn)品時(shí)，基本上不會(huì)用自動(dòng)布線，自動(dòng)布線一方面由于算法的原因，無(wú)法象手工布線那樣按照設(shè)計(jì)者的意愿做，另外一方面，即使自動(dòng)布線了，最后還得手工更改線路，因此還不如直接手工布線更好。 o 即使采用自動(dòng)布線，也需要對(duì)開發(fā)平臺(tái)相當(dāng)熟悉（規(guī)則設(shè)置），且有相當(dāng)深入的手工布局布線經(jīng)驗(yàn)（自動(dòng)布線完后必需進(jìn)行手工調(diào)整，必需對(duì)結(jié)果進(jìn)行判斷是否投產(chǎn)）。o 本項(xiàng)目必需手工布局布

4、線完成，希望大家細(xì)心體會(huì)，終有收獲。2022-4-18Hwadee7元件布局元件布局o 使用交互式布局將元件打散o Tools Interactive Placement Align Lefto 使用鼠標(biāo)左鍵將各元件外形拖動(dòng)到滿意的位置，必要時(shí)可以配合鍵盤空格鍵將元件外形旋轉(zhuǎn)。o 注：非必要時(shí)不要對(duì)元件外形進(jìn)行翻轉(zhuǎn)操作(鍵盤X鍵和Y鍵)，否則就必須將元件放置在電路板的另外一個(gè)焊接面上o 對(duì)位置要求嚴(yán)格的器件使用坐標(biāo)定位o 可使用參考點(diǎn)進(jìn)行有規(guī)律快速布局2022-4-18Hwadee8元件布局綱要元件布局綱要o 考慮整體美觀：一個(gè)產(chǎn)品的成功與否，一是要注重內(nèi)在質(zhì)量，二是兼顧整體的美觀，兩者都較完

5、美才能認(rèn)為該產(chǎn)品是成功的o 一個(gè)PCB板上，元件的布局要求均衡，疏密有序，不能頭重腳輕o 元件放置順序：首先放置與機(jī)械結(jié)構(gòu)、機(jī)械尺寸緊密相關(guān)或位置固定的元器件，再放特殊的、體積大的占據(jù)面積的元件和系統(tǒng)電路的核心元件，最后放小元件2022-4-18Hwadee9元件布局綱要元件布局綱要o 印制板尺寸是否正確，能否與結(jié)構(gòu)配合，是否符合PCB制造工藝要求o 元件在二維、三維空間上有無(wú)沖突o 需經(jīng)常更換的元件能否方便的更換對(duì)于大板子應(yīng)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(yīng)加固定螺絲孔；有需要的話可在適當(dāng)位置放上一些測(cè)試用焊盤；最好在原理圖中就加上；將過(guò)小的焊盤、過(guò)孔改大。

6、o 將所有固定螺絲孔、焊盤的網(wǎng)絡(luò)定義到地或保護(hù)地等2022-4-18Hwadee10元件布局綱要元件布局綱要熱敏元件與發(fā)熱元件之間是否有適當(dāng)?shù)木嚯x，在需要散熱的地方，空氣是否通暢，是否需加散熱器；板上有發(fā)熱較多的器件時(shí)應(yīng)考慮加散熱器甚至軸流風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)向內(nèi)吹時(shí)散熱效果好，但板子很會(huì)臟所以一般還是向外排風(fēng)較為多見，并與周圍電解電容、晶振、鍺管等怕熱元件隔開一定的距離。豎放的板子應(yīng)把發(fā)熱元件放置在板的最上面。雙面放器件時(shí)底層不得放發(fā)熱元件。元件布局綱要元件布局綱要2022-4-18Hwadee11對(duì)于單面板器件一律放頂層；雙面板或多層板器件一般放頂層只有在器件過(guò)密時(shí)才能把一些高度有限并且發(fā)熱量少的器

7、件如貼片電阻貼片電容貼片IC 等放在底層。由于器件放置時(shí)有些是可以上下重疊的，有些器件的封裝邊框畫得比實(shí)際的器件尺寸要略大如0805 使得部分器件封裝放置時(shí)可以有邊框相碰甚至有部分重疊。所以設(shè)計(jì)規(guī)則檢查DRC 里的Report 和Online這兩項(xiàng)的Component Clearance 一般不選2022-4-18Hwadee12元件布局誤區(qū)o 插頭、插座與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否矛盾；o 調(diào)整可調(diào)元件是否方便；o 信號(hào)流程是否順暢且互連最短；o 線路的干擾問(wèn)題是否有所考慮。o 強(qiáng)弱電分離、高低頻分離、數(shù)模分離（包括空間的和連接兩層意思）。o 功率分布、熱分布合理元件定位隨意，造成布線不方便或不美觀o 應(yīng)

8、辯證地處理好布局和布線的關(guān)系2022-4-18Hwadee13電壓波動(dòng)及計(jì)算電壓波動(dòng)及計(jì)算o 開關(guān)電流和電源寄生的高頻電壓噪聲計(jì)算公式o （V是在器件處觀測(cè)到的電壓波動(dòng)，I是開關(guān)電流。Z是在器件處觀測(cè)到的整個(gè)電源供電系統(tǒng)電源與地之間的輸入阻抗）Z器件2022-4-18Hwadee14電抗的作用o 在數(shù)字系統(tǒng)中由于電流的脈動(dòng)性，因此電抗（主要指L）的影響不容忽視o 電容的影響？負(fù)載供電2022-4-18Hwadee15電感的影響o 導(dǎo)線本身的電感造成的電壓波動(dòng)o 電流環(huán)路造成電磁的吸收和發(fā)射2022-4-18Hwadee16數(shù)字電路中電容的使用數(shù)字電路中電容的使用o 利用其隔直通交的特性去干擾（

9、去耦電容）o 利用其貯能特性2022-4-18Hwadee17去耦電容作用基理o 芯片旁放置的小電容，減小了電源到芯片Vcc管腳之間的走線長(zhǎng)度，從而減少環(huán)路面積。o 注：去耦電容為PCB上的芯片提供“高頻”電流，而電源提供“低頻”電流Z器件2022-4-18Hwadee181、有源器件在開關(guān)時(shí)產(chǎn)生的高頻開關(guān)噪聲將沿著電源線傳播，去耦電容的主要作用就是減少開關(guān)噪聲在板上的傳播和將噪聲引導(dǎo)到地。去耦電容去除高頻如RF信號(hào)的干擾，干擾的方式是通過(guò)電磁輻射。2、另芯片附近的電容還有蓄能的作用，如果從微觀來(lái)看，高頻器件在工作的時(shí)候，其電流是不連續(xù)的，而且頻率很高，而器件的VCC到總電源有一段距離，即使距

10、離不長(zhǎng)，在頻率很高的情況下，阻抗Z=JWL+R,線路電感的影響也會(huì)很大，會(huì)導(dǎo)致器件在需要電流的時(shí)候，不能及時(shí)共給，去偶電容彌補(bǔ)此。2022-4-18Hwadee19電源去耦電容設(shè)計(jì)電源去耦電容設(shè)計(jì)o 容量計(jì)算：C=I/(dV/dt) 。與芯片所需電流成正比，與信號(hào)上升時(shí)間（頻率）成反比，一般給104（10M以下），103（1050M），102（50M以上）o 位置選擇：需要放置在能夠最小化電容和芯片間走線電感的地方，建議靠近芯片電源引腳放置，且要連接到芯片本級(jí)地。 2022-4-18Hwadee20電源去耦電容設(shè)計(jì)示例電源去耦電容設(shè)計(jì)示例VCCVCCVCCGNDGNDGND去耦電容去耦電容哪一

11、種接法正確哪一種接法正確2022-4-18Hwadee21電容的貯能作用電容的貯能作用o 在電路設(shè)計(jì)過(guò)程中，往往會(huì)遇到大功率開關(guān)型器件（如掃描顯示驅(qū)動(dòng)板中行管），其具有脈動(dòng)性和電流大的特性，處理不好會(huì)影響整個(gè)電路工作性能o 處理辦法：在脈沖電流需求大的地方放置大容量電容可以達(dá)到及時(shí)補(bǔ)充能量和減小電流波動(dòng)影響環(huán)路的作用2022-4-18Hwadee22電源設(shè)計(jì)目標(biāo)電源設(shè)計(jì)目標(biāo)o 電源與地之間的輸入阻抗是用來(lái)衡量電源供電系統(tǒng)特性的一個(gè)重要的觀測(cè)量。o 一個(gè)低阻的電源供電系統(tǒng)(從直流到交流)是獲得低電壓波動(dòng)的關(guān)鍵o 減少電感作用，增加電容作用，消除或降低諧振峰 2022-4-18Hwadee23電源

12、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則電源設(shè)計(jì)準(zhǔn)則o 為了降低電源供電系統(tǒng)的阻抗，應(yīng)遵循以下一些設(shè)計(jì)準(zhǔn)則： o 1. 降低電源和地板層（線）之間的間距；o 2. 盡量加寬電源、地線寬度或增大平板的尺寸；o 3. 提高填充介質(zhì)的介電常數(shù)；o 4. 采用多對(duì)電源和地板層。o 5. 在數(shù)字電路中推薦電源線采用樹形設(shè)計(jì)o 由于制造或一些其他的設(shè)計(jì)考慮，設(shè)計(jì)工程師還需要用一些較為靈活的有效的方法來(lái)改變電源供電系統(tǒng)的阻抗。為了減小阻抗并且消除那些諧振峰，在PCB上放置分立的去耦電容便成為常用的方法 2022-4-18Hwadee24地線的實(shí)質(zhì)地線的實(shí)質(zhì)o 定義1:地線（指信號(hào)地）是作為電路電位基準(zhǔn)點(diǎn)的等電位體。在頻率較高的數(shù)字電路中這

13、個(gè)定義是不符合實(shí)際情況的。實(shí)際地線上的電位并不是恒定的。o 定義2:信號(hào)流回源的低阻抗路徑。這個(gè)定義中突出了地線中電流的流動(dòng)，比較適合頻率較高的數(shù)字電路。o 我們應(yīng)該將地線上的電位想象成像大海中的我們應(yīng)該將地線上的電位想象成像大海中的波浪一樣，此起彼伏。波浪一樣，此起彼伏。 2022-4-18Hwadee25地線電壓波動(dòng)o 因?yàn)榈鼐€的阻抗總不會(huì)是零，當(dāng)一個(gè)電流通過(guò)有限阻抗時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生電壓降。o 在實(shí)際電路中，造成電磁干擾的信號(hào)往往是脈沖信號(hào)，脈沖信號(hào)包含豐富的高頻成分，因此會(huì)在地線上產(chǎn)生較大的電壓降。這種電位差完全可能造成電路的誤動(dòng)作 。2022-4-18Hwadee26地環(huán)路干擾示意圖地環(huán)路

14、干擾示意圖設(shè)備1設(shè)備2信號(hào)線大地大地2022-4-18Hwadee27加粗接地線與大面積鋪地加粗接地線與大面積鋪地 o 若接地線很細(xì)，接地電位則隨電流的變化而變化，致使電子設(shè)備的定時(shí)信號(hào)電平不穩(wěn)，抗噪聲性能變壞，地線加粗可以減小地線阻抗，從而減小波動(dòng)。o 在頻率較高的數(shù)字電路中將PCB上所有不用面積均布設(shè)為地線，以減少地線中的感抗，從而削弱在地線上產(chǎn)生的高頻信號(hào)，并對(duì)電場(chǎng)干擾起到屏蔽作用。 2022-4-18Hwadee28模擬地與數(shù)字地模擬地與數(shù)字地o 特點(diǎn)：數(shù)字電路的頻率高，模擬電路的敏感度強(qiáng)o 高頻的信號(hào)線盡可能遠(yuǎn)離敏感的模擬電路器件o 最好讓數(shù)字地和模擬地完全分開o 如PCB地線只有一

15、個(gè)輸出結(jié)點(diǎn)，最好讓PCB內(nèi)部數(shù)字地和模擬地分開互不相連，只是在PCB與外界連接的接口處（如插頭等）進(jìn)行一點(diǎn)短接2022-4-18Hwadee29電源與地線的緊密耦合設(shè)計(jì)電源與地線的緊密耦合設(shè)計(jì)不好比較好最好2022-4-18Hwadee30線長(zhǎng)線長(zhǎng)o 硐膜線應(yīng)盡可能短，高頻線更應(yīng)如此。o 硐膜線拐角處應(yīng)為圓角或斜角o 雙面走線時(shí)，兩面導(dǎo)線應(yīng)相互垂直、斜交或彎曲走線，避免平行減少寄生電容2022-4-18Hwadee31線寬設(shè)計(jì)線寬設(shè)計(jì)o 銅膜線寬度應(yīng)以滿足電氣特性參數(shù)而又便于生產(chǎn)為準(zhǔn)則，其最小值取決于流過(guò)它的電流，一般不宜小于0.2mmo 與使用環(huán)境溫度、導(dǎo)線阻抗、元件數(shù)、過(guò)孔數(shù)以及運(yùn)行頻率等

16、因素有關(guān)o 經(jīng)驗(yàn)公式：0.15線寬(W)=Ao 導(dǎo)線寬度能寬不細(xì)，一般信號(hào)線推薦使用10mil線寬2022-4-18Hwadee32PCBPCB設(shè)計(jì)銅鉑厚度、線寬和電流關(guān)系表設(shè)計(jì)銅鉑厚度、線寬和電流關(guān)系表銅厚/35um銅厚/50um銅厚/70um電流(A)線寬(mm)電流(A)線寬(mm)電流(A)線寬(mm)4.54.52.52.55.15.12.52.56 62.52.54 42 24.34.32.52.55.15.12 23.23.21.51.53.53.51.51.54.24.21.51.52.72.71.21.23 31.21.23.63.61.21.22.32.31 12.62.6

17、1 13.23.21 12 20.80.82.42.40.80.82.82.80.80.81.61.60.60.61.91.90.60.62.32.30.60.61.351.350.50.51.71.70.50.52 20.50.51.11.10.40.41.351.350.40.41.71.70.40.40.80.80.30.31.11.10.30.31.31.30.30.30.550.550.20.20.70.70.20.20.90.90.20.20.20.20.150.150.50.50.150.150.70.70.150.152022-4-18Hwadee33減小布線阻抗減小布線阻抗o

18、重要的信號(hào)線可增加線寬降低其特性阻抗o關(guān)鍵的信號(hào)線可采用平行地線的方法隔離o盡量減少過(guò)孔數(shù)量2022-4-18Hwadee34強(qiáng)弱信號(hào)盡量遠(yuǎn)離強(qiáng)弱信號(hào)盡量遠(yuǎn)離電源線信號(hào)clk不好的布線2022-4-18Hwadee35相鄰兩面采用相鄰兩面采用#字型布線字型布線這樣布線有那些優(yōu)點(diǎn)?2022-4-18Hwadee36常見走線對(duì)比常見走線對(duì)比2022-4-18Hwadee37常見走線對(duì)比常見走線對(duì)比2022-4-18Hwadee38常見走線對(duì)比常見走線對(duì)比2022-4-18Hwadee39設(shè)置好布局布線規(guī)則使用層面、各組線寬、過(guò)孔、間距、布線的拓樸結(jié)構(gòu)等部分規(guī)則可通過(guò)Design-Rules2022-4-18Hwadee40布局布線小結(jié)布局布線小結(jié)o 布局應(yīng)考慮哪些因素？o 電氣o 工藝o 布線o 在布線過(guò)程中如何處理電源線、地線、信號(hào)線（應(yīng)分重要級(jí)）以及它們之間的關(guān)系？2022-4-18Hwadee41快速布線方法快速布線方法o 采用copy方式布線o 盡量利用系統(tǒng)的自動(dòng)刪除回路線來(lái)修改走線o 利用來(lái)翻層自動(dòng)增加過(guò)孔o(hù) 走線過(guò)程中使用TAB鍵來(lái)快速改變線寬2022-4-18Hwadee42檢查檢查PCBo PCB布線完成后先手工檢查以下內(nèi)容