1、電路板布局布線要求及規律電路板布局布線要求及規律四川華迪信息技術有限公司四川華迪信息技術有限公司VersionX.XVersionX.X2022-4-25Hwadee2電子類學生面臨的職業選擇o 從大的方面分四大類：調試級、硬件級、軟件級、系統級，從技術層面講調試級是硬件級的基礎，硬件級是軟件級的基礎o 從需求量上講：大量需要調試級和硬件級人員，他們廣泛活躍在生產，工程，維修，開發等眾多崗位2022-4-25Hwadee3為什么要學習電路板設計？為什么要學習電路板設計？o 電子產品過程中大量需要調試及硬件相關技術人員，電子產品核心硬件以電路板形式存在。o 具有產品硬件設計基本思想，深入理解原理

2、是從事調試及相關硬件技術工作的關鍵。o 對于眾多電子產品，找到通用的電路板設計規律比較困難，希望能理解實質并針對具體設計靈活應用 2022-4-25Hwadee4電路板設計目標分析o 電氣性能o 可生產性能o 性價比o 穩定性包括干擾）o 可維護性能o 觀賞性原理圖設計目標原理圖設計目標?2022-4-25Hwadee5水平分級與實訓目標水平分級與實訓目標o 入門級：了解部分概念，具有部分知識基礎o 工具級：對相應設計工具有較好掌握o 生產級工藝級）：設計能考慮生產工藝及維修安裝要求o 電氣級系統級）：考慮電氣屬性，系統能穩定可靠工作，成本優化我們的目標）2022-4-25Hwadee6硬件設

3、計不等于硬件設計不等于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計o 熟練操作protel并不等于能設計出好的PCB板o PCB的設計是電子工程技術人員的基本技能，PCB板設計人員經驗等必需有扎實的基礎材料知識，工藝知識，電路知識，工程及調試2022-4-25Hwadee7自動布線與手工布線自動布線與手工布線o 在做電子產品時，基本上不會用自動布線，自動布線一方面由于算法的原因，無法象手工布線那樣按照設計者的意愿做，另外一方面，即使自動布線了，最后還得手工更改線路，因此還不如直接手工布線更好。 o 即使采用自動布線，也需要對開發平臺相當熟悉規則設置），且有

4、相當深入的手工布局布線經驗自動布線完后必需進行手工調整，必需對結果進行判斷是否投產）。o 本項目必需手工布局布線完成，希望大家細心體會，終有收獲。2022-4-25Hwadee8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 使用鼠標左鍵將各元件外形拖動到滿意的位置，必要時可以配合鍵盤空格鍵將元件外形旋轉。o 注：非必要時不要對元件外形進行翻轉操作(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焊接面上o 對位置要求嚴格的器件使用坐標定位o 可使用參考點進行有規律快速布局2022-4-25Hwadee9元

5、件布局綱要元件布局綱要o 考慮整體美觀：一個產品的成功與否，一是要注重內在質量，二是兼顧整體的美觀，兩者都較完美才能認為該產品是成功的o 一個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：首先放置與機械結構、機械尺寸緊密相關或位置固定的元器件，再放特殊的、體積大的占據面積的元件和系統電路的核心元件，最后放小元件2022-4-25Hwadee10元件布局綱要元件布局綱要o 印制板尺寸是否正確，能否與結構配合，是否符合PCB制造工藝要求o 元件在二維、三維空間上有無沖突o 需經常更換的元件能否方便的更換o 對于大板子應在中間多加固定螺絲孔；板上有重的器件或o 較大的接插件

6、等受力器件邊上也應加固定螺絲孔；有需要o 的話可在適當位置放上一些測試用焊盤；最好在原理圖o 中就加上；將過小的焊盤、過孔改大。o 將所有固定螺絲孔、焊盤的網絡定義到地或保護地等2022-4-25Hwadee11元件布局綱要元件布局綱要熱敏元件與發熱元件之間是否有適當的距離，在需要散熱的地方，空氣是否通暢，是否需加散熱器；板上有發熱較多的器件時應考慮加散熱器甚至軸流風機，風機向內吹時散熱效果好，但板子很會臟所以一般還是向外排風較為多見，并與周圍電解電容、晶振、鍺管等怕熱元件隔開一定的距離。豎放的板子應把發熱元件放置在板的最上面。雙面放器件時底層不得放發熱元件。元件布局綱要元件布局綱要2022-

7、4-25Hwadee12對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密時才能把一些高度有限并且發熱量少的器件如貼片電阻貼片電容貼片IC 等放在底層。由于器件放置時有些是可以上下重疊的，有些器件的封裝邊框畫得比實際的器件尺寸要略大如0805 使得部分器件封裝放置時可以有邊框相碰甚至有部分重疊。所以設計規則檢查DRC 里的Report 和Online這兩項的Component Clearance 一般不選2022-4-25Hwadee13元件布局誤區o 插頭、插座與結構設計是否矛盾；o 調整可調元件是否方便；o 信號流程是否順暢且互連最短；o 線路的干擾問題是否有所考慮。o

8、強弱電分離、高低頻分離、數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o元件定位隨意，造成布線不方便或不美觀o 應辯證地處理好布局和布線的關系2022-4-25Hwadee14電壓波動及計算電壓波動及計算o 開關電流和電源寄生的高頻電壓噪聲計算公式o （V是在器件處觀測到的電壓波動，I是開關電流。Z是在器件處觀測到的整個電源供電系統電源與地之間的輸入阻抗）Z器件2022-4-25Hwadee15電抗的作用o 在數字系統中由于電流的脈動性，因此電抗主要指L的影響不容忽視o 電容的影響？負載供電2022-4-25Hwadee16電感的影響o 導線本身的電感造成的電壓波動o 電流環路造

9、成電磁的吸收和發射2022-4-25Hwadee17數字電路中電容的使用數字電路中電容的使用o 利用其隔直通交的特性去干擾去耦電容）o 利用其貯能特性2022-4-25Hwadee18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管腳之間的走線長度，從而減少環路面積。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2022-4-25Hwadee191、有源器件在開關時產生的高頻開關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噪聲在板上的傳播和將噪聲引導到地。去耦電容去除高頻如RF信號的干擾，干擾的方式是通過電磁輻射。2、另芯片附近的電容還有蓄能

10、的作用，假如從微觀來看，高頻器件在工作的時候，其電流是不連續的，而且頻率很高，而器件的VCC到總電源有一段距離，即便距離不長，在頻率很高的情況下，阻抗Z=JWL+R,線路電感的影響也會很大，會導致器件在需要電流的時候，不能及時共給，去偶電容彌補此。2022-4-25Hwadee20電源去耦電容設計電源去耦電容設計o 容量計算：C=I/(dV/dt) 。與芯片所需電流成正比，與信號上升時間頻率成反比，一般給10410M以下），1031050M），10250M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地。 2022-4-25Hw

11、adee21電源去耦電容設計示例電源去耦電容設計示例VCCVCCVCCGNDGNDGND去耦電容去耦電容哪一種接法正確哪一種接法正確2022-4-25Hwadee22電容的貯能作用電容的貯能作用o 在電路設計過程中，往往會遇到大功率開關型器件如掃描顯示驅動板中行管），其具有脈動性和電流大的特性，處理不好會影響整個電路工作性能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到及時補充能量和減小電流波動影響環路的作用2022-4-25Hwadee23電源設計目標電源設計目標o 電源與地之間的輸入阻抗是用來衡量電源供電系統特性的一個重要的觀測量。o 一個低阻的電源供電系統(從直流到交流)是獲

12、得低電壓波動的關鍵o 減少電感作用，增加電容作用，消除或降低諧振峰 2022-4-25Hwadee24電源設計準則電源設計準則o 為了降低電源供電系統的阻抗，應遵循以下一些設計準則： 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. 提高填充介質的介電常數；o 4. 采用多對電源和地板層。o 5. 在數字電路中推薦電源線采用樹形設計o 由于制造或一些其他的設計考慮，設計工程師還需要用一些較為靈活的有效的方法來改變電源供電系統的阻抗。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 2022-4-25Hwadee25地

13、線的實質地線的實質o 定義1:地線指信號地是作為電路電位基準點的等電位體。在頻率較高的數字電路中這個定義是不符合實際情況的。實際地線上的電位并不是恒定的。o 定義2:信號流回源的低阻抗路徑。這個定義中突出了地線中電流的流動，比較適合頻率較高的數字電路。o 我們應該將地線上的電位想象成像大海中的波浪一樣，此起彼伏。 2022-4-25Hwadee26地線電壓波動o 因為地線的阻抗總不會是零，當一個電流通過有限阻抗時，就會產生電壓降。o 在實際電路中，造成電磁干擾的信號往往是脈沖信號，脈沖信號包含豐富的高頻成分，因此會在地線上產生較大的電壓降。這種電位差完全可能造成電路的誤動作 。2022-4-2

14、5Hwadee27地環路干擾示意圖地環路干擾示意圖設備1設備2信號線大地大地2022-4-25Hwadee28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，接地電位則隨電流的變化而變化，致使電子設備的定時信號電平不穩，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。o 在頻率較高的數字電路中將PCB上所有不用面積均布設為地線，以減少地線中的感抗，從而削弱在地線上產生的高頻信號，并對電場干擾起到屏蔽作用。 2022-4-25Hwadee29模擬地與數字地模擬地與數字地o 特點：數字電路的頻率高，模擬電路的敏感度強o 高頻的信號線盡可能遠離敏感的模擬電路器件o 最好讓數字

15、地和模擬地完全分開o 如PCB地線只有一個輸出結點，最好讓PCB內部數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行一點短接2022-4-25Hwadee30電源與地線的緊密耦合設計電源與地線的緊密耦合設計不好比較好最好2022-4-25Hwadee31線長線長o 硐膜線應盡可能短，高頻線更應如此。o 硐膜線拐角處應為圓角或斜角o 雙面走線時，兩面導線應相互垂直、斜交或彎曲走線，避免平行減少寄生電容2022-4-25Hwadee32線寬設計線寬設計o 銅膜線寬度應以滿足電氣特性參數而又便于生產為準則，其最小值取決于流過它的電流，一般不宜小于0.2mmo 與使用環境溫度、導

16、線阻抗、元件數、過孔數以及運行頻率等因素有關o 經驗公式：0.15線寬(W)=Ao 導線寬度能寬不細，一般信號線推薦使用10mil線寬2022-4-25Hwadee33PCBPCB設計銅鉑厚度、線寬和電流關系表設計銅鉑厚度、線寬和電流關系表銅厚/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 31.21.23.63.61.2

17、1.22.32.31 12.62.61 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 20.50.51.11.10.40.41.351.350.40.41.71.70.40.40.80.80.30.31.11.10.30.31.31.30.30.30.550.550.20.20.70.70.20.20.90.90.20.20.20.20.150.150.50.50.150.150.70.70.150.152022-4-25Hwa

18、dee34減小布線阻抗減小布線阻抗o重要的信號線可增加線寬降低其特性阻抗o關鍵的信號線可采用平行地線的方法隔離o盡量減少過孔數量2022-4-25Hwadee35強弱信號盡量遠離強弱信號盡量遠離電源線信號clk不好的布線2022-4-25Hwadee36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點?2022-4-25Hwadee37常見走線對比常見走線對比2022-4-25Hwadee38常見走線對比常見走線對比2022-4-25Hwadee39常見走線對比常見走線對比2022-4-25Hwadee40設置好布局布線規則使用層面、各組線寬、過孔、間距、布線的拓樸結構等部分規則可通過Design-Rules2022-4-25Hwadee41布局布線小結布局布線小結o 布局應考慮哪些因素？o 電氣o 工藝o 布線o 在布線過程中如何處理電源線、地線、信號線應分重要級以及它們之間的關系？2022-4-25Hwadee42快速布線方法快速布線方法o 采用copy方式布線o 盡量利用系統的自動刪除回路線來修改走線o 利用來翻層自動增加過孔o 走線過程中使用TAB鍵來快速改變線寬2022-4-25Hwadee43檢查檢查PCBo PCB布線完成后先手工檢查以下內