用PROTEL DXP電路板設(shè)計的一般原則

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--用PROTEL DXP電路板設(shè)計的一般原則

電路板設(shè)計的一般原則包括：電路板的選用、電路板尺寸、元件布局、布線、焊盤、填充、跨接線等。

電路板一般用敷銅層壓板制成，板層選用時要從電氣性能、可靠性、加工工藝要求和經(jīng)濟指標(biāo)等方面考慮。常用的敷銅層壓板是敷銅酚醛紙質(zhì)層壓板、敷銅環(huán)氧紙質(zhì)層壓板、敷銅環(huán)氧玻璃布層壓板、敷銅環(huán)氧酚醛玻璃布層壓板、敷銅聚四氟乙烯玻璃布層壓板和多層印刷電路板用環(huán)氧玻璃布等。不同材料的層壓板有不同的特點。 環(huán)氧樹脂與銅箔有極好的粘合力，因此銅箔的附著強度和工作溫度較高，可以在 260℃的熔錫中不起泡。環(huán)氧樹脂浸過的玻璃布層壓板受潮氣的影響較小。 超高頻電路板最好是敷銅聚四氟乙烯玻璃布層壓板。

在要求阻燃的電子設(shè)備上，還需要阻燃的電路板，這些電路板都是浸入了阻燃樹脂的層壓板。 電路板的厚度應(yīng)該根據(jù)電路板的功能、所裝元件的重量、電路板插座的規(guī)格、電路板的外形尺寸和承受的機械負(fù)荷等來決定。

主要是應(yīng)該保證足夠的剛度和強度。

常見的電路板的厚度有 0.5mm、1.0mm、1.5mm、2.0mm

從成本、銅膜線長度、抗噪聲能力考慮，電路板尺寸越小越好，但是板尺寸太小，則散熱不良，且相鄰的導(dǎo)線容易引起干擾。 電路板的制作費用是和電路板的面積相關(guān)的，面積越大，造價越高。 在設(shè)計具有機殼的電路板時，電路板的尺寸還受機箱外殼大小的限制，一定要在確定電路板尺寸前確定機殼大小，否則就無法確定電路板的尺寸。 一般情況下，在禁止布線層中指定的布線范圍就是電路板尺寸的大小。電路板的最佳形狀是矩形，長寬比為 3:2 或 4:3，當(dāng)電路板的尺寸大于 200mm150mm 時，應(yīng)該考慮電路板的機械強度。 總之，應(yīng)該綜合考慮利弊來確定電路板的尺寸。

雖然 Protel DXP 能夠自動布局，但是實際上電路板的布局幾乎都是手工完成的。要進行布局時，一般遵循如下規(guī)則：

1．特殊元件的布局 特殊元件的布局從以下幾個方面考慮：

1）高頻元件：高頻元件之間的連線越短越好，設(shè)法減小連線的分布參數(shù)和相互之間的電磁干擾，易受干擾的元件不能離得太近。隸屬于輸入和隸屬于輸出的元件之間的距離應(yīng)該盡可能大一些。

2）具有高電位差的元件：應(yīng)該加大具有高電位差元件和連線之間的距離，以免出現(xiàn)意外短路時損壞元件。為了避免爬電現(xiàn)象的發(fā)生，一般要求 2000V 電位差之間的銅膜線距離應(yīng)該大于 2mm，若對于更高的電位差，距離還應(yīng)該加大。帶有高電壓的器件，應(yīng)該盡量布置在調(diào)試時手不易觸及的地方。

3）重量太大的元件：此類元件應(yīng)該有支架固定，而對于又大又重、發(fā)熱量多的元件，不宜安裝在電路板上。

4）發(fā)熱與熱敏元件：注意發(fā)熱元件應(yīng)該遠離熱敏元件。

5）可以調(diào)節(jié)的元件：對于電位器、可調(diào)電感線圈、可變電容、微動開關(guān)等可調(diào)元件的布局應(yīng)該考慮整機的結(jié)構(gòu)要求，若是機內(nèi)調(diào)節(jié)，應(yīng)該放在電路板上容易調(diào)節(jié)的地方，若是機外調(diào)節(jié)，其位置要與調(diào)節(jié)旋鈕在機箱面板上的位置相對應(yīng)。

6）電路板安裝孔和支架孔：應(yīng)該預(yù)留出電路板的安裝孔和支架的安裝孔，因為這些孔和孔附近是不能布線的。

2．按照電路功能布局 如果沒有特殊要求，盡可能按照原理圖的元件安排對元件進行布局，信號從左邊進入、從右邊輸出，從上邊輸入、從下邊輸出。 按照電路流程，安排各個功能電路單元的位置，使信號流通更加順暢和保持方向一致。 以每個功能電路為核心，圍繞這個核心電路進行布局，元件安排應(yīng)該均勻、整齊、緊湊，原則是減少和縮短各個元件之間的引線和連接。 數(shù)字電路部分應(yīng)該與模擬電路部分分開布局。

3．元件離電路板邊緣的距離 所有元件均應(yīng)該放置在離板邊緣 3mm 以內(nèi)的位置，或者至少距電路板邊緣的距離等于板厚，這是由于在大批量生產(chǎn)中進行流水線插件和進行波峰焊時，要提供給導(dǎo)軌槽使用，同時也是防止由于外形加工引起電路板邊緣破損，引起銅膜線斷裂導(dǎo)致廢品。如果電路板上元件過多，不得已要超出 3mm 時，可以在電路板邊緣上加上 3mm 輔邊，在輔邊上開 V 形槽，在生產(chǎn)時用手掰開。

4．元件放置的順序 首先放置與結(jié)構(gòu)緊密配合的固定位置的元件，如電源插座、指示燈、開關(guān)和連接插件等。 再放置特殊元件，例如發(fā)熱元件、變壓器、集成電路等。 最后放置小元件，例如電阻、電容、二極管等。

布線的規(guī)則如下：

1）線長：銅膜線應(yīng)盡可能短，在高頻電路中更應(yīng)該如此。銅膜線的不拐彎處應(yīng)為圓角或斜角，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)雙面板布線時，兩面的導(dǎo)線應(yīng)該相互垂直、斜交或彎曲走線，避免相互平行，以減少寄生電容。

2）線寬：銅膜線的寬度應(yīng)以能滿足電氣特性要求而又便于生產(chǎn)為準(zhǔn)則，它的最小值取決于流過它的電流，但是一般不宜小于 0.2mm。只要板面積足夠大，銅膜線寬度和間距最好選擇 0.3mm。一般情況下，1~1.5mm 的線寬，允許流過 2A 的電流。例如地線和電源線最好選用大于 1mm 的線寬。在集成電路座焊盤之間走兩根線時，焊盤直徑為 50mil，線寬和線間距都是 10mil，當(dāng)焊盤之間走一根線時，焊盤直徑為 64mil，線寬和線間距都為 12mil。注意公制和英制之間的轉(zhuǎn)換，100mil=2.54mm。

3）線間距：相鄰銅膜線之間的間距應(yīng)該滿足電氣安全要求，同時為了便于生產(chǎn)，間距應(yīng)該越寬越好。最小間距至少能夠承受所加電壓的峰值。在布線密度低的情況下，間距應(yīng)該盡可能的大。

4）屏蔽與接地：銅膜線的公共地線應(yīng)該盡可能放在電路板的邊緣部分。在電路板上應(yīng)該盡可能多地保留銅箔做地線，這樣可以使屏蔽能力增強。另外地線的形狀最好作成環(huán)路或網(wǎng)格狀。多層電路板由于采用內(nèi)層做電源和地線專用層，因而可以起到更好的屏蔽作用效果。

焊盤

焊盤尺寸 焊盤的內(nèi)孔尺寸必須從元件引線直徑和公差尺寸以及鍍錫層厚度、孔徑公差、孔金屬化電鍍層厚度等方面考慮，通常情況下以金屬引腳直徑加上 0.2mm 作為焊盤的內(nèi)孔直徑。例如，電阻的金屬引腳直徑為 0.5mm，則焊盤孔直徑為 0.7mm，而焊盤外徑應(yīng)該為焊盤孔徑加1.2mm，最小應(yīng)該為焊盤孔徑加 1.0mm。 當(dāng)焊盤直徑為 1.5mm 時，為了增加焊盤的抗剝離強度，可采用方形焊盤。 對于孔直徑小于 0.4mm 的焊盤，焊盤外徑/焊盤孔直徑=0.5~3。 對于孔直徑大于 2mm 的焊盤，焊盤外徑/焊盤孔直徑=1.5~2。

常用的焊盤尺寸如表 1-1 所示表 16-1

高頻布線

為了使高頻電路板的設(shè)計更合理，抗干擾性能更好，在進行 PCB 設(shè)計時應(yīng)從以下幾個方面考慮：

1）合理選擇層數(shù)。利用中間內(nèi)層平面作為電源和地線層，可以起到屏蔽的作用，有效降低寄生電感、縮短信號線長度、降低信號間的交叉干擾，一般情況下，四層板比兩層板的噪聲低 20dB。

2）走線方式。走線必須按照 45角拐彎，這樣可以減小高頻信號的發(fā)射和相互之間的耦合。

3）走線長度。走線長度越短越好，兩根線并行距離越短越好。

4）過孔數(shù)量。過孔數(shù)量越少越好。

5）層間布線方向。層間布線方向應(yīng)該取垂直方向，就是頂層為水平方向，底層為垂直方向，這樣可以減小信號間的干擾。

6）敷銅。增加接地的敷銅可以減小信號間的干擾。

7）包地。對重要的信號線進行包地處理，可以顯著提高該信號的抗干擾能力，當(dāng)然還可以對干擾源進行包地處理，使其不能干擾其它信號。

8）信號線。信號走線不能環(huán)路，需要按照菊花鏈方式布線。

9）去耦電容。在集成電路的電源端跨接去耦電容。

10）高頻扼流。數(shù)字地、模擬地等連接公共地線時要接高頻扼流器件，一般是中心孔穿有導(dǎo)線的高頻鐵氧體磁珠。