电子产品设计经验总结之PCB.doc

老电子工程师的多年经验电子产品设计经验总结之PCB设计
1. 根据线路板厂家的能力设定线路板基本参数

　　根据沧州一带线路板厂的水平，按下列参数设计线路板质量应能保证：

　　* 最小导线宽度：8mil；

　　* 最小导线间距：8mil；

　　* 最小过孔焊盘直径：30 mil；

　　* 最小过孔孔径：16 mil；

　　* DRC检查最小间距：8mil；

2. 线路板布局

　　* 固定孔和线路板外形按结构要求以公制尺寸绘制；

　　* 螺钉固定孔的焊盘要大于螺钉帽和螺母的直径，以M3的螺钉为例，其焊盘直径为6.5mm，钻孔直径为3.2mm。

　　* 外围接插件位置要总体考虑，避免电缆错位、扭曲；

　　* 其他器件要以英制尺寸布置在最小25 mil的网格上，以利布线；

　　* 按功能把器件分成多个单元，在显示网络飞线的情况下把单元的各个器件定位；

　　* 把各个单元移到线路板的合适位置，利用块移动和旋转功能使大部分走线合理；

　　* 模拟电路与数字电路分片布置，数字部分的电流尽量不要穿越模拟区；

　　* 模拟电路按信号走向布置，大信号线不得穿越小信号区；

　　* 晶体和连接电容下方不得走其他信号线，以免振荡频率不稳；

　　* 除单列器件外只允许移动、旋转，不得翻转，否则器件只能焊于焊接面；

　　* 核对器件封装

　　　　同一型号的贴片器件有不同封装。例如SO14 塑料本体宽度有0.15英寸（3.8mm）和5.1mm的区别。

　　* 核对器件安装位置

器件布局初步完成后，应打出1:1的器件图，核对边沿器件安装位置是否合适。

3. 布线

3.1 线宽

　　信号线：8～12mil；

　　电源线：30～100mil（A级电源线可用矩形焊盘加焊裸导线以增加通过电流量）；

3.2 标准英制器件以25 mil间距走线。

3.3 公制管脚以5 mil间距走线，距离管脚不远处拐弯，尽量走到25 mil网格上，便于以后导线调整。

3.4 8mil线宽到过孔中心间距为30mil。

3.5 大量走线方向交叉时可把贴片器件改到焊接面。

3.6 原理图连线不见得合理，可适当修改原理图，重作网络表，使走线尽量简洁、合理。

　　*　62256 RAM芯片的数据、地址线可不按元件图排列；

　　*　MCU 的外接IO管脚可适当调整；

　　*　地址锁存芯片的引脚可适当变动，但要注意信号的对应关系；

　　*　CPLD和GAL的引脚可适当调整。

3.7在用贴片管脚较多的器件时，布线不一定坚持横竖各在一面的原则，应以走线简洁、合理为准。

3.8 预留电源和地线走线空间。

3.9 电源线换面时最好在器件管脚处，过孔的电阻较大。

3.10 不应连接的器件有飞线，可能是原理图网络标号相同所致，应修改原理图。

4. 线间距压缩

在引线密度较高，差几根线布放困难时可采取以下办法：

　　* 8mil线宽线间距由25 mil改为20 mil；

　　* 过孔较多时可把经过孔的相反方向的走线调整到一排；

　　* 经过孔的走线弯曲，压缩线间距；

　　*

5. DRC检查

　　DRC检查的间距一般为10 mil，如布线困难也可设为8 mil。

　　布地网前应作一次DRC检查，即除GND没布线外不得有其他问题。如发现问题也容易处理。

6. 佈地网（铺铜）

　　佈地网首先能减小地线电阻，即减小由地线电阻（电感）形成的电压降，使电路工作稳定。另外也可减少对外辐射，增强电磁兼容性。早期采用网格，近来很多采用连在一起的铜箔。

佈地网用DXP软件较好，即缺画导线较少。

6.1 初始设置

DRC检查的间距设置：16mil（DRC检查时要改回10 mil）

　　（焊盘与地网距离较大，焊接时不易短路）

网格间距：10mil

线宽：10mil

不删除死铜。

6.2 布线

　　布线前应在元件面丝印层画出佈地网的范围，以免两面不一致。这些线布完后删除。

6.3 加过孔

　　过孔不只起把死铜连接的作用，在可能的地方尽量多加过孔（10mm间距），以使地电阻最小。

6.4 删除死铜

　　多余死铜使两边导线电容加大，增加不必要的耦合，必须删除。

7. 钻孔孔径调整

由于一般阻容件、集成电路管脚直径在0.5~0.6mm之间，50 mil焊盘的缺省孔径为30 mil（0.76mm），焊接无问题。对直径较大的二极管、单双排插针就不合适，甚至会插不进去，把孔径改为39 mil（约为1 mm）即可。

　　管脚直径大于1 mm的器件，无法在50 mil焊盘上应用，这是器件库设计问题。

8. 器件标号调整

　　把器件标号移到合适位置，在器件较密时容易把标号放错，此时应用器件编辑命令核对。

9. 编制元器件表

　　编制元器件表的目的是给器件采购和线路板焊接准备必要文件。建议按以下原则编制：

　　* 器件顺序按电阻、电容、电感、集成电路、其他排列；

　　* 同类器件按数值从小到大排列；

　　* 器件应标明型号、数量、安装位置（器件标号）；

　　* 集成电路应在备注栏标明封装型式；

　　* 焊插座的器件应标明插座型号；

　　* 特殊器件（如高精度电阻）应注明。

10. 元件封装设计

10.1元件封装设计的必要性

　　* 新器件没有现成的封装；

　　* 贴片器件自动贴装焊盘可以和器件焊盘一致，手工焊接要留出焊接余量。

10.2元件封装设计

　　* 在元件丝印面画出带器件方向的元件外形，以防器件放置拥挤；

　　* 贴片器件焊盘要长出器件管脚0.5 mm，便于手工焊接；

　　* 插板器件焊盘孔径要大于管脚直径0.2 mm，便于焊锡流动；

　　* 管脚编号要与原理图一致（不用管脚也要编号）；

　　* 核对管脚编号；

　　* 打印1:1图形，与实际器件核对。

10.3 使用元件封装库应注意的几个问题

　　* DB插头座针、孔管脚排列相反，容易用错；

　　* 3脚分立器件封装与原理图可能不一致；

　　* DC2带耳接插件要留出合适的安装空间；

　　* 立式接插件与卧式接插件封装图不同；

　　* 把器件改放到焊接面可用器件编辑来实现
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PCB设计的抗ESD方法
来自人体、环境甚至电子设备内部的静电对于精密的半导体芯片会造成各种损伤，例如穿透元器件内部薄的绝缘层；损毁MOSFET和CMOS元器件的栅极；CMOS器件中的触发器锁死；短路反偏的PN结；短路正向偏置的PN结；熔化有源器件内部的焊接线或铝线。为了消除静电释放(ESD)对电子设备的干扰和破坏，需要采取多种技术手段进行防范。
　　在PCB板的设计当中，可以通过分层、恰当的布局布线和安装实现PCB的抗ESD设计。在设计过程中，通过预测可以将绝大多数设计修改仅限于增减元器件。通过调整PCB布局布线，能够很好地防范ESD。以下是一些常见的防范措施。
　　*尽可能使用多层PCB，相对于双面PCB而言，地平面和电源平面，以及排列紧密的信号线-地线间距能够减小共模阻抗和感性耦合，使之达到双面PCB的1/10到1/100。尽量地将每一个信号层都紧靠一个电源层或地线层。对于顶层和底层表面都有元器件、具有很短连接线以及许多填充地的高密度PCB，可以考虑使用内层线。
　　*对于双面PCB来说，要采用紧密交织的电源和地栅格。电源线紧靠地线，在垂直和水平线或填充区之间，要尽可能多地连接。一面的栅格尺寸小于等于60mm，如果可能，栅格尺寸应小于13mm。
　　*确保每一个电路尽可能紧凑。
　　*尽可能将所有连接器都放在一边。
　　*如果可能，将电源线从卡的中央引入，并远离容易直接遭受ESD影响的区域。
　　*在引向机箱外的连接器(容易直接被ESD击中)下方的所有PCB层上，要放置宽的机箱地或者多边形填充地，并每隔大约13mm的距离用过孔将它们连接在一起。
　　*在卡的边缘上放置安装孔，安装孔周围用无阻焊剂的顶层和底层焊盘连接到机箱地上。
　　*PCB装配时，不要在顶层或者底层的焊盘上涂覆任何焊料。使用具有内嵌垫圈的螺钉来实现PCB与金属机箱/屏蔽层或接地面上支架的紧密接触。
　　*在每一层的机箱地和电路地之间，要设置相同的“隔离区”；如果可能，保持间隔距离为0.64mm。
　　*在卡的顶层和底层靠近安装孔的位置，每隔100mm沿机箱地线将机箱地和电路地用1.27mm宽的线连接在一起。与这些连接点的相邻处，在机箱地和电路地之间放置用于安装的焊盘或安装孔。这些地线连接可以用刀片划开，以保持开路，或用磁珠/高频电容的跳接。
　　*如果电路板不会放入金属机箱或者屏蔽装置中，在电路板的顶层和底层机箱地线上不能涂阻焊剂，这样它们可以作为ESD电弧的放电极。
　　*要以下列方式在电路周围设置一个环形地：
　　(1)除边缘连接器以及机箱地以外，在整个外围四周放上环形地通路。
　　(2)确保所有层的环形地宽度大于2.5mm。
　　(3)每隔13mm用过孔将环形地连接起来。
　　(4)将环形地与多层电路的公共地连接到一起。
　　(5)对安装在金属机箱或者屏蔽装置里的双面板来说，应该将环形地与电路公共地连接起来。不屏蔽的双面电路则应该将环形地连接到机箱地，环形地上不能涂阻焊剂，以便该环形地可以充当ESD的放电棒，在环形地(所有层)上的某个位置处至少放置一个0.5mm宽的间隙，这样可以避免形成一个大的环路。信号布线离环形地的距离不能小于0.5mm。
　　*在能被ESD直接击中的区域，每一个信号线附近都要布一条地线。
　　*I/O电路要尽可能靠近对应的连接器。
　　*对易受ESD影响的电路，应该放在靠近电路中心的区域，这样其他电路可以为它们提供一定的屏蔽作用。
　　*通常在接收端放置串联的电阻和磁珠，而对那些易被ESD击中的电缆驱动器，也可以考虑在驱动端放置串联的电阻或磁珠。
　　*通常在接收端放置瞬态保护器。用短而粗的线(长度小于5倍宽度，最好小于3倍宽度)连接到机箱地。从连接器出来的信号线和地线要直接接到瞬态保护器，然后才能接电路的其他部分。
　　*在连接器处或者离接收电路25mm的范围内，要放置滤波电容。
　　(1)用短而粗的线连接到机箱地或者接收电路地(长度小于5倍宽度，最好小于3倍宽度)。
　　(2)信号线和地线先连接到电容再连接到接收电路。
　　*要确保信号线尽可能短。
　　*信号线的长度大于300mm时，一定要平行布一条地线。
　　*确保信号线和相应回路之间的环路面积尽可能小。对于长信号线每隔几厘米便要调换信号线和地线的位置来减小环路面积。
　　*从网络的中心位置驱动信号进入多个接收电路。
　　*确保电源和地之间的环路面积尽可能小，在靠近集成电路芯片每一个电源管脚的地方放置一个高频电容。
　　*在距离每一个连接器80mm范围以内放置一个高频旁路电容。
　　*在可能的情况下，要用地填充未使用的区域，每隔60mm距离将所有层的填充地连接起来。
　　*确保在任意大的地填充区(大约大于25mm×6mm)的两个相反端点位置处要与地连接。
　　*电源或地平面上开口长度超过8mm时，要用窄的线将开口的两侧连接起来。
　　*复位线、中断信号线或者边沿触发信号线不能布置在靠近PCB边沿的地方。
　　*将安装孔同电路公地连接在一起，或者将它们隔离开来。
　　(1)金属支架必须和金属屏蔽装置或者机箱一起使用时，要采用一个零欧姆电阻实现连接。
　　(2)确定安装孔大小来实现金属或者塑料支架的可靠安装，在安装孔顶层和底层上要采用大焊盘，底层焊盘上不能采用阻焊剂，并确保底层焊盘不采用波峰焊工艺进行焊接。
　　*不能将受保护的信号线和不受保护的信号线并行排列。
　　*要特别注意复位、中断和控制信号线的布线。
　　(1)要采用高频滤波。
　　(2)远离输入和输出电路。
　　(3)远离电路板边缘。
　　*PCB要插入机箱内，不要安装在开口位置或者内部接缝处。
　　*要注意磁珠下、焊盘之间和可能接触到磁珠的信号线的布线。有些磁珠导电性能相当好，可能会产生意想不到的导电路径。
　　*如果一个机箱或者主板要内装几个电路板，应该将对静电最敏感的电路板放在最中间。
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