PCB设计的原则与技巧

PCB设计的原则与技巧

2004-12-18 E道理电子技术工作室

印制电路板在电子产品中起到支撑电路元件和器件的作用,它同时还提供电路元件和器件之间的电气连接,其间的设计远非排列固定元器件连通元器件引脚这样简单,设计的好坏对产品的抗干扰能力影响很大,甚至对今后产品的性能起决定性的作用.随着电子技术的飞速发展,元器件和产品的外型尺寸都越来越小,工作频率越来越高,使得元器件的密度大幅提高,增加了设计加工的难度,因此设计始终是电子产品开发设计中最重要的内容之一.布局与布线是ＰＣＢ设计中的两个最重要内容.所谓布局就是把电路图上所有的元器件都合理地安排到有限面积的上,最关键的问题是开关按钮旋钮等操作件以及结构件（以下简称特殊元件）等必须被安排在指定的位置上,其他元器件的位置安排必须同时兼顾到布线的布通率和电气性能的最优化,以及今后的生产工艺和造价等多方面因素.这种兼顾往往是对设计师的水平和经验的挑战.布线就是在布局之后通过设计铜铂的走线图按照原理图连通所有的走线,显然布局的合理程度直接影响布线的成功率.往往在布线过程中还需要对布局作适当的调整,布线设计可以采用双层走线和单层走线,对于极其复杂的设计也可以考虑采用多层布线方案.但为了降低产品的造价一般应尽量采用单层布线方案,对于个别无法布通的走线可以采用标准间距短跳线或长跳线（软线）连通.

ＰＣＢ设计的一般原则:

ＰＣＢ尺寸大小和形状的确定首先根据产品的机械结构确定当空间位置较富余时应尽量选择小面积的ＰＣＢ因为面积太大时印制线条长阻抗增加抗噪声能力下降成本也增加但还要充分考虑到元器件的散热和邻近走线易受干扰等因素布局

特殊元件的布局原则:

① 尽可能缩短高频元器件之间的连线设法减少它们的分布参数和相互间的电磁干扰.易受干扰的元器件不能相互挨得太近.输入和输出元件应尽量远离

② 某些元器件或导线之间可能有较高的电位差应加大它们之间的距离以免放电引出意外短路,带高电压的元器件应尽量布置在调试时手不易触及的地方

③ 重量超过１５ｇ的元器件应当用支架加以固定,然后焊接那些又大又重发热量多的元器件,不宜

装在印制板上而应装在整机的机箱底板上,且应考虑散热问题热敏元件应远离发热元件

④ 对于电位器,可调电感线圈,可变电容器,微动开关等可调元件的布局应考虑整机的结构要求,若是机内调节应放在印制板上方便于调节的地方,若是机外调节其位置要与调节旋钮在机箱面板上的位置相适应

⑤ 应留出定位孔及固定支架所占用的位置 普通元器件的布局原则:

①按照电路的流程安排各个电路单元的位置使布局便于信号流通并使信号尽可能保持一致的流向 ②以每个功能电路的核心元件为中心围绕它来进行布局元器件应均匀整齐紧凑地排列在ＰＣＢ上．尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接③在高频下工作的电路要考虑元器件之间的分布参数一般电路应尽可能使元器件平行排列这样不但美观．而且装焊容易．易于批量生产④位于电路板边缘的元器件离电路板边缘一般不小于２ｍｍ电路板的最佳形状为矩形长宽比为３２成４３电路板面尺寸大于２００ｘ１５０ｍｍ时．应考虑电路板所受的机械强度．布线①相同信号的电路模块输入端与输出端的导线应尽量避免相邻平行最好加线间地线以免发生反馈藕合②印制铜铂导线的最小宽度主要由导线与绝缘基扳间的粘附强度和流过它们的电流值决定当铜箔厚度为０．０５ｍｍ导线宽度为１．５ｍｍ时通过２Ａ的电流温升不会高于３℃可满足一般的设计要求其他情况下的铜铂宽度选择可依次类推对于集成电路尤其是数字电路通常选０．０２－０．３ｍｍ导线宽度就可以了当然只要允许还是尽可能用宽线．尤其是电源线和地线导线的最小间距主要由最坏情况下的线间绝缘电阻和击穿电压决定对于集成电路尤其是数字电路只要工艺允许可使间距小至０．５ｍｍ③由于直角或锐角在高频电路中会影响电气性能因此印制铜铂导线的拐弯处一般取圆弧形此外尽量避免使用大面积铜箔否则．长时间受热时易发生铜箔膨胀和脱落现象必须用大面积铜箔时最好用栅格状．这样有利于排除铜箔与基板间粘合剂受热产生的挥发性气体．焊盘焊盘用来焊接元器

件的引脚对于无固定支架的元器件焊盘也起到支撑固定元器件的承重作用焊盘中心孔要比元器件引线直径稍大一些但焊盘太大时易形成虚焊一般情况下焊盘外径Ｄ不小于ｄ＋１．２ｍｍ其中ｄ为焊盘中心孔径对高密度的数字电路焊盘最小直径可取ｄ＋１．０ｍｍ在位置许可的情况下焊盘面积宜大不宜小位置拥挤时也可采用异型（椭圆或长方形）焊盘以增加焊盘的实际有效面积三ＰＣＢ及电路抗干扰措施抗干扰设计与具体电路有着密切的关系是一个很复杂的技术问题这里仅就ＰＣＢ抗干扰设计中的几项最基本的措施做一些简要说明更详细的方法请参阅专业书籍１．电源线设计根据印制线路板电流的大小尽量加粗电源线宽度减少环路电阻尤其要注意使电源线地线中的供电方向与数据信号的传递方向相反即从末级向前级推进的供电方式这样有助于增强抗噪声能力２．地线设计地线既是特殊的电源线也是信号线除了遵循电源线设计的一般原则外还要做到①不同的信号对地线的结构有不同的要求数字地与模拟地分开若线路板上既有逻辑电路又有线性电路应使它们尽量分开低频电路的地应尽量采用单点并联接地实际布线有困难时可部分串联后再并联接地高频电路宜采用多点串联接地地线应短而粗高频元件周围尽量用栅格状大面积地箔②接地线应尽量加粗若接地线太细接地电位将随电流的变化和信号频率的变化而变化使噪声加大严重时将引起自激因此应尽量加粗接地线使它能通过三倍于印制板上的允许电流如有可能接地线宽度应在２－３ｍｍ以上③数字电路系统的接地线构成闭环路能提高抗噪声能力３．退藕电容配置ＰＣＢ设计的常规做法之一是在印制板的各个关键部位配置适当的退藕电容以提高电源回路的抗干扰能力退藕电容的一般配置原则是①电源输入端跨接１０－１００ｕｆ的电解电容器如有可能接１００ｕＦ以上的更好②原则上每个集成电路芯片都应布置一个０．０１ｐＦ的瓷片电容如遇印制板空隙不够可每４－８个芯片布置一个１－１０ｐＦ的钽电容