电路板布局布线要求及规律课件.ppt

1、2022-3-26Hwadee1电子类学生面临的职业选择o 从大的方面分四大类：调试级、硬件级、软件级、系统级，从技术层面讲调试级是硬件级的基础，硬件级是软件级的基础o 从需求量上讲：大量需要调试级和硬件级人员，他们广泛活跃在生产，工程，维修，开发等众多岗位2022-3-26Hwadee2为什么要学习电路板设计？为什么要学习电路板设计？o 电子产品过程中大量需要调试及硬件相关技术人员，电子产品核心硬件以电路板形式存在。o 具有产品硬件设计基本思想，深入理解原理是从事调试及相关硬件技术工作的关键。o 对于众多电子产品，找到通用的电路板设计规律比较困难，希望能理解实质并针对具体设计灵活应用 202

2、2-3-26Hwadee3电路板设计目标分析o 电气性能o 可生产性能o 性价比o 稳定性（包括干扰）o 可维护性能o 观赏性原理图设计目标原理图设计目标?2022-3-26Hwadee4水平分级与实训目标水平分级与实训目标o 入门级：了解部分概念，具有部分知识基础o 工具级：对相应设计工具有较好掌握o 生产级（工艺级）：设计能考虑生产工艺及维修安装要求o 电气级（系统级）：考虑电气属性，系统能稳定可靠工作，成本优化（我们的目标我们的目标）2022-3-26Hwadee5硬件设计不等于硬件设计不等于protel使用使用o 某些人由于种种原因容易把protel的操作等同于电路板设计o 熟练操作p

3、rotel并不等于能设计出好的PCB板o PCB的设计是电子工程技术人员的基本技能，PCB板设计人员经验等）必需有扎实的基础（材料知识，工艺知识，电路知识，工程及调试2022-3-26Hwadee6自动布线与手工布线自动布线与手工布线o 在做电子产品时，基本上不会用自动布线，自动布线一方面由于算法的原因，无法象手工布线那样按照设计者的意愿做，另外一方面，即使自动布线了，最后还得手工更改线路，因此还不如直接手工布线更好。 o 即使采用自动布线，也需要对开发平台相当熟悉（规则设置），且有相当深入的手工布局布线经验（自动布线完后必需进行手工调整，必需对结果进行判断是否投产）。o 本项目必需手工布局布

4、线完成，希望大家细心体会，终有收获。2022-3-26Hwadee7元件布局元件布局o 使用交互式布局将元件打散o Tools Interactive Placement Align Lefto 使用鼠标左键将各元件外形拖动到满意的位置，必要时可以配合键盘空格键将元件外形旋转。o 注：非必要时不要对元件外形进行翻转操作(键盘X键和Y键)，否则就必须将元件放置在电路板的另外一个焊接面上o 对位置要求严格的器件使用坐标定位o 可使用参考点进行有规律快速布局2022-3-26Hwadee8元件布局纲要元件布局纲要o 考虑整体美观：一个产品的成功与否，一是要注重内在质量，二是兼顾整体的美观，两者都较完

5、美才能认为该产品是成功的o 一个PCB板上，元件的布局要求均衡，疏密有序，不能头重脚轻o 元件放置顺序：首先放置与机械结构、机械尺寸紧密相关或位置固定的元器件，再放特殊的、体积大的占据面积的元件和系统电路的核心元件，最后放小元件2022-3-26Hwadee9元件布局纲要元件布局纲要o 印制板尺寸是否正确，能否与结构配合，是否符合PCB制造工艺要求o 元件在二维、三维空间上有无冲突o 需经常更换的元件能否方便的更换对于大板子应在中间多加固定螺丝孔；板上有重的器件或较大的接插件等受力器件边上也应加固定螺丝孔；有需要的话可在适当位置放上一些测试用焊盘；最好在原理图中就加上；将过小的焊盘、过孔改大。

6、o 将所有固定螺丝孔、焊盘的网络定义到地或保护地等2022-3-26Hwadee10元件布局纲要元件布局纲要热敏元件与发热元件之间是否有适当的距离，在需要散热的地方，空气是否通畅，是否需加散热器；板上有发热较多的器件时应考虑加散热器甚至轴流风机，风机向内吹时散热效果好，但板子很会脏所以一般还是向外排风较为多见，并与周围电解电容、晶振、锗管等怕热元件隔开一定的距离。竖放的板子应把发热元件放置在板的最上面。双面放器件时底层不得放发热元件。元件布局纲要元件布局纲要2022-3-26Hwadee11对于单面板器件一律放顶层；双面板或多层板器件一般放顶层只有在器件过密时才能把一些高度有限并且发热量少的器

7、件如贴片电阻贴片电容贴片IC 等放在底层。由于器件放置时有些是可以上下重叠的，有些器件的封装边框画得比实际的器件尺寸要略大如0805 使得部分器件封装放置时可以有边框相碰甚至有部分重叠。所以设计规则检查DRC 里的Report 和Online这两项的Component Clearance 一般不选2022-3-26Hwadee12元件布局误区o 插头、插座与结构设计是否矛盾；o 调整可调元件是否方便；o 信号流程是否顺畅且互连最短；o 线路的干扰问题是否有所考虑。o 强弱电分离、高低频分离、数模分离（包括空间的和连接两层意思）。o 功率分布、热分布合理元件定位随意，造成布线不方便或不美观o 应

8、辩证地处理好布局和布线的关系2022-3-26Hwadee13电压波动及计算电压波动及计算o 开关电流和电源寄生的高频电压噪声计算公式o （V是在器件处观测到的电压波动，I是开关电流。Z是在器件处观测到的整个电源供电系统电源与地之间的输入阻抗）Z器件2022-3-26Hwadee14电抗的作用o 在数字系统中由于电流的脉动性，因此电抗（主要指L）的影响不容忽视o 电容的影响？负载供电2022-3-26Hwadee15电感的影响o 导线本身的电感造成的电压波动o 电流环路造成电磁的吸收和发射2022-3-26Hwadee16数字电路中电容的使用数字电路中电容的使用o 利用其隔直通交的特性去干扰（

9、去耦电容）o 利用其贮能特性2022-3-26Hwadee17去耦电容作用基理o 芯片旁放置的小电容，减小了电源到芯片Vcc管脚之间的走线长度，从而减少环路面积。o 注：去耦电容为PCB上的芯片提供“高频”电流，而电源提供“低频”电流Z器件2022-3-26Hwadee181、有源器件在开关时产生的高频开关噪声将沿着电源线传播，去耦电容的主要作用就是减少开关噪声在板上的传播和将噪声引导到地。去耦电容去除高频如RF信号的干扰，干扰的方式是通过电磁辐射。2、另芯片附近的电容还有蓄能的作用，如果从微观来看，高频器件在工作的时候，其电流是不连续的，而且频率很高，而器件的VCC到总电源有一段距离，即使距

10、离不长，在频率很高的情况下，阻抗Z=JWL+R,线路电感的影响也会很大，会导致器件在需要电流的时候，不能及时共给，去偶电容弥补此。2022-3-26Hwadee19电源去耦电容设计电源去耦电容设计o 容量计算：C=I/(dV/dt) 。与芯片所需电流成正比，与信号上升时间（频率）成反比，一般给104（10M以下），103（1050M），102（50M以上）o 位置选择：需要放置在能够最小化电容和芯片间走线电感的地方，建议靠近芯片电源引脚放置，且要连接到芯片本级地。 2022-3-26Hwadee20电源去耦电容设计示例电源去耦电容设计示例VCCVCCVCCGNDGNDGND去耦电容去耦电容哪一

11、种接法正确哪一种接法正确2022-3-26Hwadee21电容的贮能作用电容的贮能作用o 在电路设计过程中，往往会遇到大功率开关型器件（如扫描显示驱动板中行管），其具有脉动性和电流大的特性，处理不好会影响整个电路工作性能o 处理办法：在脉冲电流需求大的地方放置大容量电容可以达到及时补充能量和减小电流波动影响环路的作用2022-3-26Hwadee22电源设计目标电源设计目标o 电源与地之间的输入阻抗是用来衡量电源供电系统特性的一个重要的观测量。o 一个低阻的电源供电系统(从直流到交流)是获得低电压波动的关键o 减少电感作用，增加电容作用，消除或降低谐振峰 2022-3-26Hwadee23电源

12、设计准则电源设计准则o 为了降低电源供电系统的阻抗，应遵循以下一些设计准则： o 1. 降低电源和地板层（线）之间的间距；o 2. 尽量加宽电源、地线宽度或增大平板的尺寸；o 3. 提高填充介质的介电常数；o 4. 采用多对电源和地板层。o 5. 在数字电路中推荐电源线采用树形设计o 由于制造或一些其他的设计考虑，设计工程师还需要用一些较为灵活的有效的方法来改变电源供电系统的阻抗。为了减小阻抗并且消除那些谐振峰，在PCB上放置分立的去耦电容便成为常用的方法 2022-3-26Hwadee24地线的实质地线的实质o 定义1:地线（指信号地）是作为电路电位基准点的等电位体。在频率较高的数字电路中这

13、个定义是不符合实际情况的。实际地线上的电位并不是恒定的。o 定义2:信号流回源的低阻抗路径。这个定义中突出了地线中电流的流动，比较适合频率较高的数字电路。o 我们应该将地线上的电位想象成像大海中的我们应该将地线上的电位想象成像大海中的波浪一样，此起彼伏。波浪一样，此起彼伏。 2022-3-26Hwadee25地线电压波动o 因为地线的阻抗总不会是零，当一个电流通过有限阻抗时，就会产生电压降。o 在实际电路中，造成电磁干扰的信号往往是脉冲信号，脉冲信号包含丰富的高频成分，因此会在地线上产生较大的电压降。这种电位差完全可能造成电路的误动作 。2022-3-26Hwadee26地环路干扰示意图地环路

14、干扰示意图设备1设备2信号线大地大地2022-3-26Hwadee27加粗接地线与大面积铺地加粗接地线与大面积铺地 o 若接地线很细，接地电位则随电流的变化而变化，致使电子设备的定时信号电平不稳，抗噪声性能变坏，地线加粗可以减小地线阻抗，从而减小波动。o 在频率较高的数字电路中将PCB上所有不用面积均布设为地线，以减少地线中的感抗，从而削弱在地线上产生的高频信号，并对电场干扰起到屏蔽作用。 2022-3-26Hwadee28模拟地与数字地模拟地与数字地o 特点：数字电路的频率高，模拟电路的敏感度强o 高频的信号线尽可能远离敏感的模拟电路器件o 最好让数字地和模拟地完全分开o 如PCB地线只有一

15、个输出结点，最好让PCB内部数字地和模拟地分开互不相连，只是在PCB与外界连接的接口处（如插头等）进行一点短接2022-3-26Hwadee29电源与地线的紧密耦合设计电源与地线的紧密耦合设计不好比较好最好2022-3-26Hwadee30线长线长o 硐膜线应尽可能短，高频线更应如此。o 硐膜线拐角处应为圆角或斜角o 双面走线时，两面导线应相互垂直、斜交或弯曲走线，避免平行减少寄生电容2022-3-26Hwadee31线宽设计线宽设计o 铜膜线宽度应以满足电气特性参数而又便于生产为准则，其最小值取决于流过它的电流，一般不宜小于0.2mmo 与使用环境温度、导线阻抗、元件数、过孔数以及运行频率等

16、因素有关o 经验公式：0.15线宽(W)=Ao 导线宽度能宽不细，一般信号线推荐使用10mil线宽2022-3-26Hwadee32PCBPCB设计铜铂厚度、线宽和电流关系表设计铜铂厚度、线宽和电流关系表铜厚/35um铜厚/50um铜厚/70um电流(A)线宽(mm)电流(A)线宽(mm)电流(A)线宽(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 20.50.51.11.10.40.41.351.350.40.41.71.70.40.40.80.80.30.31.11.10.30.31.31.30.30.30.550.550.20.20.70.70.20.20.90.90.20.20.20.20.150.150.50.50.150.150.70.70.150.152022-3-26Hwadee33减小布线阻抗减小布线阻抗o

18、重要的信号线可增加线宽降低其特性阻抗o关键的信号线可采用平行地线的方法隔离o尽量减少过孔数量2022-3-26Hwadee34强弱信号尽量远离强弱信号尽量远离电源线信号clk不好的布线2022-3-26Hwadee35相邻两面采用相邻两面采用#字型布线字型布线这样布线有那些优点?2022-3-26Hwadee36常见走线对比常见走线对比2022-3-26Hwadee37常见走线对比常见走线对比2022-3-26Hwadee38常见走线对比常见走线对比2022-3-26Hwadee39设置好布局布线规则使用层面、各组线宽、过孔、间距、布线的拓朴结构等部分规则可通过Design-Rules2022

19、-3-26Hwadee40布局布线小结布局布线小结o 布局应考虑哪些因素？o 电气o 工艺o 布线o 在布线过程中如何处理电源线、地线、信号线（应分重要级）以及它们之间的关系？2022-3-26Hwadee41快速布线方法快速布线方法o 采用copy方式布线o 尽量利用系统的自动删除回路线来修改走线o 利用来翻层自动增加过孔o 走线过程中使用TAB键来快速改变线宽2022-3-26Hwadee42检查检查PCBo PCB布线完成后先手工检查以下内容o 电源线和地线的宽度是否合适，电源线和地线之间是否紧耦合，地线是否还有能加宽的地方o 对于关键的信号线是否采取了最佳措施，如长度最短，加保护线o 对一些不理想的线进行修改o 阻焊是否符合生产工艺要求，字符标志是否压在焊盘上2022-3-26Hwadee43布局布线技巧探讨布局布线技巧探讨o 在工作中产品设计都是有时间要求的，布局布线是一个复杂而又需要大片时间的工作，采用适当的技巧可以达到事半功倍的效果o 不同电路板都有其自身特点，不断总结，点滴积累是根本方法o 坐标定位与copy的灵活应用技巧展示（操作展示）2022-3-26Hwadee44Q&Ao 请提问！THANKYOU