1、第五章 电路板设计5.1 元器件在PCB板上的安装5.2 PCB板的组成结构5.3 创建PCB5.4 PCB设计菜单解读5.5 设置设计规则5.6 布局5.7 布线5.8 覆铜5.9 原理图与PCB图的同步更新5.10 后处理5.1 元器件在元器件在PCB板上的安装板上的安装5.1.1 元器件的布局在确定特殊元件的位置时要遵守以下原则：（1）尽可能缩短高频元件之间的连线，设法减少它们的分布参数和相互之间的电磁干扰，易受干扰的元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，以免放电导致意外短路。带强电的元件应尽量布置在调试时人体不
2、必接触到的地方。（3）重量超过15g的元件，应当使用支架加以固定，然后焊接。那些又大又重、发热量大的元件不宜装在电路扳上，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。（5）应留出电路板的定位孔和固定支架所占用的位置。5.1 元器件在元器件在PCB板上的安装板上的安装5.1.1 元器件的布局根据电路的功能单元对电路的全部元器件进行布局时，要符合以下原则：（1）按照电路中各个功能单元的位置，使布局便于信号流通，并使信号尽可能保持一致的方向。（2）以每个功能单元的核心元件为中心，围绕它们来
3、进行布局。元件应均匀、整齐、紧凑地排列在PCB上，尽量减少和缩短各个元件之间的引线和连接。（3）一般元器件应该排布在PCB的一面，并且每个元器件的引出脚要单独占用一个焊盘，两焊盘之间应有一定距离的阻焊。（4）元器件的排布不能上下交叉，如图5-1-1所示。相邻的两个元器件之间要保持一定间距，间距不得过小，避免相互碰接。如果相邻元器件的电位差较高，则应当保持安全距离。一般环境中的间隙安全电压是200V/mm。4.1 创建元件封装库创建元件封装库5.1 元器件在元器件在PCB板上的安装板上的安装5.1.1 元器件的布局（5）元器件两端焊盘的跨距应该稍大于元器件本体的轴向尺寸，如图5-1-2所示。引线
4、不能齐根弯折，弯角时应该留出一定距离（至少2rnm），以免损坏元器件。图5-1-2 元器件引脚转折处需要与元件体保留距离4.1 创建元件封装库创建元件封装库5.1 元器件在元器件在PCB板上的安装板上的安装5.1.1 元器件的布局（6）对于高频电路，要考虑元件之间的分布参数。一般电路应尽可能使元件平行排列，均匀布置，疏密一致。这样，不但美观，而且焊接容易，易于批量生产。（7）位于电路板边缘的元件，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3:2或4:3。电路板面尺寸大于200mm150mm时，应考虑电路板的机械强度。4.1 创建元件封装库创建元件封装库5.1 元器件在元器件
5、在PCB板上的安装板上的安装5.1.1 元器件的布局布局后要进行以下严格的检查：（1）印制电路板尺寸是否与加工图纸尺寸相符？能否符合PCB制造工艺要求？有无定位标志？（2）元件在二维、三维空间上有无冲突？（3）元件布局是否疏密有序？排列整齐？是否全部布完？（4）需经常更换的元件能否方便地更换？插件板插入设备是否方便？（5）热敏元件与发热元件之间是否有适当的距离？（6）调整可调元件是否方便？（7）在需要散热的地方，是否装了散热器？空气流动是否通畅？（8）信号流程是否顺畅且互连最短？（9）插头、插座等与机械设计是否矛盾？（10）线路的干扰问题是否有所考虑？4.1 创建元件封装库创建元件封装库5.1
6、 元器件在元器件在PCB板上的安装板上的安装5.1.2 元器件的安装方式4.1 创建元件封装库创建元件封装库5.1 元器件在元器件在PCB板上的安装板上的安装5.1.2 元器件的安装方式4.1 创建元件封装库创建元件封装库5.1 元器件在元器件在PCB板上的安装板上的安装5.1.2 元器件的安装方式图5-1-3 不规则排列4.1 创建元件封装库创建元件封装库5.1 元器件在元器件在PCB板上的安装板上的安装5.1.3 元器件的排列格式图5-1-4 规则排列4.1 创建元件封装库创建元件封装库5.1 元器件在元器件在PCB板上的安装板上的安装5.1.3 元器件的排列格式4.1 创建元件封装库创建
7、元件封装库5.2 PCB板的组成结构图5-2-1 PCB板组成结构图5-3-1 创建PCB5.3.1 创建PCB文件5.3 创建PCB图5-3-2 处于编辑状态的PCB5.3.1 创建PCB文件5.3 创建PCB5.3.1 创建PCB文件5.3 创建PCB图5-3-3 “层堆栈管理器”对话框图5-3-4 添加信号层5.3.1 创建PCB文件5.3 创建PCB图5-3-5 MidLayer1属性对话框5.3.1 创建PCB文件5.3 创建PCB图5-3-6 增加层后的PCB界面5.3.1 创建PCB文件5.3 创建PCB图5-3-7 “查看配置”对话框5.3.1 创建PCB文件5.3 创建PCB
8、5.3.2 电路板物理边界规划5.3 创建PCB提示：提示：坐标值可在工作窗口左下方看出，按快捷键“Q”可切换显示公制和英制单位，设计边界时一般用公制，便于认知，正常画图时，一般使用英制，因为元器件的封装单位常用英制。提示：提示：由于默认捕获栅格为20mil，虽然通过快捷键“Q”切换显示为公制单位，但无法捕获到100mm坐标点，这时可单击“应用程序”工具栏中的“”按钮，选择公制单位的捕获栅格，如0.500mm、1.000mm等，则可捕获到100mm坐标点。该参数也可在“板参数选项”中更改，单击“设计”丨“板参数选项”菜单，弹出如图5-3-8所示对话框，修改相关参数即可。图5-3-8 “板参数选
9、项”对话框5.3.2 电路板物理边界规划5.3 创建PCB图5-3-9 物理边界的边框5.3.2 电路板物理边界规划5.3 创建PCB图5-3-10 从新定义后的外形5.3.2 电路板物理边界规划5.3 创建PCB5.3.3 电路板电气边界规划5.3 创建PCB提示：提示：一般情况下将电路板的电气边界与物理边界大小相同，只需画出电气边界即可，如果物理边界大于电气边界，则需两个都画出。图5-4-1 PCB界面中的主菜单1主菜单5.4 PCB设计菜单解读设计菜单解读图5-4-1 PCB界面中的主菜单1主菜单5.4 PCB设计菜单解读设计菜单解读图5-4-2 工具栏2工具栏5.4 PCB设计菜单解读
10、设计菜单解读图5-4-3 Pcb面板3工作面板5.4 PCB设计菜单解读设计菜单解读图5-5-1 “PCB规则和约束编辑器”对话框5.5 设置设计规则设置设计规则1线之间距离图5-5-2 线间距定义5.5 设置设计规则设置设计规则1线之间距离5.5 设置设计规则设置设计规则提示：提示：最小距离由电路板生产商的制造工艺决定，一般不可小于4mil，密集布线的电路板制造快板比较困难（如24小时生成出所需电路板），在限时类竞赛中最好不设计该类电路板。提示：提示：在设计需要耐高压的电路板时，笔者实验测得两线之间的空气耐压通常为500V/mm1kV/mm（由空气湿度而定），为了安全可靠，查书籍建议采用20
11、0V/mm，如两线间需有1kV的耐压，间距达到5mm即可。图5-5-3 线宽度定义2线的宽度5.5 设置设计规则设置设计规则提示：提示：最小线宽由电路板生产商的制造工艺决定，一般不可小于4mil。图5-5-4 自动布线的拓扑结构定义3自动布线的拓扑结构5.5 设置设计规则设置设计规则图5-5-5 过孔大小定义4过孔大小5.5 设置设计规则设置设计规则提示：提示：最小过孔由电路板生产商的制造工艺决定，一般不可小于12mil。技巧：技巧：如需切换显示参数的单位（公制与英制之间），在PCB界面下，英文字符输入模式，按快捷键“Q”即可切换单位。图5-5-6 规定连接电源板层的方式5连接电源板层的方式5
12、.5 设置设计规则设置设计规则图5-5-7 电源板层的安全距离6电源板层的安全距离5.5 设置设计规则设置设计规则图5-5-8 覆铜和焊点的连接方式7覆铜和焊点的连接方式5.5 设置设计规则设置设计规则图5-5-9 测试点参数设置8测试点设计规则5.5 设置设计规则设置设计规则1测试点样式图5-5-10 测试点用法设置8测试点设计规则5.5 设置设计规则设置设计规则2测试点的使用方法图5-5-11 平行线规则设置9高频电路设计规则5.5 设置设计规则设置设计规则1平行布线图5-5-12 网络布线长度规则设置9高频电路设计规则5.5 设置设计规则设置设计规则2网络布线长度9高频电路设计规则5.5
13、 设置设计规则设置设计规则3等长网络布线图5-5-13 等长网络布线长度规则设置图5-5-14 菊花链支线长度规则设置9高频电路设计规则5.5 设置设计规则设置设计规则4菊状链支线长度图5-5-15 SMD焊盘下放置过孔设置9高频电路设计规则5.5 设置设计规则设置设计规则5SMD焊盘下放置过孔图5-5-16 电路板上允许的过孔数设置9高频电路设计规则5.5 设置设计规则设置设计规则6过孔数限制图5-6-1 “工程更改顺序”对话框5.6.1 导入元件5.6 布局图5-6-2 执行更改后有错的“工程更改顺序”对话框5.6.1 导入元件5.6 布局5.6.1 导入元件5.6 布局图5-6-3 执行
14、更改后无错的“工程更改顺序”对话框5.6.1 导入元件5.6 布局图5-6-4 导入元件的PCB窗口5.6.2 元件布局5.6 布局图5-6-5 元件布局菜单5.6.2 元件布局5.6 布局图5-6-6 移动元件注意：注意：当按住左键时，鼠标指针将自动捕获元件在封装中的坐标原点，即画封装时，窗口中（0mm，0mm）位置，故笔者强调一定要将封装画在坐标原点附近，如将元件1脚放在坐标原点上，或将元件中心放在坐标原点上，否则在该处鼠标指针无法指示在元件上，出现一按住鼠标左键不放，元件就自动“跑走”的现象。提示：提示：对于叠放在一起的元件，当鼠标指针放在元件重叠处，按左键时，将出现一个选框，选框包括了
15、所有重叠在一起的元件，从中选取任意一个元件按住鼠标不放，即可将所选中的元件拖走。5.6.2 元件布局5.6 布局图5-6-7 放置元件5.6.2 元件布局5.6 布局图5-6-8 基本布局好的PCB板5.6.2 元件布局5.6 布局图5-6-9 对齐菜单5.6.2 元件布局5.6 布局图5-6-10 布局好的PCB板5.6.2 元件布局5.6 布局提示：提示：在PCB窗口下对其元件的操作方法与在原理图窗口下对其元件符号的方法类似，读者可参考第三章相关内容，此处未过多讲解。提示：提示：在PCB窗口下，按下工具栏的 按钮，这时光标就会变成十字形，只要点取电路板上的元件，则相应的电路图元件就会放大显
16、示在原理图窗口中，便于设计者对比查找。提示：提示：未画导线的电路板中，有电气连接的引脚通过飞线显示在PCB窗口中，如图5-6-10所示，可以执行“察看”丨“连接”下的所需菜单，来显示和隐藏飞线。5.7.1 布线的基本原则5.7 布线（1）印制导线的布设应尽可能的短，在高频回路中更应如此；同一元件的各条地址线或数据线应尽可能保持一样长；印制导线的拐弯应呈圆角，因为直角或尖角在高频电路和布线密度高的情况下会影响电气性能；当双面布线时，两面的导线应互相垂直、斜交或弯曲走线，避免相互平行，以减小寄生耦合；作为电路的输入和输出用的印制导线应尽量避免相邻平行，最好在这些导线之间加地线。5.7.1 布线的基
17、本原则5.7 布线（2）印制电路板导线的宽度应满足电气性能要求而又便于生产，最小宽度主要由导线与绝缘基板间的黏附强度和流过的电流值决定，但最小不易小于0.2mm，在高密度、高精度的印制线路中，导线宽度和间距一般可取0.3mm；导线宽度在大电流情况下还要考虑其温升，单面板实验表明，当铜箔厚度为50m，通过电流为2A时，选用1mm1.5mm宽度导线就可以满足设计要求而不致引起温升；印制导线的公共地线应尽可能的粗，通常使用大于2mm3mm的线条，这在带有微处理器的电路中尤为重要，因为当地线过细时，由于流过的电流的变化，引起地电位变动，微处理器时序信号的电平变得不稳，会使噪声容限劣化；在DIP封装的I
18、C脚间走线，当两脚间通过2根线时，焊盘直径可设为50mil、线宽与线距均为10mil，当两脚间通过1根线时，焊盘直径可设为64mil、线宽与线距均为12mil。5.7.1 布线的基本原则5.7 布线（3）印制导线的间距。相邻导线间距必须能满足电气安全要求，而且为了便于操作和生产，间距也应尽量宽。最小间距至少要能适应承受的电压。这个电压一般包括工作电压、附加波动电压及其它原因引起的峰值电压。如果有关技术条件允许导线之间存在某种程度的金属残粒，则其间距就会减小。因此设计者在考虑电压时应把这种因素考虑进去。在布线密度较低时，信号线的间距可适当加大，对高、低电平悬殊的信号线应尽可能地缩短且加大间距。5
19、.7.1 布线的基本原则5.7 布线（4）印制电路板中不允许有交叉电路，对于可能交叉的线条，可以用“钻”、“绕”2种办法解决，即让某引线从别的电阻、电容、三极管脚下的空隙处钻过去，或从可能交叉的某条引线的一端绕过去。在特殊情况下，如果电路很复杂，为简化设计也允许用导线跨接，解决交叉电路问题。5.7.1 布线的基本原则5.7 布线（5）印制导线的屏蔽与接地。印制导线的公共地线，应尽量布置在印制电路板的边缘部分。在印制电路板上应尽可能多地保留铜箔做地线，这样得到的屏蔽效果比一长条地线要好，传输线特性和屏蔽作用也将得到改善，另外还起到了减小分布电容的作用。印制导线的公共地线最好形成环路或网状，这是因
20、为当在同一块板上有许多集成电路时，由于图形上的限制产生了接地电位差，从而引起噪声容限的降低，当做成回路时，接地电位差减小。另外接地和电源的图形应尽可能与数据的流动方向平行，这是抑制噪声能力增强的秘诀；多层印制电路板可采取其中若干层作屏蔽层，电源层、地线层均可视为屏蔽层，一般地线层和电源层在多层印制电路板的内层，信号线设计在内层或外层。还要注意的是，数字区与模拟区尽可能进行隔离，并且数字地与模拟地要分离，最后接于电源地。5.7.2 自动布线5.7 布线图5-7-1 自动布线策略5.7.2 自动布线5.7 布线图5-7-2 自动布线信息5.7.3 手工布线5.7 布线图5-7-4 手工布线过程提示
21、：提示：在放置导线之前首先要选中准备放置导线的信号层，例如选中Top层。5.7.3 手工布线5.7 布线图5-7-5 “交互式网络布线”对话框5.7.3 手工布线5.7 布线图5-7-6 修改后的画线5.7.4 常用布线操作5.7 布线1拆除不合理的导线图5-7-7 “取消布线”菜单5.7.4 常用布线操作5.7 布线2修改导线转角模式图5-7-8 转角模式5.7.4 常用布线操作5.7 布线3更改当前布线层4设置导线线迹图5-7-9 “线迹”对话框5.7.4 常用布线操作5.7 布线5放置焊盘图5-7-10 放置焊盘5.7.4 常用布线操作5.7 布线5放置焊盘图5-7-11 焊盘属性对话框
22、5.7.4 常用布线操作5.7 布线5放置焊盘图5-7-12 放置好的焊盘5.7.4 常用布线操作5.7 布线6放置过孔图5-7-13 放置过孔5.7.4 常用布线操作5.7 布线6放置过孔图5-7-14 过孔属性对话框5.7.4 常用布线操作5.7 布线7添加泪滴图5-7-15 “泪滴选项”对话框5.7.4 常用布线操作5.7 布线7添加泪滴图5-7-16 添加泪滴后的焊盘5.7.4 常用布线操作5.7 布线8放置文字说明图5-7-17 放置字符串5.7.4 常用布线操作5.7 布线8放置文字说明图5-7-18 字符串属性对话框5.7.4 常用布线操作5.7 布线8放置文字说明图5-7-19
23、 放置好的字符串5.7.5 铜导线承受电流5.7 布线（1）不要采用直径最小的走线。（2）对于布线时应用多宽的走线，可用如下公式粗略计算：CuWtAAAT2)052.0548.1813.531.1(32（3）若采用1 Oz的铜导线，电流每增大1A，走线直径应加大30mils。若采用1/2 Oz铜导线，电流每增加1A，走线直径应加大60mils。提示：提示：在PCB设计加工中常用Oz（盎司）作为铜皮的厚度单位。1 Oz铜厚定义为一平方英尺面积内铜箔的重量为一盎司，对应的物理厚度为35。5.7.5 铜导线承受电流5.7 布线（4）传送开关电流的走线应该更粗大。通孔问题：采用微通孔的设计：每个通孔最
24、高只能容许1A电流。14mil直径或较大的通孔：每个通孔最高只能容许2A电流。40mil直径或较大的通孔：每个通孔最高只能容许5A电流。若要提高散热能力，可利用焊锡填满通孔。5.8 覆铜图5-8-1 电路板中的覆铜5.8.1 覆铜5.8 覆铜覆铜图5-8-2 “多边形覆铜”对话框5.8.1 覆铜5.8 覆铜覆铜图5-8-3 放置覆铜后的效果5.8.1 覆铜5.8 覆铜覆铜图5-8-4 确认是否重建覆铜5.8.2 分区域覆铜5.8 覆铜覆铜图5-8-5 多个参考电压的覆铜区分5.8.2 分区域覆铜5.8 覆铜覆铜建议：建议：覆铜与导线之间的距离应比导线之间的距离设计得宽，如导线之间常用10mil
25、，而覆铜与导线之间使用20mil，这有利于提高电路板生产的成品率，降低覆铜与导线错误导联的概率。5.8.3 填充5.8 覆铜覆铜图5-8-6 放置矩形填充后的效果5.8.3 填充5.8 覆铜覆铜图5-8-7 “填充”对话框5.8.4 接地守则5.8 覆铜覆铜覆铜的电气特性常设置为地，对于接地，应遵守如下规则：（1）接地层必须完全没有电流流入才可作为真正的参考。（2）应避免噪声较多的电流流入主要的接地层。顶层应另有独立的走线。（3）所有敏感的电路都共用一个只有一个接点的接地。（4）将模拟信号（小信号）与电源接地分开。（5）不要切开第2层的接地层。（6）未经切开的接地层可以作为抵抗电磁干扰的屏蔽。
26、（7）通过旁路连接接地引脚，而非接地层。5.8.4 接地守则5.8 覆铜覆铜（8）在第1层加设接地走线会有点帮助。（9）将高di/dt电流流经的环路放在第1层。（10）接地层只作为分配直流信号及作为信号参考之用。（11）将接地视为任何电源供应的导线。确保接地连线够多。（12）各层之间加设了通孔之后，必须留意接地层是否仍能执行正常功能。（13）若额定电流为5A以上，应尽可能采用2 Oz重的铜箔层。（14）尽量采用多层接地层。5.9.1 由原理图更新PCB5.9 原理图与PCB图的同步更新5.9.2 由PCB更新原理图5.10.1 批量修改5.10 后处理图5-10-1 “发现类似文件”对话框5.
27、10.1 批量修改5.10 后处理图5-10-2 “PCB Inspector”对话框5.10.1 批量修改5.10 后处理图5-10-3 批量修改后的PCB符号5.10.2 打印PCB图纸5.10 后处理图5-10-4 “Composite properties”对话框5.10.2 打印PCB图纸5.10 后处理图5-10-5 “预览”对话框5.10.2 打印PCB图纸5.10 后处理图5-10-6 “PCB打印属性”对话框5.10.2 打印PCB图纸5.10 后处理图5-10-7 “PCB打印属性”选择5.10.2 打印PCB图纸5.10 后处理图5-10-8 “打印设置确认”对话框5.10.2 打印PCB图纸5.10 后处理图5-10-9 “PCB打印属性”对话框5.10.2 打印PCB图纸5.10 后处理图5-10-10 不同层打印图纸5.10.2 打印PCB图纸5.10 后处理图5-10-11 打印机设置
