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聲明：本文信息均來源于網絡 僅供學習 交流之用 版權歸屬原作者 我是在2006年的12月25號第一次接觸到protel99se，這種接觸當然是指利用protel99se來做實際的產品，關于PCB設計軟件，我當時在研究所的時候還接受過目前最先進的PCB設計軟件cadence15.2的培訓，可是并沒有用來做實際的產品設計，所以，對該軟件的理解也很有限。到現在位置，也一年多了，介于自身的原因，感覺對PCB設計的領悟還不夠深刻，還好，從做EPS的ECU這部分的設計以來，得到劉老師的悉心指點，所以，終于有了那么一點點體會！ 一．布局和布線是PCB設計中的兩個最重要的內容 所謂布局就是把電路圖上所有的元器件都合理地安排到有限面積的PCB上。最關鍵的問題是：開關、按鈕、旋鈕等操作件，以及結構件（以下簡稱“特殊元件”）等，必須被安排在指定的位置上；其他元器件的位置安排，必須同時兼顧到布線的布通率和電氣性能的最優化，以及今后的生產工藝和造價等多方面因素。這種“兼顧”往往是對硬件設計師水平和經驗的挑戰。 布線就是在布局之后，通過設計銅箔的走線圖，按照原理圖連通所有的走線。顯然，布局的合理程度直接影響布線的成功率，往往在布線過程中還需要對布局作適當的調整。布線設計可以采用雙層走線和單層走線，對于極其復雜的設計也可以考慮采用多層布線方案，但為了降低產品的造價，一般應盡量采用單層布線方案。結合自己做過雙面板和四層板的設計。 二、ＰＣＢ設計的一般原則 1.ＰＣＢ尺寸大小和形狀的確定 ??首先根據產品的機械結構確定。當空間位置較富余時，應盡量選擇小面積的ＰＣＢ。因為面積太大時，印制線條長，阻抗增加，抗噪聲能力下降，成本也增加，但還要充分考慮到元器件的散熱和鄰近走線易受干擾等因素。 ??就目前我們這個項目來說，我對機械設計對PCB設計的影響的體會是相當深的， 不一般吧，這三塊板子，那塊是規規矩矩的，這都是由于我們產品自身的原因導致機械結構的特殊，而機械結構的特殊，就對電路板本身的外形結構進行的限制和規定。電路板之間的信號連接也有了相應的特性要求。但這些都是不能避免的，因為產品為市場所要求，市場的變化多端的，所以產品也是變化多端的，設計為產品而服務。 ??2.布局 ??特殊元件的布局原則 ? ??①盡可能縮短高頻元器件之間的連線，設法減少它們的分布參數和相互間的電磁干擾。易受干擾的元器件不能相互挨得太近，輸入和輸出元件應盡量遠離。? ??②某些元器件或導線之間可能有較高的電位差，應加大它們之間的距離，以免放電引出意外短路。帶高電壓的元器件應盡量布置在調試時手不易觸及的地方。?? ??③重量超過１５ｇ的元器件、應當用支架加以固定，然后焊接。那些又大又重、發熱量多的元器件，不宜裝在印制板上，而應裝在整機的機箱底板上，且應考慮散熱問題。熱敏元件應遠離發熱元件。 ? ??④對于電位器、可調電感線圈、可變電容器、微動開關等可調元件的布局應考慮整機的結構要求。若是機內調節，應放在印制板上方便于調節的地方；若是機外調節，其位置要與調節旋鈕在機箱面板上的位置相適應。 ?? ??⑤應留出PCB定位孔及固定支架所占用的位置。 ?以上各條都是需要做過對應的相關設計采用較深的體會，第二條我的體會最淺，因為沒有做過這種元件和導線之間有較高電壓差的這種PCB。其他幾條都還是有所體會的，主要就是一個原則：做出來的板子要和它周圍的結構兼容，要和放在它上面的元件兼容，要滿足一些基本的電氣要求。 ??• 普通元器件的布局原則 ? ??①按照電路的流程安排各個電路單元的位置，使布局便于信號流通，并使信號盡可能保持一致的流向。 ??這一條我體會很深，第一次做板子的時候，面對幾百個花花綠綠的元件，完全不知道該這么去把它們組織都一起去，當時就奇怪憑什么這個元件要這樣放，那個元件要那樣放。就是因為心里沒有這條原則，原來自己布局出來的板子，在利用自動布線時，布通率是很低的，后來，做多了，就慢慢的體會到了這一入門級的基本原則。 在首先滿足機械結構的前提下，在給定的平面空間里，布局的基本原則就是按照電路的流程來安排各個電路單元的位置。 其實這一條解釋了，如何對各個主要元件進行布局。 ??②以每個功能電路的核心元件為中心，圍繞它來進行布局。元器件應均勻、整齊、緊湊地排列在ＰＣＢ上．盡量減少和縮短各元器件之間的引線和連接。 ?? 這是在滿足第一原則的前提下，盡一步的更細的解釋了如何對電阻電容這些分離元件進行正確的布局。 ??③在高頻下工作的電路，要考慮元器件之間的分布參數。一般電路應盡可能使元器件平行排列。這樣，不但美觀．而且裝焊容易．易于批量生產。 ??我做過的高頻電路最大的為270MHz，但是，由于當時的種種原因，導致了對這種理解不是很深刻，當時也是在有經驗的人的指導下完成了，又因為只做過一種這樣的高頻板，所以對如何通過考慮元件的分布參數來布局不能理解。目前，我們異步電機ECU部分的信號最高頻率為控制電機用的PWM信號，約為30KHz左右。（晶振為8MHz的晶振，都是在布局過程中，晶振和8346的距離很近，幾乎直接輸出到8346，而且只有這一個地方，所以可以不用考慮。）所以幾乎完成可以不用考慮元件的高頻特性。 ??④位于電路板邊緣的元器件，離電路板邊緣一般不小于２ｍｍ。電路板的最佳形狀為矩形。長寬比為３：２成４：３。電路板面尺寸大于２００ｘ１５０ｍｍ時．應考慮電路板所受的機械強度。 ??這一條通過最近的工作，我還是有較為深刻的體會的，元器件離電路板邊緣一般不小于２ｍｍ，這主要是考慮了在對PCB裝配進行外協大規模加工的時候，留給貼片機器的夾持距離。 ??3．布線 ? ??①相同信號的電路模塊輸入端與輸出端的導線應盡量避免相鄰平行。最好加線間地線，以免發生反饋藕合。 ?? ??②印制銅鉑導線的最小寬度主要由導線與絕緣基扳間的粘附強度和流過它們的電流值決定。當銅箔厚度為 ０．０５ｍｍ，導線寬度為１．５ｍｍ時，通過２Ａ的電流，溫升不會高于３℃，可滿足一般的設計要求，其他情況下的銅鉑寬度選擇可依次類推。對于集成電路，尤其是數字電路，通常選０．０２－０．３ｍｍ導線寬度就可以了。當然，只要允許，還是盡可能用寬線．尤其是電源線和地線。導線的最小間距主要由最壞情況下的線間絕緣電阻和擊穿電壓決定。對于集成電路，尤其是數字電路，只要工藝允許，可使間距小至０．５ｍｍ。 ? ??③由于直角或銳角在高頻電路中會影響電氣性能，因此印制銅鉑導線的拐彎處一般取圓弧形。此外，盡量避免使用大面積銅箔，否則．長時間受熱時，易發生銅箔膨脹和脫落現象。必須用大面積銅箔時，最好用柵格狀．這樣有利于排除銅箔與基板間粘合劑受熱產生的揮發性氣體。 其實原來我一直都沒有想過為什么在PCB設計完成后，要對PCB進行敷銅，只是人家有經驗的同事這樣做，我自己也這樣做，后來有了一點認識，以為敷銅就是用來連接各個地網絡節點。在做我們這個項目的時候，劉老師要求在敷銅前，將所有的地網絡都連接都一起，這才讓我認識到：敷銅并不是僅僅把各個地網絡節點連接到一起這么簡單。查了一下資料，敷銅大概有以下幾個理由：1. 起屏蔽作用。2. PCB工藝要求。3. 可以保證信號完整性，給高頻數字信號一個完整的回流路徑。4.散熱。 三．做四層板時，如何分割內電層 在protel99中，內電層采用反轉顯示的方法顯示電源層上的圖件。放置在內部電源層上的導線及填充等物件在實際生產出來的電路板上是沒有銅箔的，而PCB電路板中沒有填充的區域在實際的電路板上卻是實心的銅箔。 如果需要多個電源網絡共享一個內部電源層時，就需要對內部電源層進行分割，但是在分割內部電源層之前，用戶必須對具有電源網絡的焊盤和過孔進行重新布局，盡量將具有同一個電源網絡的焊盤和過孔放置到一個相對集中的區域。 上面的兩段只是提了在進行內電層分割時的大原則和首要原則，但是，在實踐中，分割內電層并不是如此的簡單，我們還必須理解下面這個原則： 即：在進行內電層分割時，隔離帶不要跨接在內電層連接焊盤上。 上圖的這個分割方式是沒有問題的，隔離帶是不能跨接在內電層連接焊盤上，但是可以跨接在連接焊盤上。 一、電路版設計的先期工作 1、利用原理圖設計工具繪制原理圖，并且生成對應的網絡表。當然，有些特殊情況下，如電路版比較簡單，已經有了網絡表等情況下也可以不進行原理圖的設計，直接進入PCB設計系統，在PCB設計系統中，可以直接取用零件封裝，人工生成網絡表。 2、手工更改網絡表 將一些元件的固定用腳等原理圖上沒有的焊盤定義到與它相通的網絡上，沒任何物理連接的可定義到地或保護地等。將一些原理圖和PCB封裝庫中引腳名稱不一致的器件引腳名稱改成和PCB封裝庫中的一致，特別是二、三極管等。 二、畫出自己定義的非標準器件的封裝庫 建議將自己所畫的器件都放入一個自己建立的PCB 庫專用設計文件。 三、設置PCB設計環境和繪制印刷電路的版框含中間的鏤空等 1、進入PCB系統后的第一步就是設置PCB設計環境，包括設置格點大小和類型，光標類型，版層參數，布線參數等等。大多數參數都可以用系統默認值，而且這些參數經過設置之后，符合個人的習慣，以后無須再去修改。 2、規劃電路版，主要是確定電路版的邊框，包括電路版的尺寸大小等等。在需要放置固定孔的地方放上適當大小的焊盤。對于3mm 的螺絲可用6.5~8mm的外徑和3.2~3.5mm 內徑的焊盤對于標準板可從其它板或PCB izard 中調入。 注意：在繪制電路版地邊框前，一定要將當前層設置成Keep Out層，即禁止布線層。 四、打開所有要用到的PCB 庫文件后，調入網絡表文件和修改零件封裝 這一步是非常重要的一個環節，網絡表是PCB自動布線的靈魂，也是原理圖設計與印象電路版設計的接口，只有將網絡表裝入后，才能進行電路版的布線。 在原理圖設計的過程中，ERC檢查不會涉及到零件的封裝問題。因此，原理圖設計時，零件的封裝可能被遺忘，在引進網絡表時可以根據設計情況來修改或補充零件的封裝。 當然，可以直接在PCB內人工生成網絡表，并且指定零件封裝。 五、布置零件封裝的位置，也稱零件布局 Protel99可以進行自動布局,也可以進行手動布局。如果進行自動布局，運行"Tools"下面的"Auto Place",用這個命令，你需要有足夠的耐心。布線的關鍵是布局，多數設計者采用手動布局的形式。用鼠標選中一個元件，按住鼠標左鍵不放，拖住這個元件到達目的地，放開左鍵，將該元件固定。Protel99在布局方面新增加了一些技巧。新的交互式布局選項包含自動選擇和自動對齊。使用自動選擇方式可以很快地收集相似封裝的元件，然后旋轉、展開和整理成組，就可以移動到板上所需位置上了。當簡易的布局完成后，使用自動對齊方式整齊地展開或縮緊一組封裝相似的元件。 提示：在自動選擇時，使用Shift+X或Y和Ctrl+X或Y可展開和縮緊選定組件的X、Y方向。 注意：零件布局，應當從機械結構散熱、電磁干擾、將來布線的方便性等方面綜合考慮。先布置與機械尺寸有關的器件，并鎖定這些器件，然后是大的占位置的器件和電路的核心元件，再是外圍的小元件。 六、根據情況再作適當調整然后將全部器件鎖定 假如板上空間允許則可在板上放上一些類似于實驗板的布線區。對于大板子，應在中間多加固定螺絲孔。板上有重的器件或較大的接插件等受力器件邊上也應加固定螺絲孔，有需要的話可在適當位置放上一些測試用焊盤，最好在原理圖中就加上。將過小的焊盤過孔改大，將所有固定螺絲孔焊盤的網絡定義到地或保護地等。 放好后用VIEW3D 功能察看一下實際效果，存盤。 七、布線規則設置 布線規則是設置布線的各個規范（象使用層面、各組線寬、過孔間距、布線的拓樸結構等部分規則，可通過Design-Rules 的Menu 處從其它板導出后，再導入這塊板）這個步驟不必每次都要設置，按個人的習慣，設定一次就可以。 選Design-Rules 一般需要重新設置以下幾點: 1、安全間距 它規定了板上不同網絡的走線焊盤過孔等之間必須保持的距離。一般板子可設為0.254mm，較空的板子可設為0.3mm，較密的貼片板子可設為0.2-0.22mm，極少數印板加工廠家的生產能力在0.1-0.15mm，假如能征得他們同意你就能設成此值。0.1mm 以下是絕對禁止的。 2、走線層面和方向（Routing標簽的RoutingLayers） 此處可設置使用的走線層和每層的主要走線方向。請注意貼片的單面板只用頂層，直插型的單面板只用底層，但是多層板的電源層不是在這里設置的（可以在Design-Layer Stack Manager中，點頂層或底層后，用Add Plane 添加，用鼠標左鍵雙擊后設置，點中本層后用Delete 刪除），機械層也不是在這里設置的（可以在Design-Mechanical Layer 中選擇所要用到的機械層，并選擇是否可視和是否同時在單層顯示模式下顯示）。 機械層1 一般用于畫板子的邊框； 機械層3 一般用于畫板子上的擋條等機械結構件； 機械層4 一般用于畫標尺和注釋等，具體可自己用PCB Wizard 中導出一個PCAT結構的板子看一下 3、過孔形狀（Routing標簽的RoutingVia Style） 它規定了手工和自動布線時自動產生的過孔的內、外徑，均分為最小、最大和首選值，其中首選值是最重要的，下同。 4、走線線寬 它規定了手工和自動布線時走線的寬度。整個板范圍的首選項一般取0.2-0.6mm，另添加一些網絡或網絡組（Net Class）的線寬設置，如地線、+5 伏電源線、交流電源輸入線、功率輸出線和電源組等。網絡組可以事先在Design-Netlist Manager中定義好，地線一般可選1mm 寬度，各種電源線一般可選0.5-1mm 寬度，印板上線寬和電流的關系大約是每毫米線寬允許通過1安培的電流，具體可參看有關資料。當線徑首選值太大使得SMD 焊盤在自動布線無法走通時，它會在進入到SMD 焊盤處自動縮小成最小寬度和焊盤的寬度之間的一段走線，其中Board 為對整個板的線寬約束，它的優先級最低，即布線時首先滿足網絡和網絡組等的線寬約束條件。 5、敷銅連接形狀的設置（Manufacturing標簽的PolygonConnect Style） 建議用Relief Connect 方式導線寬度Conductor Width 取0.3-0.5mm 4 根導線45或90 度。 其余各項一般可用它原先的缺省值，而象布線的拓樸結構、電源層的間距和連接形狀匹配的網絡長度等項可根據需要設置。 選Tools-Preferences，其中選項欄的InteractiveRouting 處選Push Obstacle （遇到不同網絡的走線時推擠其它的走線，Ignore Obstacle為穿過，Avoid Obstacle 為攔斷）模式并選中Automatically Remove （自動刪除多余的走線）。Defaults 欄的Track 和Via 等也可改一下，一般不必去動它們。 在不希望有走線的區域內放置FILL 填充層，如散熱器和臥放的兩腳晶振下方所在布線層，要上錫的在Top 或BottomSolder 相應處放FILL。 布線規則設置也是印刷電路版設計的關鍵之一，需要豐富的實踐經驗。 |
