1、2020/8/7,Hwadee,1,電子類學(xué)生面臨的職業(yè)選擇,從大的方面分四大類：調(diào)試級(jí)、硬件級(jí)、軟件級(jí)、系統(tǒng)級(jí)，從技術(shù)層面講調(diào)試級(jí)是硬件級(jí)的基礎(chǔ)，硬件級(jí)是軟件級(jí)的基礎(chǔ) 從需求量上講：大量需要調(diào)試級(jí)和硬件級(jí)人員，他們廣泛活躍在生產(chǎn)，工程，維修，開(kāi)發(fā)等眾多崗位,2020/8/7,Hwadee,2,為什么要學(xué)習(xí)電路板設(shè)計(jì)？,電子產(chǎn)品過(guò)程中大量需要調(diào)試及硬件相關(guān)技術(shù)人員，電子產(chǎn)品核心硬件以電路板形式存在。 具有產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì)基本思想，深入理解原理是從事調(diào)試及相關(guān)硬件技術(shù)工作的關(guān)鍵。 對(duì)于眾多電子產(chǎn)品，找到通用的電路板設(shè)計(jì)規(guī)律比較困難，希望能理解實(shí)質(zhì)并針對(duì)具體設(shè)計(jì)靈活應(yīng)用,2020/8/7,Hwadee

2、,3,電路板設(shè)計(jì)目標(biāo)分析,電氣性能 可生產(chǎn)性能 性價(jià)比 穩(wěn)定性（包括干擾） 可維護(hù)性能 觀賞性,原理圖設(shè)計(jì)目標(biāo)?,2020/8/7,Hwadee,4,水平分級(jí)與實(shí)訓(xùn)目標(biāo),入門級(jí)：了解部分概念，具有部分知識(shí)基礎(chǔ) 工具級(jí)：對(duì)相應(yīng)設(shè)計(jì)工具有較好掌握 生產(chǎn)級(jí)（工藝級(jí)）：設(shè)計(jì)能考慮生產(chǎn)工藝及維修安裝要求 電氣級(jí)（系統(tǒng)級(jí)）：考慮電氣屬性，系統(tǒng)能穩(wěn)定可靠工作，成本優(yōu)化（我們的目標(biāo)）,2020/8/7,Hwadee,5,硬件設(shè)計(jì)不等于protel使用,某些人由于種種原因容易把protel的操作等同于電路板設(shè)計(jì) 熟練操作protel并不等于能設(shè)計(jì)出好的PCB板 PCB的設(shè)計(jì)是電子工程技術(shù)人員的基本技能，PCB板

3、設(shè)計(jì)人員經(jīng)驗(yàn)等）必需有扎實(shí)的基礎(chǔ)（材料知識(shí)，工藝知識(shí)，電路知識(shí)，工程及調(diào)試,2020/8/7,Hwadee,6,自動(dòng)布線與手工布線,在做電子產(chǎn)品時(shí)，基本上不會(huì)用自動(dòng)布線，自動(dòng)布線一方面由于算法的原因，無(wú)法象手工布線那樣按照設(shè)計(jì)者的意愿做，另外一方面，即使自動(dòng)布線了，最后還得手工更改線路，因此還不如直接手工布線更好。 即使采用自動(dòng)布線，也需要對(duì)開(kāi)發(fā)平臺(tái)相當(dāng)熟悉（規(guī)則設(shè)置），且有相當(dāng)深入的手工布局布線經(jīng)驗(yàn)（自動(dòng)布線完后必需進(jìn)行手工調(diào)整，必需對(duì)結(jié)果進(jìn)行判斷是否投產(chǎn)）。 本項(xiàng)目必需手工布局布線完成，希望大家細(xì)心體會(huì)，終有收獲。,2020/8/7,Hwadee,7,元件布局,使用交互式布局將元件打散 T

4、ools Interactive Placement Align Left 使用鼠標(biāo)左鍵將各元件外形拖動(dòng)到滿意的位置，必要時(shí)可以配合鍵盤空格鍵將元件外形旋轉(zhuǎn)。 注：非必要時(shí)不要對(duì)元件外形進(jìn)行翻轉(zhuǎn)操作(鍵盤X鍵和Y鍵)，否則就必須將元件放置在電路板的另外一個(gè)焊接面上 對(duì)位置要求嚴(yán)格的器件使用坐標(biāo)定位 可使用參考點(diǎn)進(jìn)行有規(guī)律快速布局,2020/8/7,Hwadee,8,元件布局綱要,考慮整體美觀：一個(gè)產(chǎn)品的成功與否，一是要注重內(nèi)在質(zhì)量，二是兼顧整體的美觀，兩者都較完美才能認(rèn)為該產(chǎn)品是成功的 一個(gè)PCB板上，元件的布局要求均衡，疏密有序，不能頭重腳輕 元件放置順序：首先放置與機(jī)械結(jié)構(gòu)、機(jī)械尺寸緊密相

5、關(guān)或位置固定的元器件，再放特殊的、體積大的占據(jù)面積的元件和系統(tǒng)電路的核心元件，最后放小元件,2020/8/7,Hwadee,9,元件布局綱要,印制板尺寸是否正確，能否與結(jié)構(gòu)配合，是否符合PCB制造工藝要求 元件在二維、三維空間上有無(wú)沖突 需經(jīng)常更換的元件能否方便的更換 對(duì)于大板子應(yīng)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(yīng)加固定螺絲孔；有需要 的話可在適當(dāng)位置放上一些測(cè)試用焊盤；最好在原理圖 中就加上；將過(guò)小的焊盤、過(guò)孔改大。 將所有固定螺絲孔、焊盤的網(wǎng)絡(luò)定義到地或保護(hù)地等,2020/8/7,Hwadee,10,元件布局綱要,熱敏元件與發(fā)熱元件之間是否有適當(dāng)?shù)木嚯x，

6、在需要散熱的地方，空氣是否通暢，是否需加散熱器； 板上有發(fā)熱較多的器件時(shí)應(yīng)考慮加散熱器甚至軸流風(fēng) 機(jī)，風(fēng)機(jī)向內(nèi)吹時(shí)散熱效果好，但板子很會(huì)臟所以一般還是向外排風(fēng)較為多見(jiàn)，并與周圍電解電容、晶振、鍺管等怕熱元件隔開(kāi)一定的距離。 豎放的板子應(yīng)把發(fā)熱元件放置在板的最上面。 雙面放器件時(shí)底層不得放發(fā)熱元件。,元件布局綱要,2020/8/7,Hwadee,11,對(duì)于單面板器件一律放頂層； 雙面板或多層板器件一般放頂層只有在器件過(guò)密時(shí)才能把一些高度有限并且發(fā)熱量少的器件如貼片電阻貼片電容貼片IC 等放在底層。由于器件放置時(shí)有些是可以上下重疊的，有些器件的封裝邊框畫(huà) 得比實(shí)際的器件尺寸要略大如0805 使得部

7、分器件封裝放置時(shí)可以有邊框相碰甚至有部分重疊。 所以設(shè)計(jì)規(guī)則檢查DRC 里的Report 和Online這兩項(xiàng)的Component Clearance 一般不選,2020/8/7,Hwadee,12,元件布局誤區(qū),插頭、插座與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否矛盾； 調(diào)整可調(diào)元件是否方便； 信號(hào)流程是否順暢且互連最短； 線路的干擾問(wèn)題是否有所考慮。 強(qiáng)弱電分離、高低頻分離、數(shù)模分離（包括空間的和連接兩層意思）。 功率分布、熱分布合理 元件定位隨意，造成布線不方便或不美觀 應(yīng)辯證地處理好布局和布線的關(guān)系,2020/8/7,Hwadee,13,電壓波動(dòng)及計(jì)算,開(kāi)關(guān)電流和電源寄生的高頻電壓噪聲計(jì)算公式 （V是在器件處觀測(cè)

8、到的電壓波動(dòng)，I是開(kāi)關(guān)電流。Z是在器件處觀測(cè)到的整個(gè)電源供電系統(tǒng)電源與地之間的輸入阻抗）,Z,器件,2020/8/7,Hwadee,14,電抗的作用,在數(shù)字系統(tǒng)中由于電流的脈動(dòng)性，因此電抗（主要指L）的影響不容忽視 電容的影響？,負(fù)載,供電,2020/8/7,Hwadee,15,電感的影響,導(dǎo)線本身的電感造成的電壓波動(dòng) 電流環(huán)路造成電磁的吸收和發(fā)射,2020/8/7,Hwadee,16,數(shù)字電路中電容的使用,利用其隔直通交的特性去干擾（去耦電容） 利用其貯能特性,2020/8/7,Hwadee,17,去耦電容作用基理,芯片旁放置的小電容，減小了電源到芯片Vcc管腳之間的走線長(zhǎng)度，從而減少環(huán)路面

9、積。 注：去耦電容為PCB上的芯片提供“高頻”電流，而電源提供“低頻”電流,Z,器件,2020/8/7,Hwadee,18,1、有源器件在開(kāi)關(guān)時(shí)產(chǎn)生的高頻開(kāi)關(guān)噪聲將沿著電源線傳播，去耦電容的主要作用就是減少開(kāi)關(guān)噪聲在板上的傳播和將噪聲引導(dǎo)到地。去耦電容去除高頻如RF信號(hào)的干擾，干擾的方式是通過(guò)電磁輻射。 2、另芯片附近的電容還有蓄能的作用，如果 從微觀來(lái)看，高頻器件在工作的時(shí)候，其電流是不連續(xù)的， 而且頻率很高，而器件的VCC到總電源有一段距離，即使 距離不長(zhǎng)，在頻率很高的情況下，阻抗Z=JWL+R,線路電 感的影響也會(huì)很大，會(huì)導(dǎo)致器件在需要電流的時(shí)候，不能 及時(shí)共給，去偶電容彌補(bǔ)此。,202

10、0/8/7,Hwadee,19,電源去耦電容設(shè)計(jì),容量計(jì)算：C=I/(dV/dt) 。與芯片所需電流成正比，與信號(hào)上升時(shí)間（頻率）成反比，一般給104（10M以下），103（1050M），102（50M以上） 位置選擇：需要放置在能夠最小化電容和芯片間走線電感的地方，建議靠近芯片電源引腳放置，且要連接到芯片本級(jí)地。,2020/8/7,Hwadee,20,電源去耦電容設(shè)計(jì)示例,VCC,VCC,VCC,GND,GND,GND,去耦電容,去耦電容,哪一種接法正確,2020/8/7,Hwadee,21,電容的貯能作用,在電路設(shè)計(jì)過(guò)程中，往往會(huì)遇到大功率開(kāi)關(guān)型器件（如掃描顯示驅(qū)動(dòng)板中行管），其具有脈動(dòng)性

11、和電流大的特性，處理不好會(huì)影響整個(gè)電路工作性能 處理辦法：在脈沖電流需求大的地方放置大容量電容可以達(dá)到及時(shí)補(bǔ)充能量和減小電流波動(dòng)影響環(huán)路的作用,2020/8/7,Hwadee,22,電源設(shè)計(jì)目標(biāo),電源與地之間的輸入阻抗是用來(lái)衡量電源供電系統(tǒng)特性的一個(gè)重要的觀測(cè)量。 一個(gè)低阻的電源供電系統(tǒng)(從直流到交流)是獲得低電壓波動(dòng)的關(guān)鍵 減少電感作用，增加電容作用，消除或降低諧振峰,2020/8/7,Hwadee,23,電源設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,為了降低電源供電系統(tǒng)的阻抗，應(yīng)遵循以下一些設(shè)計(jì)準(zhǔn)則： 1. 降低電源和地板層（線）之間的間距； 2. 盡量加寬電源、地線寬度或增大平板的尺寸； 3. 提高填充介質(zhì)的介電常數(shù)；

12、 4. 采用多對(duì)電源和地板層。 5. 在數(shù)字電路中推薦電源線采用樹(shù)形設(shè)計(jì) 由于制造或一些其他的設(shè)計(jì)考慮，設(shè)計(jì)工程師還需要用一些較為靈活的有效的方法來(lái)改變電源供電系統(tǒng)的阻抗。為了減小阻抗并且消除那些諧振峰，在PCB上放置分立的去耦電容便成為常用的方法,2020/8/7,Hwadee,24,地線的實(shí)質(zhì),定義1:地線（指信號(hào)地）是作為電路電位基準(zhǔn)點(diǎn)的等電位體。在頻率較高的數(shù)字電路中這個(gè)定義是不符合實(shí)際情況的。實(shí)際地線上的電位并不是恒定的。 定義2:信號(hào)流回源的低阻抗路徑。這個(gè)定義中突出了地線中電流的流動(dòng)，比較適合頻率較高的數(shù)字電路。 我們應(yīng)該將地線上的電位想象成像大海中的波浪一樣，此起彼伏。,202

13、0/8/7,Hwadee,25,地線電壓波動(dòng),因?yàn)榈鼐€的阻抗總不會(huì)是零，當(dāng)一個(gè)電流通過(guò)有限阻抗時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生電壓降。 在實(shí)際電路中，造成電磁干擾的信號(hào)往往是脈沖信號(hào)，脈沖信號(hào)包含豐富的高頻成分，因此會(huì)在地線上產(chǎn)生較大的電壓降。這種電位差完全可能造成電路的誤動(dòng)作 。,2020/8/7,Hwadee,26,地環(huán)路干擾示意圖,設(shè)備1,設(shè)備2,信號(hào)線,大地,2020/8/7,Hwadee,27,加粗接地線與大面積鋪地,若接地線很細(xì)，接地電位則隨電流的變化而變化，致使電子設(shè)備的定時(shí)信號(hào)電平不穩(wěn)，抗噪聲性能變壞，地線加粗可以減小地線阻抗，從而減小波動(dòng)。 在頻率較高的數(shù)字電路中將PCB上所有不用面積均布設(shè)為地

14、線，以減少地線中的感抗，從而削弱在地線上產(chǎn)生的高頻信號(hào)，并對(duì)電場(chǎng)干擾起到屏蔽作用。,2020/8/7,Hwadee,28,模擬地與數(shù)字地,特點(diǎn)：數(shù)字電路的頻率高，模擬電路的敏感度強(qiáng) 高頻的信號(hào)線盡可能遠(yuǎn)離敏感的模擬電路器件 最好讓數(shù)字地和模擬地完全分開(kāi) 如PCB地線只有一個(gè)輸出結(jié)點(diǎn)，最好讓PCB內(nèi)部數(shù)字地和模擬地分開(kāi)互不相連，只是在PCB與外界連接的接口處（如插頭等）進(jìn)行一點(diǎn)短接,2020/8/7,Hwadee,29,電源與地線的緊密耦合設(shè)計(jì),不好,比較好,最好,2020/8/7,Hwadee,30,線長(zhǎng),硐膜線應(yīng)盡可能短，高頻線更應(yīng)如此。 硐膜線拐角處應(yīng)為圓角或斜角 雙面走線時(shí)，兩面導(dǎo)線應(yīng)相

15、互垂直、斜交或彎曲走線，避免平行減少寄生電容,2020/8/7,Hwadee,31,線寬設(shè)計(jì),銅膜線寬度應(yīng)以滿足電氣特性參數(shù)而又便于生產(chǎn)為準(zhǔn)則，其最小值取決于流過(guò)它的電流，一般不宜小于0.2mm 與使用環(huán)境溫度、導(dǎo)線阻抗、元件數(shù)、過(guò)孔數(shù)以及運(yùn)行頻率等因素有關(guān) 經(jīng)驗(yàn)公式：0.15線寬(W)=A 導(dǎo)線寬度能寬不細(xì)，一般信號(hào)線推薦使用10mil線寬,2020/8/7,Hwadee,32,2020/8/7,Hwadee,33,減小布線阻抗,重要的信號(hào)線可增加線寬降低其特性阻抗 關(guān)鍵的信號(hào)線可采用平行地線的方法隔離 盡量減少過(guò)孔數(shù)量,2020/8/7,Hwadee,34,強(qiáng)弱信號(hào)盡量遠(yuǎn)離,電源線,信號(hào)c

16、lk,不好的布線,2020/8/7,Hwadee,35,相鄰兩面采用#字型布線,這樣布線有那些優(yōu)點(diǎn)?,2020/8/7,Hwadee,36,常見(jiàn)走線對(duì)比,2020/8/7,Hwadee,37,常見(jiàn)走線對(duì)比,2020/8/7,Hwadee,38,常見(jiàn)走線對(duì)比,2020/8/7,Hwadee,39,設(shè)置好布局布線規(guī)則,使用層面、各組線寬、過(guò)孔、間距、布線的拓樸結(jié)構(gòu)等部分規(guī)則可通過(guò)Design-Rules,2020/8/7,Hwadee,40,布局布線小結(jié),布局應(yīng)考慮哪些因素？ 電氣 工藝 布線 在布線過(guò)程中如何處理電源線、地線、信號(hào)線（應(yīng)分重要級(jí)）以及它們之間的關(guān)系？,2020/8/7,Hwadee,41,快速布線方法,采用copy方式布線 盡量利用系統(tǒng)的自動(dòng)刪除回路線來(lái)修改走線 利用來(lái)翻層自動(dòng)增加過(guò)孔 走線過(guò)程中使用TAB鍵來(lái)快速改變線寬,2020/8/7,Hwadee,42,檢查PCB,PCB布線完成后先手工檢查以下內(nèi)容 電源線和地線的寬度是否合適，電源線和地線之間是否