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解密PROTEL DXP软件的PCB规划技巧

ProtelDXP是第一个将所有设计工具集于一身的板级设计系统,电子设计者从最初的项目模块规划到最终形成生产数据都可以按照自己的设计方式实现。ProtelDXP运行在优化的设计浏览器平台上,并且具

  Protel DXP是第一个将一切规划东西集于一身的板级规划体系,电子规划者从开始的项目模块规划到终究构成出产数据都能够依照自己的规划办法完结。Protel DXP运行在优化的规划浏览器平台上,而且具有当今一切先进的规划特色,能够处理各种杂乱的PCB规划进程。Protel DXP作为一款新推出的电路规划软件,在前版别的基础上添加了许多新的功用。新的可定制规划环境功用包括双显示器支撑,可固定、起浮以及弹出面板,强壮的过滤和目标定位功用及增强的用户界面等。经过规划输入仿真、PCB制造修改、拓扑主动布线、信号完整性剖析和规划输出等技能交融,Protel DXP供给了全面的规划处理方案。

  PCB电路板规划的一般准则包括:电路板的选用、电路板尺度、元件布局、布线、焊盘、填充、跨接线等。

  电路板一般用敷铜层压板制成,板层选用时要从电气功用、可靠性、加工工艺要求和经济指标等方面考虑。常用的敷铜层压板是敷铜酚醛纸质层压板、敷铜环氧纸质层压板、敷铜环氧玻璃布层压板、敷铜环氧酚醛玻璃布层压板、敷铜聚四氟乙烯玻璃布层压板和多层印刷电路板用环氧玻璃布等。不同资料的层压板有不同的特色。 环氧树脂与铜箔有极好的粘合力,因而铜箔的附着强度和作业温度较高,能够在 260℃的熔锡中不起泡。环氧树脂浸过的玻璃布层压板受潮气的影响较小。 超高频电路板最好是敷铜聚四氟乙烯玻璃布层压板。

  在要求阻燃的电子设备上,还需求阻燃的电路板,这些电路板都是浸入了阻燃树脂的层压板。 电路板的厚度应该依据电路板的功用、所装元件的分量、电路板插座的标准、电路板的外形尺度和接受的机械负荷等来决议。

  主要是应该确保满意的刚度和强度。

  常见的电路板的厚度有 0.5mm、1.0mm、1.5mm、2.0mm

  从本钱、铜膜线长度、抗噪声才能考虑,电路板尺度越小越好,可是板尺度太小,则散热不良,且相邻的导线简单引起搅扰。 电路板的制造费用是和电路板的面积相关的,面积越大,造价越高。 在规划具有机壳的电路板时,电路板的尺度还受机箱外壳巨细的约束,必定要在确认电路板尺度前确认机壳巨细,不然就无法确认电路板的尺度。 一般情况下,在制止布线层中指定的布线规模便是电路板尺度的巨细。电路板的最佳形状是矩形,长宽比为 3:2 或 4:3,当电路板的尺度大于 200mm×150mm 时,应该考虑电路板的机械强度。 总归,应该归纳考虑利害来确认电路板的尺度。

  尽管 Protel DXP 能够主动布局,可是实践上电路板的布局简直都是手艺完结的。

  要进行布局时,一般遵从如下规矩:

  1.特别元件的布局

  特别元件的布局从以下几个方面考虑:

  1)高频元件:高频元件之间的连线越短越好,设法减小连线的散布参数和彼此之间的电磁搅扰,易受搅扰的元件不能离得太近。隶属于输入和隶属于输出的元件之间的间隔应该尽或许大一些。

  2)具有高电位差的元件:应该加大具有高电位差元件和连线之间的间隔,防止出现意外短路时损坏元件。为了防止爬电现象的发生,一般要求 2000V 电位差之间的铜膜线间隔应该大于 2mm,若关于更高的电位差,间隔还应该加大。带有高电压的器材,应该尽量安置在调试时手不易触及的当地。

  3)分量太大的元件:此类元件应该有支架固定,而关于又大又重、发热量多的元件,不宜装置在电路板上。

  4)发热与热敏元件:留意发热元件应该远离热敏元件。

  5)能够调理的元件:关于电位器、可调电感线圈、可变电容、微动开关等可调元件的布局应该考虑整机的结构要求,若是机内调理,应该放在电路板上简单调理的当地,若是机外调理,其方位要与调理旋钮在机箱面板上的方位相对应。

  6)电路板装置孔和支架孔:应该预留出电路板的装置孔和支架的装置孔,因为这些孔和孔邻近是不能布线的。

  2.依照电路功用布局

  假如没有特别要求,尽或许依照原理图的元件组织对元件进行布局,信号从左面进入、从右边输出,从上边输入、从下边输出。 依照电路流程,组织各个功用电路单元的方位,使信号流转愈加顺利和坚持方向共同。 以每个功用电路为中心,环绕这个中心电路进行布局,元件组织应该均匀、规整、紧凑,准则是削减和缩短各个元件之间的引线和衔接。 数字电路部分应该与模仿电路部分分隔布局。

  3.元件离电路板边际的间隔

  一切元件均应该放置在离板边际3mm 以内的方位,或许至少距电路板边际的间隔等于板厚,这是因为在大批量出产中进行流水线插件和进行波峰焊时,要供给给导轨槽运用,一起也是防止因为外形加工引起电路板边际破损,引起铜膜线开裂导致废品。假如电路板上元件过多,不得已要超出3mm 时,能够在电路板边际上加上3mm 辅边,在辅边上开 V 形槽,在出产时用手掰开。

  4.元件放置的次序

  首要放置与结构紧密配合的固定方位的元件,如电源插座、指示灯、开关和衔接插件等。 再放置特别元件,例如发热元件、变压器、集成电路等。 最终放置小元件,例如电阻、电容、二极管等。

  布线的规矩如下:

  1)线长:铜膜线应尽或许短,在高频电路中更应该如此。铜膜线的不拐弯处应为圆角或斜角,而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功用。当双面板布线时,两面的导线应该彼此笔直、斜交或曲折走线,防止彼此平行,以削减寄生电容

  2)线宽:铜膜线的宽度应以能满意电气特性要求而又便于出产为准则,它的最小值取决于流过它的电流,可是一般不宜小于0.2mm。只需板面积满意大,铜膜线宽度和间隔最好挑选0.3mm。一般情况下,1~1.5mm 的线宽,答应流过 2A 的电流。例如地线和电源线最好选用大于1mm 的线宽。在集成电路座焊盘之间走两根线时,焊盘直径为50mil,线宽和线间隔都是 10mil,当焊盘之间走一根线时,焊盘直径为64mil,线宽和线间隔都为12mil。留意公制和英制之间的转化,100mil=2.54mm。

  3)线间隔:相邻铜膜线之间的间隔应该满意电气安全要求,一起为了便于出产,间隔应该越宽越好。最小间隔至少能够接受所加电压的峰值。在布线密度低的情况下,间隔应该尽或许的大。

  4)屏蔽与接地:铜膜线的公共地线应该尽或许放在电路板的边际部分。在电路板上应该尽或许多地保存铜箔做地线,这样能够使屏蔽才能增强。别的地线的形状最好作成环路或网格状。多层电路板因为选用内层做电源和地线专用层,因而能够起到更好的屏蔽效果效果。

  焊盘

  焊盘尺度焊盘的内孔尺度有必要从元件引线直径和公役尺度以及镀锡层厚度、孔径公役、孔金属化电镀层厚度等方面考虑,一般情况下以金属引脚直径加上 0.2mm 作为焊盘的内孔直径。例如,电阻的金属引脚直径为0.5mm,则焊盘孔直径为0.7mm,而焊盘外径应该为焊盘孔径加1.2mm,最小应该为焊盘孔径加1.0mm。 当焊盘直径为1.5mm 时,为了添加焊盘的抗剥离强度,可选用方形焊盘。 关于孔直径小于0.4mm 的焊盘,焊盘外径/焊盘孔直径=0.5~3。 关于孔直径大于2mm 的焊盘,焊盘外径/焊盘孔直径=1.5~2。

  常用的焊盘尺度

  焊盘孔直径/mm

  0.4 0.5 0.6 0.8 1.0 1.2 1.6 2.0

  焊盘外径/mm

  1.5 1.5 2.0 2.0 2.5 3.0 3.5 4

  留意事项:

  规划焊盘时的留意事项如下:

  1)焊盘孔边际到电路板边际的间隔要大于 1mm,这样能够防止加工时导致焊盘残缺。

  2)焊盘补泪滴,当与焊盘衔接的铜膜线较细时,要将焊盘与铜膜线之间的衔接规划成泪滴状,这样能够使焊盘不简单被剥离,而铜膜线与焊盘之间的连线不易断开。

  3)相邻的焊盘要防止有锐角。

  大面积填充

  电路板上的大面积填充的意图有两个,一个是散热,另一个是用屏蔽削减搅扰,为防止焊接时发生的热使电路板发生的气体无处排放而使铜膜掉落,应该在大面积填充上开窗,后者使填充为网格状。 运用敷铜也能够到达抗搅扰的意图,而且敷铜能够主动绕过焊盘并可衔接地线。

  跨接线

  在单面电路板的规划中,当有些铜膜无法衔接时,一般的做法是运用跨接线,跨接线的长度应该挑选如下几种:6mm、8mm 和 10mm。

  接地

  1.地线的共阻抗搅扰 电路图上的地线表明电路中的零电位,并用作电路中其它各点的公共参考点,在实践电路中因为地线(铜膜线)阻抗的存在,必然会带来共阻抗搅扰,因而在布线时,不能将具有地线符号的点随意衔接在一起,这或许引起有害的耦合而影响电路的正常作业。

  2.怎么衔接地线 一般在一个电子体系中,地线分为体系地、机壳地(屏蔽地)、数字地(逻辑地)和模仿地等几种,在衔接地线时应该留意以下几点:

  1)正确挑选单点接地与多点接地。在低频电路中,信号频率小于 1MHz,布线和元件之间的电感能够疏忽,而地线电路电阻上发生的压降对电路影响较大,所以应该选用单点接地法。 当信号的频率大于 10MHz 时,地线电感的影响较大,所以宜选用就近接地的多点接地法。 当信号频率在 1~10MHz 之间时,假如选用单点接地法,地线长度不应该超越波长的 1/20,不然应该选用多点接地。

  2)数字地和模仿地分隔。电路板上既有数字电路,又有模仿电路,应该使它们尽量分隔,而且地线不能混接,应别离与电源的地线端衔接(最好电源端也别离衔接)。要尽量加大线性电路的面积。一般数字电路的抗搅扰才能强,TTL 电路的噪声容限为 0.4~0.6V,CMOS 数字电路的噪声容限为电源电压的 0.3~0.45 倍,而模仿电路部分只需有微伏级的噪声,就足以使其作业不正常。所以两类电路应该分隔布局和布线。

  3)尽量加粗地线。若地线很细,接地电位会随电流的改变而改变,导致电子体系的信号遭到搅扰,特别是模仿电路部分,因而地线应该尽量宽,一般以大于 3mm 为宜。

  4)将接地线构成闭环。当电路板上只需数字电路时,应该使地线构成环路,这样能够明显进步抗搅扰才能,这是因为当电路板上有许多集成电路时,若地线很细,会引起较大的接地电位差,而环形地线能够削减接地电阻,然后减小接地电位差。

  5)同一级电路的接地址应该尽或许接近,而且本级电路的电源滤波电容也应该接在本级的接地址上。

  6)总地线的接法。总地线有必要严厉依照高频、中频、低频的次序一级级地从弱电到强电衔接。高频部分最好选用大面积围住式地线,以确保有好的屏蔽效果。

  抗搅扰

  具有微处理器的电子体系,抗搅扰和电磁兼容性是规划进程中有必要考虑的问题,特别是关于时钟频率高、总线周期快的体系;含有大功率、大电流驱动电路的体系;含弱小模仿信号以及高精度 A/D 改换电路的体系。为添加体系抗电磁搅扰才能应考虑采纳以下办法:

  1)选用时钟频率低的微处理器。只需操控器功用能够满意要求,时钟频率越低越好,低的时钟能够有用下降噪声和进步体系的抗搅扰才能。因为方波中包括各种频率成分,其高频成分很简单成为噪声源,一般情况下,时钟频率 3 倍的高频噪声是最具危险性的。

  2)减小信号传输中的畸变。当高速信号(信号频率高=上升沿和下降沿快的信号)在铜膜线上传输时,因为铜膜线电感和电容的影响,会使信号发生畸变,当畸变过大时,就会使体系作业不可靠。一般要求,信号在电路板上传输的铜膜线越短越好,过孔数目越少越好。典型值:长度不超越 25cm,过孔数不超越 2 个。

  3)减小信号间的穿插搅扰。当一条信号线具有脉冲信号时,会对另一条具有高输入阻抗的弱信号线发生搅扰,这时需求对弱信号线进行阻隔,办法是加一个接地的轮廓线将弱信号围住起来,或许是添加线间间隔,关于不同层面之间的搅扰能够选用添加电源和地线层面的办法处理。

  4)减小来自电源的噪声。电源在向体系供给动力的一起,也将其噪声加到所供电的体系中,体系中的复位、中止以及其它一些操控信号最易受外界噪声的搅扰,所以,应该恰当添加电容来滤掉这些来自电源的噪声。

  5)留意电路板与元器材的高频特性。在高频情况下,电路板上的铜膜线、焊盘、过孔、电阻、电容、接插件的散布电感和电容不容疏忽。因为这些散布电感和电容的影响,当铜膜线的长度为信号或噪声波长的 1/20 时,就会发生天线效应,对内部发生电磁搅扰,对外发射电磁波。 一般情况下,过孔和焊盘会发生 0.6pF 的电容,一个集成电路的封装会发生 2~6pF 的电容,一个电路板的接插件会发生 520mH 的电感,而一个 DIP-24 插座有 18nH 的电感,这些电容和电感对低时钟频率的电路没有任何影响,而关于高时钟频率的电路有必要给予留意。

  6)元件安置要合理分区。元件在电路板上摆放的方位要充分考虑抗电磁搅扰问题。准则之一便是各个元件之间的铜膜线要尽量的短,在布局上,要把模仿电路、数字电路和发生大噪声的电路(继电器、大电流开关等)合理分隔,使它们彼此之间的信号耦合最小。

  7)处理好地线。依照前面说到的单点接地或多点接当地法处理地线。将模仿地、数字地、大功率器材地分隔衔接,再会聚到电源的接地址。 电路板以外的引线要用屏蔽线,关于高频和数字信号,屏蔽电缆两头都要接地,低频模仿信号用的屏蔽线,一般选用单端接地。对噪声和搅扰十分灵敏的电路或高频噪声特别严重的电路应该用金属屏蔽罩屏蔽。

  8)去耦电容。去耦电容以瓷片电容或多层陶瓷电容的高频特性较好。规划电路板时,每个集成电路的电源和地线之间都要加一个去耦电容。去耦电容有两个效果,一方面是本集成电路的储能电容,供给和吸收该集成电路开门和关门瞬间的充放电电能,另一方面,旁路掉该器材发生的高频噪声。数字电路中典型的去耦电容为 0.1μF,这样的电容有 5nH 的散布电感,能够对10MHz 以下的噪声有较好的去耦效果。一般情况下,挑选 0.01~0.1μF 的电容都能够。

  一般要求没10 片左右的集成电路添加一个10μF 的充放电电容。 别的,在电源端、电路板的四角等方位应该跨接一个10~100μF 的电容。 高频布线

  为了使高频电路板的规划更合理,抗搅扰功用更好,在进行PCB 规划时应从以下几个方面考虑:

  1)合理挑选层数。使用中心内层平面作为电源和地线层,能够起到屏蔽的效果,有用下降寄生电感、缩短信号线长度、下降信号间的穿插搅扰,一般情况下,四层板比两层板的噪声低 20dB。

  2)走线办法。走线有必要依照 45°角拐弯,这样能够减小高频信号的发射和彼此之间的耦合。

  3)走线长度。走线长度越短越好,两根线并行间隔越短越好。

  4)过孔数量。过孔数量越少越好。

  5)层间布线方向。层间布线方向应该取笔直方向,便是顶层为水平方向,底层为笔直方向,这样能够减小信号间的搅扰。

  6)敷铜。添加接地的敷铜能够减小信号间的搅扰。

  7)包地。对重要的信号线进行包地处理,能够明显进步该信号的抗搅扰才能,当然还能够对搅扰源进行包地处理,使其不能搅扰其它信号。

  8)信号线。信号走线不能环路,需求依照菊花链办法布线。

  9)去耦电容。在集成电路的电源端跨接去耦电容

  10)高频扼流。数字地、模仿地等衔接公共地线时要接高频扼流器材,一般是中心孔穿有导线的高频铁氧体磁珠。

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