PCB佈局經驗

PCB佈局

在設計中，佈局是一個重要的環節。佈局結果的好壞將直接影響佈線的效果，因此可以這樣認爲，合理的佈局是PCB設計成功的第一步。

　　佈局的方式分兩種，一種是交互式佈局，另一種是自動佈局，一般是在自動佈局的基礎上用交互式佈局進行調整，在佈局時還可根據走線的情況對門電路進行再分配，將兩個門電路進行交換，使其成爲便於佈線的最佳佈局。在佈局完成後，還可對設計文件及有關信息進行返回標註於原理圖，使得PCB板中的有關信息與原理圖相一致，以便在今後的建檔、更改設計能同步起來, 同時對模擬的有關信息進行更新，使得能對電路的電氣性能及功能進行板級驗證。

　　考慮整體美觀
　　一個產品的成功與否，一是要注重內在質量，二是兼顧整體的美觀，兩者都較完美才能認爲該產品是成功的。

　　在一個PCB板上，元件的佈局要求要均衡，疏密有序，不能頭重腳輕或一頭沉。

　　佈局的檢查

印製板尺寸是否與加工圖紙尺寸相符？能否符合PCB製造工藝要求？有無定位標記？
元件在二維、三維空間上有無衝突？
元件佈局是否疏密有序，排列整齊？是否全部布完？
需經常更換的元件能否方便的更換？插件板插入設備是否方便？
熱敏元件與發熱元件之間是否有適當的距離？
調整可調元件是否方便？
在需要散熱的地方，裝了散熱器沒有？空氣流是否通暢？
信號流程是否順暢且互連最短？
插頭、插座等與機械設計是否矛盾？

　　PCB佈線經驗(一）

　　這是個牽涉面大的問題。拋開其它因素，僅就PCB設計環節來說，我有以下幾點體會，供大家參考：
　　1.要有合理的走向：如輸入/輸出，交流/直流，強/弱信號，高頻/低頻，高壓/低壓等...，它們的走向應該是呈線形的(或分離)，不得相互交融。其目的是防止相互干擾。最好的走向是按直線，但一般不易實現，最不利的走向是環形。對於是直流，小信號，低電壓PCB設計的要求可以低些。所以“合理”是相對的。上下層之間走線的方向基本垂直。整個板子的不想要均勻，能不擠的不要擠在一齊。

　　2.選擇好接地點：小小的接地點不知有多少工程技術人員對它做過多少論述，足見其重要性。一般情況下要求共點地，如：前向放大器的多條地線應匯合後再與幹線地相連等等...。現實中，因受各種限制很難完全辦到，但應盡力遵循。這個問題在實際中是相當靈活的。每個人都有自己的一套解決方案。如能針對具體的電路板來解釋就容易理解。

　　3.合理佈置電源濾波/退耦電容：一般在原理圖中僅畫出若干電源濾波/退耦電容，但未指出它們各自應接於何處。其實這些電容是爲開關器件(門電路)或其它需要濾波/退耦的件而設置的，佈置這些電容就應儘量靠近這些元部件，離得太遠就沒有作用了。有趣的是，當電源濾波/退耦電容佈置的合理時，接地點的問題就顯得不那麼明顯。
在貼片器件的退耦電容最好在布在板子另一面的器件肚子位置，電源和地要先過電容，再進芯片。

　　4.線條有講究：有條件做寬的線決不做細；高壓及高頻線應園滑，不得有尖銳的倒角，拐彎也不得采用直角。地線應儘量寬，最好使用大面積敷銅，這對接地點問題有相當大的改善。 5.有些問題雖然發生在後期製作中，但卻是PCB設計中帶來的，它們是：
過線孔太多，沉銅工藝稍有不慎就會埋下隱患。所以，設計中應儘量減少過線孔。同向並行的線條密度太大，焊接時很容易連成一片。所以，線密度應視焊接工藝的水平來確定。焊點的距離太小，不利於人工焊接，只能以降低工效來解決焊接質量。否則將留下隱患。所以，焊點的最小距離的確定應綜合考慮焊接人員的素質和工效。焊盤或過線孔尺寸太小，或焊盤尺寸與鑽孔尺寸配合不當。前者對人工鑽孔不利，後者對數控鑽孔不利。容易將焊盤鑽成“c”形，重則鑽掉焊盤。導線太細，而大面積的未佈線區又沒有設置敷銅，容易造成腐蝕不均勻。即當未佈線區腐蝕完後，細導線很有可能腐蝕過頭，或似斷非斷，或完全斷。所以，設置敷銅的作用不僅僅是增大地線面積和抗干擾。 以上諸多因素都會對電路板的質量和將來產品的可靠性大打折扣。

　 PCB佈線經驗(二）
　　PCB設計中，佈線是完成產品設計的重要步驟，可以說前面的準備工作都是爲它而做的， 在整個PCB中，以佈線的設計過程限定最高，技巧最細、工作量最大。PCB佈線有單面佈線、 雙面佈線及多層佈線。佈線的方式也有兩種：自動佈線及交互式佈線，在自動佈線之前， 可以用交互式預先對要求比較嚴格的線進行佈線，輸入端與輸出端的邊線應避免相鄰平行， 以免產生反射干擾。必要時應加地線隔離，兩相鄰層的佈線要互相垂直，平行容易產生寄生耦合。

　　自動佈線的布通率，依賴於良好的佈局，佈線規則可以預先設定， 包括走線的彎曲次數、導通孔的數目、步進的數目等。一般先進行探索式布經線，快速地把短線連通， 然後進行迷宮式佈線，先把要布的連線進行全局的佈線路徑優化，它可以根據需要斷開已布的線。 並試着重新再佈線，以改進總體效果。

　　對目前高密度的PCB設計已感覺到貫通孔不太適應了， 它浪費了許多寶貴的佈線通道，爲解決這一矛盾，出現了盲孔和埋孔技術，它不僅完成了導通孔的作用， 還省出許多佈線通道使佈線過程完成得更加方便，更加流暢，更爲完善，PCB 板的設計過程是一個複雜而又簡單的過程，要想很好地掌握它，還需廣大電子工程設計人員去自已體會， 才能得到其中的真諦。

　　1 電源、地線的處理

既使在整個PCB板中的佈線完成得都很好，但由於電源、 地線的考慮不周到而引起的干擾，會使產品的性能下降，有時甚至影響到產品的成功率。所以對電、 地線的佈線要認真對待，把電、地線所產生的噪音干擾降到最低限度，以保證產品的質量。 對每個從事電子產品設計的工程人員來說都明白地線與電源線之間噪音所產生的原因， 現只對降低式抑制噪音作以表述：

　　衆所周知的是在電源、地線之間加上去耦電容。
　　儘量加寬電源、地線寬度，最好是地線比電源線寬，它們的關係是：地線＞電源線＞信號線，通常信號線寬爲：0.2～0.3mm,最經細寬度可達0.05～0.07mm,電源線爲1.2～2.5 mm對數字電路的PCB可用寬的地導線組成一個迴路, 即構成一個地網來使用(模擬電路的地不能這樣使用)
　　用大面積銅層作地線用,在印製板上把沒被用上的地方都與地相連接作爲地線用。或是做成多層板，電源，地線各佔用一層。

 

　　2 數字電路與模擬電路的共地處理

　　現在有許多PCB不再是單一功能電路（數字或模擬電路），而是由數字電路和模擬電路混合構成的。因此在佈線時就需要考慮它們之間互相干擾問題，特別是地線上的噪音干擾。

　　數字電路的頻率高，模擬電路的敏感度強，對信號線來說，高頻的信號線儘可能遠離敏感的模擬電路器件，對地線來說，整人PCB對外界只有一個結點，所以必須在PCB內部進行處理數、模共地的問題，而在板內部數字地和模擬地實際上是分開的它們之間互不相連，只是在PCB與外界連接的接口處（如插頭等）。數字地與模擬地有一點短接，請注意，只有一個連接點。也有在PCB上不共地的，這由系統設計來決定。

　　3 信號線布在電（地）層上

　　在多層印製板佈線時，由於在信號線層沒有布完的線剩下已經不多，再多加層數就會造成浪費也會給生產增加一定的工作量，成本也相應增加了，爲解決這個矛盾，可以考慮在電（地）層上進行佈線。首先應考慮用電源層，其次纔是地層。因爲最好是保留地層的完整性。

　　4 大面積導體中連接腿的處理

　　在大面積的接地（電）中，常用元器件的腿與其連接，對連接腿的處理需要進行綜合的考慮，就電氣性能而言，元件腿的焊盤與銅面滿接爲好，但對元件的焊接裝配就存在一些不良隱患如：①焊接需要大功率加熱器。②容易造成虛焊點。所以兼顧電氣性能與工藝需要，做成十字花焊盤，稱之爲熱隔離（heat shield）俗稱熱焊盤（Thermal），這樣，可使在焊接時因截面過分散熱而產生虛焊點的可能性大大減少。多層板的接電（地）層腿的處理相同。

　　5 佈線中網絡系統的作用

　　在許多CAD系統中，佈線是依據網絡系統決定的。網格過密，通路雖然有所增加，但步進太小，圖場的數據量過大，這必然對設備的存貯空間有更高的要求，同時也對象計算機類電子產品的運算速度有極大的影響。而有些通路是無效的，如被元件腿的焊盤佔用的或被安裝孔、定們孔所佔用的等。網格過疏，通路太少對布通率的影響極大。所以要有一個疏密合理的網格系統來支持佈線的進行。 標準元器件兩腿之間的距離爲0.1英寸(2.54mm),所以網格系統的基礎一般就定爲0.1英寸(2.54 mm)或小於0.1英寸的整倍數，如：0.05英寸、0.025英寸、0.02英寸等。

　　6 設計規則檢查（DRC）

　　佈線設計完成後，需認真檢查佈線設計是否符合設計者所制定的規則，同時也需確認所制定的規則是否符合印製板生產工藝的需求，一般檢查有如下幾個方面：

線與線，線與元件焊盤，線與貫通孔，元件焊盤與貫通孔，貫通孔與貫通孔之間的距離是否合理，是否滿足生產要求。
　　電源線和地線的寬度是否合適，電源與地線之間是否緊耦合（低的波阻抗）？在PCB中是否還有能讓地線加寬的地方。
　　對於關鍵的信號線是否採取了最佳措施，如長度最短，加保護線，輸入線及輸出線被明顯地分開。
　　模擬電路和數字電路部分，是否有各自獨立的地線。

　　後加在PCB中的圖形（如圖標、註標）是否會造成信號短路。

　　對一些不理想的線形進行修改。
在PCB上是否加有工藝線？阻焊是否符合生產工藝的要求，阻焊尺寸是否合適，字符標誌是否壓在器件焊盤上，以免影響電裝質量。
　　多層板中的電源地層的外框邊緣是否縮小，如電源地層的銅箔露出板外容易造成短路。