PCB設計需要縝密的思考;設計師越周到、越有經驗,最終的電路板就越好。
1. 準備階段:這涉及準備元件庫和原理圖。要製作一塊好的電路板,不僅需要正確設計原理圖,繪製電路板也是關鍵部分。在開始 PCB 設計之前,請確保原理圖 (SCH) 和 PCB 的元件庫已準備就緒。雖然您可以使用設計軟體提供的庫,但它們通常缺乏合適的選項,因此最好根據所選組件的標準尺寸建立自己的庫。理想情況下,從 PCB 元件庫開始,然後是 SCH 庫。 PCB庫要求較嚴格,直接影響板子的安裝; SCH函式庫更加寬鬆,專注於定義引腳屬性及其與PCB元件的對應關係(注意標準庫中的隱藏引腳)。然後設計原理圖,完成後就可以開始PCB設計了。
2. PCB結構設計:根據確定的電路板尺寸和機械定位,在設計環境中繪製PCB佈局,放置所需的連接器、按鈕/開關、螺絲孔、裝配孔等。佈線區域有多大)螺絲孔周圍的區域被指定為非佈線區域)。
3. PCB佈局:佈局簡單來說就是將元件放置在板上。如果前面的準備工作正確完成,您可以從原理圖產生網表(設計 -> 建立網表),然後將其匯入 PCB 佈局(設計 -> 載入網路)。您將看到所有組件都堆疊有指示連接的飛線。現在,您可以根據以下原則開始元件佈局:
依電氣性能合理劃分,一般分為:數位電路區(易受干擾並產生幹擾)、類比電路區(對幹擾敏感)、電源驅動區(幹擾源)。完成相同功能的組件應盡可能靠近放置,並調整以確保最簡單的連接;另外,調整功能塊的相對位置以簡化互連。對於較重的部件,請考慮安裝位置和強度;發熱元件應與溫度敏感元件分開放置,必要時應考慮熱對流措施。I/O 驅動器組件應放置在靠近板邊緣並靠近連接器的位置。時鐘產生器(例如晶體振盪器)應盡可能靠近使用時鐘的設備放置。每個積體電路的電源輸入與地引腳之間應放置去耦電容(一般為高頻陶瓷電容);對於密集封裝的電路,請考慮在多個積體電路周圍添加鉭電容器。繼電器線圈應加放電二極體(如1N4148)。版面要平衡、有序,避免頭重腳輕或過於混亂。考慮組件的實際尺寸(面積和高度)及其相對位置對於確保電氣性能以及生產和安裝的可行性至關重要。另外,在能夠體現上述原則的前提下,調整元件的放置位置,以達到整潔和美觀的目的——相似的元件應排列均勻、一致,避免出現「散亂」的現象。此步驟會影響電路板的整體形像以及後續佈線的便利性,因此應投入大量精力。佈局時,對於不確定的區域,可以進行初步佈線,周全考慮。
4.接線:佈線是整個PCB設計過程中最關鍵的一步,直接影響PCB的效能。佈線一般分為三個層次:首先是基本連通性-若佈線不通、飛線較多,則認為該板不合格。其次是滿足電氣性能要求,這是判定PCB是否合格的標準。實現連接後,仔細調整接線以獲得最佳電氣性能。最後,還有美學。如果您的接線已連接,但看起來混亂且色彩繽紛,無論電氣性能如何良好,都可能被視為品質差,使測試和維護變得複雜。佈線應整齊有序,避免雜亂交叉。這些考慮因素必須與電氣性能和其他特定要求相平衡;否則,設計可能會失去焦點。
接線時:
通常,從電源和接地佈線開始,以確保電氣性能。若條件允許,加寬電源線和接地線寬度,最好是接地線比電源線寬,順序為:接地>電源>訊號。訊號線寬度通常為0.2至0.3毫米,最小寬度為0.05至0.07毫米;電源線範圍為 1.2 至 2.5 毫米。對於數位PCB,寬地線可以形成環路,形成地網(這不適用於類比電路)。對於更嚴格要求的預佈線(如高頻線)應避免相鄰平行的輸入和輸出邊緣線,以盡量減少反射幹擾。可能需要接地隔離;相鄰層的佈線應垂直,因為平行佈線會導致寄生耦合。確保振盪器外殼接地;保持時脈線短並避免不必要的擴展。應增加時脈振盪電路和特殊高速邏輯電路部分下方的接地面積,避免其他訊號線的干擾。使用45度角而不是90度角進行佈線,以減少高頻訊號輻射(對於高要求的線路,可以考慮使用雙圓弧)。信號線不應形成環路;如果不可避免,請盡可能小;盡量減少訊號線的過孔。關鍵線路應保持短而粗,兩側都有保護接地。透過扁平電纜傳輸敏感訊號和雜訊時,請使用「接地-訊號-接地」配置。關鍵訊號應預留測試點,以供生產和維護使用。原理圖接線完成後,優化接線;初步網路檢查和DRC檢查驗證後,將未連接的區域接地,使用大銅層進行接地連接,將PCB上未使用的區域連接為地。或者,考慮多層板,為電源和接地各分配一層。PCB佈線製程要求線:一般訊號線為0.3mm(12mil),電源線為0.77mm(30mil)或1.27mm(50mil);線路之間以及線路與焊盤之間的間距應≥ 0.33 毫米(13 密耳)。在高密度應用中,請考慮在 IC 引腳之間使用兩條線,寬度為 0.254 毫米(10 密爾),最小間距為 0.254 毫米(10 密爾)。特殊情況下,元件接腳靠近時,可考慮適當減少寬度和間距。墊:焊盤(PAD)和過孔(VIA)必須符合基本要求:焊盤直徑應比孔徑大≥0.6mm;例如,對於一般引線電阻器、電容器和IC,使用1.6 mm/0.8 mm (63 mil/32 mil) 的焊盤/孔尺寸,對於插座、引腳和IC,使用1.8 mm/1.0 mm (71 mil/ 39 mil) 的焊盤/孔尺寸。在實務中,根據實際元件尺寸確定焊盤尺寸,如果可能,則稍微增加焊盤尺寸。通孔:標準過孔尺寸為 1.27 mm/0.7 mm (50 mil/28 mil)。在高密度佈線場景中,過孔尺寸可以減少,但不能過度減少,可能使用 1.0 mm/0.6 mm (40 mil/24 mil)。焊盤、線路和過孔的間距要求:PAD 和 VIA:≥ 0.3 毫米(12 百萬)PAD 和 PAD:≥ 0.3 毫米(12 百萬)焊盤和軌道:≥ 0.3 毫米(12 百萬)軌道和軌道:≥ 0.3 毫米 (12 百萬) 在高密度情況下:PAD 和 VIA:≥ 0.254 毫米(10 百萬)PAD 和 PAD:≥ 0.254 毫米(10 百萬)焊盤和軌道:≥ 0.254 毫米(10 百萬)軌道與軌道:≥ 0.254 毫米(10 百萬)5. 佈線優化及絲網印刷:“沒有最好,只有更好!”無論您設計得多麼周到,一旦完成,您都會發現許多需要修改的地方。一般來說,優化佈線所花費的時間是初始佈線所花費的時間的兩倍。一旦對佈局感到滿意,就可以澆銅(放置 -> 多邊形平面)。銅通常用於接地(注意類比和數位接地的分離),對於多層板,電源也可能需要銅。關於網版印刷,確保它不會阻礙組件或被過孔和焊盤覆蓋。設計時,底層文字應鏡像,以免混亂。
6. 網路、DRC 檢查和結構檢查:首先,確保電路原理圖設計正確。然後,將產生的PCB網路檔案與原理圖網路檔案進行實體連接檢查(NETCHECK),並根據輸出結果及時進行調整,確保接線正確。一旦網路檢查通過,進行 DRC 檢查並根據輸出結果調整設計,以確保 PCB 佈線滿足電氣性能。最後,進一步檢查並確認PCB的機械安裝結構。
7. 製作:在此之前,最好有一個審查過程。
PCB設計需要極度注重細節,考慮所有因素並力求完美,以確保創造出良好的電路板。