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PCB 设计与技巧 主讲 : 李良荣. 内容提要. PCB 概述 PCB 设计流程 PCB Layout 设计 PCB Layout 技巧 EMC 知识 附录 A 、 B. PCB 概 述. 1 、 PCB 中文-印刷电路板 英文 - Printed Circuit Board 2 、 PCB 板的质量由基材的选用,组成电路各要素的物理特性决定的。. PCB 概 述. 3 、 PCB 的材料分类(刚性、挠性) A 、酚醛纸质层压板 B 、环氧纸质层压板 C 、聚酯玻璃毡层压板 D 、环氧玻璃布层压板 E 、聚酯薄膜 F 、聚酰亚胺薄膜 - PowerPoint PPT Presentation
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PCB 设计与技巧
主讲:李良荣
主讲:李良荣
PCB 概述PCB 设计流程PCB Layout 设计PCB Layout 技巧EMC 知识附录 A 、 B
内容提要
主讲:李良荣
PCB 概 述1 、 PCB
中文-印刷电路板英文- Printed Circuit Board
2 、 PCB 板的质量由基材的选用,组成电路各要素的物理特性决定的。
主讲:李良荣
PCB 概 述 3 、 PCB 的材料分类(刚性、挠
性) A 、酚醛纸质层压板 B 、环氧纸质层压板 C 、聚酯玻璃毡层压板 D 、环氧玻璃布层压板 E 、聚酯薄膜 F 、聚酰亚胺薄膜 G 、氟化乙丙烯薄膜
主讲:李良荣
PCB 概 述 4 、 PCB 基板材料 A 、 FR- 4 B 、聚酰亚氨 C 、聚四氟乙烯 D 、 (G10) E 、 FR5 (G11)
主讲:李良荣
PCB 概 述
5 、组成 PCB 的物理特性 A 、导线(线宽、线距) B 、过孔 C 、焊盘 D 、槽 E 、表面涂层
主讲:李良荣
PCB 概 述 6 、 PCB 板按层数来分 A 、单面板(单面、双面丝印) B 、双面板(单面、双面丝印) C 、四层板(两层走线、电源、 GN
D ) D 、六层板(四层走线、电源、 GN
D ) E 、雕刻板
主讲:李良荣
PCB 概 述7 、 PCB 的基本制作工艺流程:A 、下料 B 、丝网漏印C 、腐蚀 D 、去除印料E 、孔加工 F 、印标记G 、涂助焊剂 H 、成品
主讲:李良荣
第二部分
PCB 设计流程
主讲:李良荣
PCB 设计流程设计准备
网表输入
规则设置
手工布局
手工布线
项目检查
CAM输出
主讲:李良荣
PCB 设计流程• 拿到原理图,进行分析,进行 DRC 检查。
标准元件库的建立,特殊元器件的建立,具体印制板设计文件的建立,转网表。
• 网表的输入。
• 规则设置:进行线宽、线距、层定义、过孔、全局参数的设置等。
主讲:李良荣
PCB 设计流程
• 根据印制板结构尺寸画出边框,参照原理图,结合机构进行布局,检查布局。
• 参照原理图进行预布线,检查布线是否符合电路模块要求,修改布线,并符合相应要求。
主讲:李良荣
PCB 设计流程• PCB 制作初步完成,“铺铜”与“补
铜”,进行连线、连通性、间距、“孤岛”、文字标识检查,并对其进行修改,使其符合要求。
• 检查无误后,生成底片,到此 PCB 板制作完成。
主讲:李良荣
第三部分
PCB Layout 设计
主讲:李良荣
PCB Layout 设计
一、设计准备
原理图分析, DRC 检查。标准元件库的建立,特殊元器件的建立,印制板设计文件的建立,转网表。
主讲:李良荣
PCB Layout 设计
R114 1k
¿ª¹ØµçÔ´
R108 4.7k
B04S
L
T1
1 2
J3
123
C23
F103Z 1KV
R1165.6k
R113
22k
LF1
14
23
R105
1K
+ E1
1000uF 16V
C30
472
C24
IC1UC3842
1234 5
6
87
C25 104
D241N4007
12
M11X
VDD_12V
D26HER108
12
R112177k
Q12SSS7N80A1
23
R1091k
D221N4007
12
+E4
C29104
+ E5
100uF 50V
M11X
D251N4007
12
+
E21000uF 16V
R110 4.7k
R10739k
D211N4007
12
DC+
Q9C92M
12
3
L03X
N
B04S
D23HER108
12
L
L04X
B11
3
4
2
5 6
8
7
10
9
R115
1
DC+
R111 30
C28D102K 1KV
主讲:李良荣
PCB Layout 设计
LED212
C1
1
VDD_5V
PWM ÊäÈë·´À¡µç·
R103 200
ÈÈÃôµç×è/LED
R104
9k
Q10817C
1
23
4
D1
1
L03X
TM4
TM3
A1
1
LED112
+ E3
1uF 50V
B1
1
L04X
LED412
VDD_12V
TM1
Q11KA431
1
23
VR2
1K
13
2
R103 200
R106
2k
LED312
TM2
TEMP1
1
R126
1k
主讲:李良荣
PCB Layout 设计
CON2A_1P
PWM
VDD_5V
Q42
13
PAD5_5P
R2
33
D1
12
PWM
R4
PAD5
123456
½Ó¿Úµç·
+C7
12
BAT4
L1
³äµçµçѹ²úÉúµç·
CON2A_4P
CON3A_5
CON3A_3
CON3A_6
CON3A_4
VDD_12V
CON3A
1234
1234
CON2A_2P
C6
CON2A_3P
VDD_12V
GND
Q14435
1234 5
678
SSSG D
DDD
CON2A1234
1234
PAD5_5P
5ºÅ/7ºÅÑ¡Ôñ
J4
12
J5
12
43
主讲:李良荣
PCB Layout 设计
Q82
13
BAT1
R3100k
CON3A_4
PAD5_5P
R13100K
BAT4
CON2A_4P
PAD5_5P
R17100k
CON2A_3P
CON3A_3BAT4
11
R18100k
BAT3
BAT2
R11 510Q62
13
BAT21
1BAT4
D2
12
CON2A_2P
D41 2
R16 10K
R46 510
BAT3
BAT1
11
VDD_12V
BAT2+1
1
R10 510
Q360ND02
1234 5
678
1234 5
678
Q260ND02
1234 5
678
1234 5
678
R102 10K
VDD_12V
D3
1 2
BAT3+
11
BAT1
BAT4+
11
³äµçµç·
BAT2 VDD_12V
Q52
13
CON2A_1P
R1510K
BAT1+
11
VDD_12V
R11
D51 2
R14 10K
³äµç¿ØÖƵç·
Q72
13
R12 510
CON3A_5
BAT3
BAT1
BAT2
CON3A_6BAT3
11
主讲:李良荣
PCB Layout 设计 二、网表输入
将生成的网表转换到 PCB 设计中。
三、规则设置
进行线宽、线距、层定义、过孔、全局参数的设置等。
主讲:李良荣
PCB Layout 设计
PCB 布局的一般规则: a 、信号流畅,信号方向保持一致 b 、核心元件为中心 c 、在高频电路中,要考虑元器件的分
布参数 d 、特殊元器件的摆放位置;批量生产时,要考虑波峰焊及回流焊的锡流方向及加工工艺传送边。
主讲:李良荣
PCB Layout 设计
四、手工布局
根据印制板结构尺寸画出边框,参照原理图,结合机构进行布局。并进行检查。
主讲:李良荣
PCB Layout 设计
一、布局前的准备 a 、画出边框; b 、定位孔和对接孔
进行位置确认; c 、板内元件局部的
高度控制; d 、重要网络的标志。
主讲:李良荣
PCB Layout 设计二、 PCB 布局的顺序:
a 、固定元件b 、有条件限制的元件c 、关键元件d 、面积比较大元件e 、零散元件
主讲:李良荣
PCB Layout 设计
三、参照原理图,结合机构,进行布局
主讲:李良荣
PCB Layout 设计四、布局检查:1 、检查元件在二维、三维空间上是否有冲突。2 、元件布局是否疏密有序,排列整齐。3 、元件是否便于更换,插件是否方便。4 、热敏元件与发热元件是否有距离。5 、信号流程是否流畅且互连最短。6 、插头、插座等机械设计是否矛盾。7 、元件焊盘是否足够大。
主讲:李良荣
PCB Layout 设计
五、手工布线
参照原理图进行预布线,检查布线是否符合电路模块要求,修改布线,并符合相应要求。
主讲:李良荣
PCB Layout 设计一、走线规律:1 、走线方式 尽量走短线,特别是小信号。 12mil 。2 、走线形状 同一层走线改变方向时,应走斜线。3 、电源线与地线的设计 40- 100mil ,高频线用地线屏蔽。4 、多层板走线方向 相互垂直,层间耦合面积最小;禁止平行走线。5 、焊盘设计的控制
主讲:李良荣
PCB Layout 设计
二、布线
首先,进行预连线,看一下项目的可连通性怎样,并根据原理图及实际情况进行器件调整,使其更加有利于走线。
主讲:李良荣
PCB Layout 设计三、检查走线1 、间距是否合理,是否满足生产要求。
2 、电源线和地线的宽度是否合适,电源与地线之间是否紧耦合(低的波阻抗)。
3 、对于关键的信号线是否采取了最佳措施,输入线及输出线要明显地分开。
4 、模拟电路和数字电路部分,是否有各自独立的地线。
主讲:李良荣
PCB Layout 设计5 、后加在 PCB 中的图形(如图标、注标)是否会造成信号短路。
6 、对一些不理想的线形进行修改。
7 、在 PCB上是否加有工艺线?阻焊是否符合生产工艺的要求,阻焊尺寸是否合适,字符标志是否压在器件焊盘上,以免影响电装质量。
8 、多层板中的电源地层的外框边缘是否缩小,如电源地层的铜箔露出板外容易造成短路。
主讲:李良荣
PCB Layout 设计
六、项目检查
PCB 制作初步完成,“铺铜”与“补铜” ,连线、连通性、间距、“孤岛”、文字标识
主讲:李良荣
PCB Layout 设计 对线路进行检查,进行补铜处理,重新排列元件标识;通过检查窗口,对项目进行间距、连通性检查。
主讲:李良荣
PCB Layout 设计
七、 CAM 输出
检查无误后,生成底片,并作CAM350 检查。
主讲:李良荣
PCB Layout 设计
到此, PCB 设计就完成了,最后CAM350 检查,无误后,就可以送底片了。
项目完了,作存档记录。
主讲:李良荣
第四部分
PCB 设计技巧
主讲:李良荣
PCB 设计技巧1 、为确保正确实现电路,遵循的设计准则:(1)尽量采用地平面作为电流回路(2) 将模拟地平面和数字地平面分开(3)如果地平面被信号走线隔断,为降低对地电
流回路的干扰,应使信号走线与地平面垂直;(4) 模拟电路尽量靠近电路板边缘放置,数字电
路尽量靠近电源连接端放置,这样做可以降低由数字开关引起的 di/dt效应。
主讲:李良荣
PCB 设计技巧
分隔开的地平面有时比连续的地平面有效
主讲:李良荣
PCB 设计技巧
2 、无地平面时的电流回路设计(1) 如果使用走线,应将其尽量加粗(2) 应避免地环路(3)如果不能采用地平面,应采用星形连接策略(4) 数字电流不应流经模拟器件(5) 高速电流不应流经低速器件
主讲:李良荣
PCB 设计技巧
如果不能采用地平面,可以采用“星形”布线策略来处理电流回路
主讲:李良荣
PCB 设计技巧旁路或去耦电容
电源入口, IC芯片电源输入
主讲:李良荣
PCB 设计技巧旁路或去耦电容
电源入口, IC芯片电源输入
主讲:李良荣
PCB 设计技巧布局规划
模拟电路放置在线路的末端
主讲:李良荣
PCB 设计技巧
印制导线宽度与容许电流
主讲:李良荣
PCB 设计技巧3 、高频数字电路 pcb 布线规则如下:( 1 )高频数字信号线要用短线。( 2 )主要信号线集中在 pcb 板中心。( 3 )时钟发生电路应在板的中心附近,时钟扇出应采用菊链式和并联布线。( 4 )电源线应远离高频数字信号线,或
用地线隔开,电路布局必须减少电流回路,电源的分布必须是低感应的(多路设计 )( 5 )输入与输出之间的导线避免平行。
主讲:李良荣
PCB 设计技巧
4. 布线的注意事项:( 1 )专用地线、电源线宽度应大于
1mm 。( 2 )其走线应成“井”字型排列,以便
是分部电流平衡。( 3 )尽可能的缩短高频器件之间的连线,
设法减少它们之间地分布参数和相互间的信号干扰。
主讲:李良荣
PCB 设计技巧
(4)某些元器件或导线可能有较高的电位差,应加大它们的间距,避免放电引起意外短路。
(5)尽量加大电源线宽度,减少环路电阻,电源线、地线的走向和数据传递方向一致,有助于增强抗干扰能力。
(6)当频率高于 100k时,趋附效应就十分严重了,高频电阻增大
主讲:李良荣
第五部分
EMC 知识
主讲:李良荣
EMC 知识1 、电磁兼容( Electromagnetic
Compatibility--EMC ) 是指设备或系统在其电磁环境中正常工作且不
对该环境中的任何事物构成不能承受的电磁干扰的能力。
两个含义: ( 1 )“污染”;( 2 )防御。
主讲:李良荣
EMC 知识电磁噪声耦合途径
电磁噪声耦合途径
传导
辐射
直接传导
公共阻抗传导
近场耦合
远场耦合
电导性耦合
电容性耦合
电感性耦合
公共地阻抗耦合
公共电源阻抗耦合{{{ {
{转移阻抗传导
主讲:李良荣
EMC 知识
电磁噪声传播途径示意图
干扰源 被干扰对象
电 源
公共地阻抗耦合转移阻抗耦合
直接传导耦合
辐射耦合
公共电源阻抗耦合
发射天线
接收天线
主讲:李良荣
EMC 知识I c共
I c共
I c共V共
V共
I差
I差V差
共模干扰
差模干扰
主讲:李良荣
EMC 知识
接地按主要功能划分:A 、安全地 B 、信号地 C 、机壳地 D 、屏蔽地
安全接地子系统 :A 、防止设备漏电的安全接地B 、防止雷击的安全接地
系 统 接 地
主讲:李良荣
A 、防止设备漏电的安全接地机壳
U1 Z1
Z2寄生阻抗
AC
机壳
绝缘击穿
EMC 知识
主讲:李良荣
B 、防止雷击的安全接地
使用高建筑物避雷针技术防雷保护面积: 9πh2
h :避雷针离地面的高度
EMC 知识
主讲:李良荣
• 信号地系统的几种形式:单点接地系统、多点地网或地平面接地系统、复合接地系统、浮地。
• 单点信号地系统
电路1 电路2 电路3
Z2 Z3Z1
I 2+I 3
I 1 I 2 I 3
I 1+I 2+I 3
电路1 电路2 电路3
Z2 Z3Z1I 1 I 2 I 3
EMC 知识
主讲:李良荣
多点地网和地平面信号系统• 多用于高频( >10MHz) 电路。
I C I C
I C I C I C
I C
I C I C I C
I C I C I C I C
I C
I C
I C
电源输入电容
主讲:李良荣
EMC 知识
比较大型设备机壳接地示意图
面板面板
机箱1 机箱2
主电源地电气地
机箱地
主讲:李良荣
集中控制组合装置接地系统示意图
在控制装置与功率变换装置中,专门设置了噪声地线,一般为继电器、接触器、马达专用,两装置之间的控制与反馈电路均采用屏蔽电缆连接,并与功率变换输出电缆及电力电缆尽量远离,其屏蔽层屏蔽层正确接地,系统分布范围通常以 15m 为限制为佳。
ÐźŵØÏß
ÔëÉùµØÏß
ÂñµØÍ °å
»ú¿ÇµØÏß
¹¦Âʱ任װÖÿØÖÆ×°ÖÃ
主讲:李良荣
大型分散组合系统的接地系统
• 此接法基于地平面及地栅网具有优良接地性能地优点;
• 计算机集中监控系统必须配置专用的计算机接地系统,禁止也与其他系统接地相连,并保持足够远的距离;
• 信号传送必须经过信号隔离与良好的屏蔽。
ÐźŵØÏß
ÂñµØÍ °å
ÔëÉùµØÏß
ÂñµØÍ °å
ÐźŵØÏß
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½ÓµØÍø
ÂñµØÍ °å
½ÓµØ¸ÉÏß
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¹¦Âʱ任װÖÃ
ÔëÉùµØÏß
»ú¿ÇµØÏß
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µçÆø¸ôÀë
主讲:李良荣
计算机集中监控室的接地系统
• 交流进线部分用 EMI滤波器,将电网与系统的瞬态及高频噪声加以有效地隔离;
• 供电柜的电源变压器采用双屏蔽,将变压器的原副边绕组之间的漏电容减少到几个pf左右,保证电网任何瞬态噪声均不会进入计算机主控电源;
• 监控室的 IN/OUT 信号线,均采用屏蔽电缆,屏蔽层正确接地。
主讲:李良荣
屏 蔽屏 蔽 技 术
• 屏蔽电场的条件:完善的屏蔽及屏蔽体良好接地。
磁 场 技 术1 、采用高磁导率材料地屏蔽体进行磁屏蔽
2 、采用反向磁场抵消的办法,实现磁屏蔽
主讲:李良荣
磁 场 技 术
I 1
I s
I g
A
AC
A 图可以屏蔽高频干扰源磁场, W 》Wc时, Is约= I1 。B 图可以用来屏蔽低频磁场。 W < Wc 时, Is<I1,随着W的降低,越来越多的电流将从地阻抗分流,因而达不到目的。
I 1
I s
B
ACRl
主讲:李良荣
滤 波电源 EMI 滤波器与电源滤波器
• 电源 EMI滤波器: IN端通常与噪声源相连, OUT端与电网相连,主要目的是防止由电力电子装置产生的传导行噪声进入电网;
• 电源滤波器: IN端与电网相连, OUT端与电子设备直接相连,主要目的是防止电网输电线中的各种高频及瞬态噪声,通过传导耦合进入电子装置,对其进行干扰。
主讲:李良荣
EMI 滤波器EMI 的基本电
路右:方框图下:原理图
2
G
2'
G
1
EMIÂ˲¨Æ÷
1'
´óµØ
G
C4
12
L8
L71'
C12
12
G'C11
12
1'
C3
12
1
L62'
2'
C7
12
1'
G
L2 L4 C10
12
2
G'C5
12
C21
2
C8
12
2' 2
1L3
C9
12
L1
1L5
C6
12
G'
C1
12
2
G
主讲:李良荣
EMI 滤波器的电路结构
A:低的源和负载阻抗 B: 高的源和负载阻抗
C:低的源阻抗和高的负载阻抗 D: 高的源阻抗和低的负载阻抗
C
12
ZO£ ¡Þ1 2
Zl-¡Þ
12
L1 L2
B
C1
12
Zl-0
12
C2
12
Z0-01 2
A
L1
ZO£ ¡Þ1 2
L1
Zl-¡Þ
12
L2
Zl-0
12
D
C2
12
C
ZO£ 01 2
L1
C2
12
C1
12
C1
12
L2
主讲:李良荣
电源 EMI 滤波器允许的最大串联电感:Lmax=△Umax/2πfmIm
△Umax: 允许电感器上的电压降Lmax : 允许串连电感的数值Fm : 电网频率Im : 网测额定工作电流
主讲:李良荣
电源 EMI 滤波器允许的最大滤波电容:
Cy=Ig/ (Um*2 πfm)
Cy : 最大滤波电容Ig : 接地漏电流Um : 电网电压fm : 电网频率
对于小功率电子设备: Lmax Cmax= 100uHuF
主讲:李良荣
附 A :原理图规范 • 1 、原理图使用模块化方式绘制,这样利于读原理图,又利于模块化布局。
• 2 、原理图大部分的 PCB封装要确认下来,个别器件没有封装,作个标志,利于我们建库、添加封装。
主讲:李良荣
原理图规范• 3 、原理图必须通过 DRC 检验。
主讲:李良荣
原理图规范• DRC 检查:
主讲:李良荣
附 B : PCB 检查• 1 、检查线路设计是否与原理图设计思想一致。
• 2 、检查定位孔与 PCB 的大小,以及固定键安装位置是否与机构相吻合。
• 3 、结合 EMC 知识,看 PCB 是否有不符合 EMC常规的线路。
主讲:李良荣
PCB 检查4 、检查 PCB封装是否与实物相对应。1 )三极管、稳压器件的封装。
78xx 79xx
地 入 出地 出 入
1 2 3
稳压电源
入 出 地入 地 出
1 2 3
稳压电源
E B C
E C B
三极管封装
主讲:李良荣
PCB 检查
2) 双排插件:1
7
14
8
1
7
8
14
1
13
2
14