PCB设计步骤及常见问题

PCB设计步骤及常见问题

一、原理图设计

1．画原理图的目的

为画电路板图做准备。

2、使用元件库的原则

只要载入必要和常用的元件库入内存，否则降低执行效率，占用更多系统资源。

3、对于特殊和新开发元件，需要生成新的元件和元件库，并将新元件库添加到元件库列表中。

4、注意具有电气意义和不电气意义的操作对象的使用。

5、元件的属性添加，注意编号、类型和封装，常用元件封装，特殊元件在封装

库中找不到对应，须自建封装库，并将新建元件封装名填到Footprint属性中。

例：电阻、电容、二极管、三极管、单列直插、双列直插

6、生成网络表

二、画PCB板图

1、建PCB编辑文件，装载封装，包括自制封装库。

2、根据机械尺寸确定PCB板大小，画安装孔。

3、调网络表一般情况，网络表出错主要是：

（1）封装名不对

*编辑原理图时封装名没有添对；

*所添的封装在封装库中不存在或所在的封装库没有添加。

（2）元件管脚和封装焊盘之间没有对应关系。

4、调入网络表，手动布局，手动布线。改动电源线与接地线要求线宽

3、修改焊盘尺寸，放置汉字。

印制电路板的可靠性设计

目前电子器材用于各类电子设备和系统仍然以印制电路板为主要装配方式。实践证明，即使电路原理图设计正确，印制电路板设计不当，也会对电子设备的可靠性产生不利影响。例如，热敏电阻与散热片得很近，热敏电阻将不能正常工作。因此，在设计印制电路板的时候，应注意采用正确的方法。

一、PCB设计基础知识

1、印刷电路板（Printed circuit board，PCB）

几乎会出现在每一种电子设备当中。如果在某样设备中有电子零件，那么它

们也都是镶在大小各异的PCB上。除了固定各种小零件外，PCB的主要功能是提供上头各项零件的相互电气连接。随着电子设备越来越复杂，需要的零件越来越多，PCB上头的线路与零件也越来越密集了。标准的PCB长得就像这样。裸板（上头没有零件）也常被称为[印刷线路板Printed Wiring Board（PWB）]。

2、板材与铜膜线

板子本身的基板是由绝缘隔热、并不易弯曲的材质所制作成（环氧树脂）。在表面可以看到的细小线路材料是铜箔，原本铜箔是覆盖在整个板子上的，而在制造过程中部份被蚀刻处理掉，留下来的部份就变成网状的细小线路了。这些线路被称作导线（conductor pattern）或称布线，并用来提供PCB上零件的电路连接。

3、板型

我们刚刚提到过，在最基本的PCB上，零件集中在其中一面，导线则集中在另一面上。因为导线只出现在其中一面，所以我们就称这种PCB叫作单面板（Single-sided）。因为单面板在设计线路上有许多严格的限制（因为只有一面，布线间不能交叉而必须绕独自的路径），所以只有早期的电路才使用这类的板子。双面板（Double-Sided Boards）

这种电路板的两面都有布线。不过要用上两面的导线，必须要在两面间有适当的电路连接才行。这种电路间的「桥梁」叫做导孔（via）。导孔是在PCB上，充满或涂上金属的小洞，它可以与两面的导线相连接。因为双面板的面积比单面板大了一倍，而且因为布线可以互相交错（可以绕到另一面），它更适合用在比单面板更复杂的电路上。

多层板（Multi-Layer Boards）

为了增加可以布线的面积，多层板用上了更多单或双面的布线板。多层板使用数片双面板，并在每层板间放进一层绝缘层后黏牢（压合）。大部分的主机板都是4到8层的结构，不过技术上可以做到近100层的PCB板。

在多层板PCB中，整层都直接连接上地线与电源。

常见的电路板厚度有0.5mm、1mm、1.5mm、2mm等。

二、零件封装技术

1、插入式封装技术（Through Hole Technology）

将零件安置在板子的一面，并将接脚焊在另一面上，这种技术称为「插入式（Through Hole Technology，THT）」封装。这种零件会需要占用大量的空间，并且要为每只接脚钻一个洞。所以它们的接脚其实占掉两面的空间，而且焊点也比较大。但另一方面，THT零件和SMT（Surface Mounted Technology，表面黏着式）零件比起来，与PCB连接的构造比较好，像是排线的插座，和类似的界面

都需要能耐压力，所以通常它们都是THT封装。

2、表面黏贴式封装技术（Surface Mounted Technology）

使用表面黏贴式封装（Surface Mounted Technology，SMT）的零件，接脚是焊在与零件同一面。这种技术不用为每个接脚的焊接，而都在PCB上钻洞。表面黏贴式的零件，甚至还能在两面都焊上。 SMT也比THT的零件要小。和使用THT零件的PCB比起来，使用SMT技术的PCB板上零件要密集很多。SMT封装零件也比THT的要便宜。所以现今的PCB上大部分都是SMT，自然不足为奇。

因为焊点和零件的接脚非常的小，要用人工焊接实在非常难不过如果考虑到目前的组装都是全自动的话，这个问题只会出现在修复零件的时候吧。

三、PCB尺寸

从成本、线长、抗干扰上看，越小越好；但散热不好，有线间干扰。

实际中受机壳限制，一般长宽比为3：2或4：3

四、布局

可自动布局，但实际上电路板布局几乎都是手工完成。布局原则如下：1．特殊元件布局

（1）高频元件之间连线越短越好。

（2）具有高电位差元件：2000V电位差铜膜线距离应大于2mm，具有高电压元件，布置在调试时手不触及的地方。

（3）重量大的元件加支架，

（4）发热元件应远离热敏元件

（5）可调节元件：电位器、可变电容，机内：要求方便，机外：要求与机箱外调节旋钮对应。

（6）预留安装孔和支架孔，附近不可布线

2、按电路功能布局

（1）没特殊要求，尽可能按原理图的元件安排对元件布局，信号左----右，上----下。

（2）围绕核心电路进行布局。

（3）数字模拟分开布局

3、元件放置顺序

（1）放置固定位置元件，如：电源插座、指示灯、开关、连接器件。

（2）特殊元件和大器件：如：发热器件、集成电路

（3）最后放小器件：如：电阻、电容。

五、布线

（1）线长：铜膜线尽可能短，双面板两侧导线应该相互垂直、斜交或弯曲走线，

尽量避免相互平行，减小寄生耦合。

（2）线宽：最小值取决于流过它的电流，不宜小于0.2mm ，mm 5.1~1地线宽，允许流过2A 的电流。

铜箔最小线宽:双面板0.2mm

电源和地线：选用大于1.0mm

（3） 线间距：最小距离要能承受所加电压峰值

六、地线设计

1、共阻抗干扰

电路图上的地线表示电路中的零电位，并用作电路中其它各点的参考点，在实际电路中由于地线（铜膜线）阻抗的存在。必然会带来共阻抗干扰。

（1）例如：长10cm ，宽1.0mm 的铜膜线，若其厚度为0.05mm ，则其电阻的表达式为：S

l R ρ= 其中l 为铜膜线的长，S 为铜膜线的截面积，ρ为铜的电阻率。

带入得电阻为Ω04.0，若流过铜膜线的交流电流为1A ，则有V 04.0电压降。

（2）高频情况下主要铜膜线电感引起共阻抗干扰，长度远大于宽度时，导线的自感量：

)()(8.0m l H L ?=μ

其中l 为铜膜线的长,长度为10cm 时，自感量L 为H μ08.0，当电路的工作频率为MHz 30时，感抗为Ω16。

2、连接地线的方法

在电子设备中，接地是控制干扰的重要方法。如能将接地和屏蔽正确结合起来使用，可解决大部分干扰问题。电子设备中地线结构大致有系统地、机壳地（屏蔽地）、数字地（逻辑地）和模拟地等。在地线设计中应注意以下几点：

（1）正确选择单点接地与多点接地

在低频电路中，信号的工作频率小于1MHz ，它的布线和器件间的电感影响较小，而接地电路形成的环流对干扰影响较大，因而应采用一点接地。当信号工作频率大于10MHz 时，地线阻抗变得很大，此时应尽量降低地线阻抗，应采用就近多点接地。当工作频率在1～10MHz 时，如果采用一点接地，其地线长度不应超过波长的1/20，否则应采用多点接地法。

(2)将数字电路与模拟电路分开

电路板上既有高速逻辑电路，又有线性电路，应使它们尽量分开，而两者的地线不要相混，分别与电源端地线相连。要尽量加大线性电路的接地面积。

(3).尽量加粗接地线

若接地线很细，接地电位则随电流的变化而变化，致使电子设备的定

时信号电平不稳，抗噪声性能变坏。因此应将接地线尽量加粗，使它能通过三位于印制电路板的允许电流。如有可能，接地线的宽度应大于3mm 。

(4)将接地线构成闭环路

设计只由数字电路组成的印制电路板的地线系统时，将接地线做成闭环路可以明显的提高抗噪声能力。其原因在于：印制电路板上有很多集成电路元件，尤其遇有耗电多的元件时，因受接地线粗细的限制，会在地结上产生较大的电位差，引起抗噪声能力下降，若将接地结构成环路，则会缩小电位差值，提高电子设备的抗噪声能力。

(5)同一级电路的接地点应该尽可能靠近，并且本级电路的电源滤波电容也应该接在本级的接地点上。

七、抗干扰设计

1、减小信号传输中畸变。高速信号（频率高、上升沿和下降沿快的信号）由于铜膜线上电感电容的影响，会使信号产生畸变影响系统工作不可靠。一般要求铜膜线越短越好。典型值：长度不超过25cm ，过孔数不超过两个。

2、减小来自电源的噪声，F μ100~10电容。

3、元件布置要合理分区。考虑电磁干扰问题，元件间铜膜线要尽量短，要把模拟、数字、大燥声电路（继电器、大电流开关）合理分开。

4、处理好地线

5、 去耦电容。去耦电容采用瓷片电容的高频特性好。设计电路时，考虑每个集成电路的电源和地线之间都要加一个去耦电容。作用有两个，一方面为本集成电路的蓄能电容，另一方面旁路掉该器件产生的高频噪声。典型值F μ1.0。

八、设计指导

1、铜膜线与板边最小距离为0.5mm,元件与板边最小距离为5.0mm 。

2、一般通孔安装元件的焊盘的大小(直径)为的两倍, 制作焊盘时，孔径的大小一般为元件的引脚直径加mm 2.0,（如有标准元件库，则以标准元件库为准）。

3、电解电容不可触及发热元件,如大功率电阻,热敏电阻,变压器,散 热器等.电解电容与散热器的间隔最小为10.0mm,其它元件到散热器的间隔最小为2.0mm 。

4、螺丝孔半径5.0MM 内不能有铜箔(除要求接地外)及元件.(或按结构图要求).

5、每一粒三极管必须在丝印上标出e,c,b 脚。

6、布线方向为水平或垂直，由垂直转入水平要走45度进入。元件的安放为水平或垂直。

7、若与焊盘连接的铜膜较细时，则需加泪滴可使焊盘不易剥离。如图：

8、布线尽可能短，特别注意时钟线、低电平信号线及所有高频回路布线要更短。

9、模拟电路及数字电路的地线及供电系统要完全分开。

10、PCB板上的保险管、保险电阻、交流220V的滤波电容、变压器等元件位置附近,面丝印上应有符号及该元件的标称值.

11、贴片元件与电插元件脚之间的距离，如图：

电子产品制版工上机操作模拟试题

一、任务

请在规定的时间内完成以下任务：原理图绘制---得到网络表---导入网络表---生成PCB板图。

二、说明

1、下图为由555构成的方波发生电路；

.

.

三、要求

1、建立数据库lianxi**.ddb，建立YL.Sch原理图并绘制上图。

2、原理图绘制完成后要生成网络表文件。

3、建立封装库FZ.lib并制作如下封装：

发光二极管D3的封装：命名为LED，要求焊

盘的孔直径为32mil,焊盘外直径64mil，外边框宽为

240mil，高为100 mil。

4、将上面指定的元件封装应用于PCB，其它元件采用常规封装列表入下

5、生成PCB板，其机械尺寸及安装孔如下图（尺寸单位为：mm）。

6、调入网络表，手动布局，手动布线。

7、电源线与接地线要求线宽为：40mil，其它导线线宽为：15mil。

8、修改D1、D2焊盘的孔直径为36mil, 焊盘的直径为64mil。

9、要求布局、布线合理、美观。