什么是PCB设计技术

核心提示印制电路板的设计是以电路原理图为根据,实现电路设计者所需要的功能。印刷电路板的设计主要指版图设计,需要考虑外部连接的布局。内部电子元件的优化布局。金属连线和通孔的优化布局。电磁保护。热耗散等各种因素。优秀的版图设计可以节约生产成本,达到良好

印制电路板的设计是以电路原理图为根据,实现电路设计者所需要的功能。印刷电路板的设计主要指版图设计,需要考虑外部连接的布局。内部电子元件的优化布局。金属连线和通孔的优化布局。电磁保护。热耗散等各种因素。优秀的版图设计可以节约生产成本,达到良好的电路性能和散热性能。简单的版图设计可以用手工实现,复杂的版图设计需要借助计算机辅助设计(CAD)实现。

在高速设计中,可控阻抗板和线路的特性阻抗是最重要和最普遍的问题之一。首先了解一下传输线的定义:传输线由两个具有一定长度的导体组成,一个导体用来发送信号,另一个用来接收信号(切记“回路”取代“地”的概念)。在一个多层板中,每一条线路都是传输线的组成部分,邻近的参考平面可作为第二条线路或回路。一条线路成为“性能良好”传输线的关键是使它的特性阻抗在整个线路中保持恒定。

线路板成为“可控阻抗板”的关键是使所有线路的特性阻抗满足一个规定值,通常在25欧姆和70欧姆之间。在多层线路板中,传输线性能良好的关键是使它的特性阻抗在整条线路中保持恒定。

但是,究竟什么是特性阻抗理解特性阻抗最简单的方法是看信号在传输中碰到了什么。当沿着一条具有同样横截面传输线移动时,这类似图1所示的微波传输。假定把1伏特的电压阶梯波加到这条传输线中,如把1伏特的电池连接到传输线的前端(它位于发送线路和回路之间),一旦连接,这个电压波信号沿着该线以光速传播,它的速度通常约为6英寸/纳秒。当然,这个信号确实是发送线路和回路之间的电压差,它可以从发送线路的任何一点和回路的相临点来衡量。图2是该电压信号的传输示意图。

Zen的方法是先“产生信号”,然后沿着这条传输线以6英寸/纳秒的速度传播。第一个001纳秒前进了006英寸,这时发送线路有多余的正电荷,而回路有多余的负电荷,正是这两种电荷差维持着这两个导体之间的1伏电压差,而这两个导体又组成了一个电容器。

在下一个001纳秒中,又要将一段006英寸传输线的电压从0调整到1伏特,这必须加一些正电荷到发送线路,而加一些负电荷到接收线路。每移动006英寸,必须把更多的正电荷加到发送线路,而把更多的负电荷加到回路。每隔001纳秒,必须对传输线路的另外一段进行充电,然后信号开始沿着这一段传播。电荷来自传输线前端的电池,当沿着这条线移动时,就给传输线的连续部分充电,因而在发送线路和回路之间形成了1伏特的电压差。每前进001纳秒,就从电池中获得一些电荷(±Q),恒定的时间间隔(±t)内从电池中流出的恒定电量(±Q)就是一种恒定电流。流入回路的负电流实际上与流出的正电流相等,而且正好在信号波的前端,交流电流通过上、下线路组成的电容,结束整个循环过程。

一般来说一个项目的PCB印刷电路板开发设计流程是什么?

IC版图设计是指将前端设计产生的门级网表通过EDA设计工具进行布局布线和进行物理验证并最终产生供制造用的GDSII数据的过程。其主要工作职责有:芯片物理结构分析、逻辑分析、建立后端设计流程、版图布局布线、版图编辑、版图物理验证、联络代工厂并提交生产数据。作为连接设计与制造的桥梁,合格的版图设计人员既要懂得IC设计、版图设计方面的专业知识,还要熟悉制程厂的工作流程、制程原理等相关知识。

Cadence公司的电子设计自动化(ElectronicDesignAutomation)产品涵盖了电子设计的整个流程,包括系统级设计,功能验证,IC综合及布局布线,模拟、混合信号及射频IC设计,全定制集成电路设计,IC物理验证,PCB设计和硬件仿真建模等。

而PCB版图设计是PCB高速互连设计平台,即PCB设计和硬件仿真建模。

cadence IC版图设计包括VirtuosoLayoutSynthesizer,SchematicComposer,DRC,LVS等工具的使用。

说通俗就是一个是IC(集成电路内部互连)设计,一个是PCB电路板设计;两种都可以用cadence公司软件,但两者不同。

cadencespbXXX PCB设计,XXX版本号;cadenceICXXXIC设计,XXX版本号。

在国内,一般只有“半导体物理与微电子”专业才有这个课程。

电路板设计有那些软件一般掌握那些软件

原理图设计------做封装------导入封装-----布局------走线-----设计完成生成GERBER光绘文件------发给厂家生产就印刷出电路板来了

 

基本就这些步骤了。我做了接近10年高速PCB设计。

 

如下面两个图,

设计好的PCB文件截图

 

 

印刷生产好,而且连元件都已经焊接加工好的电路板。

印制电路板的设计

1、SPICE模拟电路仿真

用于模拟电路仿真的SPICE(Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis)软件于1972年由美国加州大学伯克利分校的计算机辅助设计小组利用FORTRAN语言开发而成,主要用于大规模集成电路的计算机辅助设计。

2、Saber开关电源首选

Saber用来设计各种电源设备,如DC/DC、AC/DC、DC/AC、AC/AC,能够全面分析系统的各项指标如环路频率响应、功率管开关、磁性器件的工作情况。

3、 PowerEsim

是用于在线开关电源(SMPS)和变压器设计的电子电路仿真 软件。它可以在元件和电路级进行损耗分析,板温模拟,设计验证,故障率分析并生成相关报告。使用的常见电路设计仿真工具之一是SPICE仿真器。

4、EWB

他是以SPICE3F5为软件核心,增强了其在数字及模拟混合信号方面的仿真功能。EWB的兼容性也较好,其文件格式可以导出成能被ORCAD或PROTEL读取的格式,它在桌面上提供了万用表、示波器、信号发生器、扫频仪、逻辑分析仪、数字信号发生器、逻辑转换器等工具。

5、Altium Designer

Altium软件的市场定位是一些简单的板子,比如单片机类,简单的工业类,一些相对简单的板子,用这个软件比较多,相对是偏低端产品设计,大部分都是简单的板子。大部分用这个软件的公司产品都是相对偏简单的。

PCB设计要点是什么

随着电子技术的快速发展,印制电路板广泛应用于各个领域,几乎所有的电子设备中都包含相应的印制电路板。为保证电子设备正常工作,减少相互间的电磁干扰,降低电磁污染对人类及生态环境的不利影响,电磁兼容设计不容忽视。本文介绍了印制电路板的设计方法和技巧。

在印制电路板的设计中,元器件布局和电路连接的布线是关键的两个环节。 布局,是把电路器件放在印制电路板布线区内。布局是否合理不仅影响后面的布线工作,而且对整个电路板的性能也有重要影响。在保证电路功能和性能指标后,要满足工艺性、检测和维修方面的要求,元件应均匀、整齐、紧凑布放在PCB上,尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接,以得到均匀的组装密度。

按电路流程安排各个功能电路单元的位置,输入和输出信号、高电平和低电平部分尽可能不交叉,信号传输路线最短。 元器件的位置应按电源电压、数字及模拟电路、速度快慢、电流大小等进行分组,以免相互干扰。

电路板上同时安装数字电路和模拟电路时,两种电路的地线和供电系统完全分开,有条件时将数字电路和模拟电路安排在不同层内。电路板上需要布置快速、中速和低速逻辑电路时,应安放在紧靠连接器范围内;而低速逻辑和存储器,应安放在远离连接器范围内。这样,有利于减小共阻抗耦合、辐射和交扰的减小。时钟电路和高频电路是主要的骚扰辐射源,一定要单独安排,远离敏感电路。 ⑴层面

贴装元件尽可能在一面,简化组装工艺。

⑵距离

元器件之间距离的最小限制根据元件外形和其他相关性能确定,目前元器件之间的距离一般不小于02 mm~03mm,元器件距印制板边缘的距离应大于2mm。

⑶方向

元件排列的方向和疏密程度应有利于空气的对流。考虑组装工艺,元件方向尽可能一致。 1、导线

⑴宽度

印制导线的最小宽度,主要由导线和绝缘基板间的粘附强度和流过它们的电流值决定。印制导线可尽量宽一些,尤其是电源线和地线,在板面允许的条件下尽量宽一些,即使面积紧张的条件下一般不小于1mm。特别是地线,即使局部不允许加宽,也应在允许的地方加宽,以降低整个地线系统的电阻。对长度超过80mm的导线,即使工作电流不大,也应加宽以减小导线压降对电路的影响。

⑵长度

要极小化布线的长度,布线越短,干扰和串扰越少,并且它的寄生电抗也越低,辐射更少。特别是场效应管栅极,三极管的基极和高频回路更应注意布线要短。

⑶间距

相邻导线之间的距离应满足电气安全的要求,串扰和电压击穿是影响布线间距的主要电气特性。为了便于操作和生产,间距应尽量宽些,选择最小间距至少应该适合所施加的电压。这个电压包括工作电压、附加的波动电压、过电压和因其它原因产生的峰值电压。当电路中存在有市电电压时,出于安全的需要间距应该更宽些。

⑷路径

信号路径的宽度,从驱动到负载应该是常数。改变路径宽度对路径阻抗(电阻、电感、和电容)产生改变,会产生反射和造成线路阻抗不平衡。所以,最好保持路径的宽度不变。在布线中,最好避免使用直角和锐角,一般拐角应该大于90°。直角的路径内部的边缘能产生集中的电场,该电场产生耦合到相邻路径的噪声,45°路径优于直角和锐角路径。当两条导线以锐角相遇连接时,应将锐角改成圆形。

2、孔径和焊盘尺寸

元件安装孔的直径应该与元件的引线直径较好的匹配,使安装孔的直径略大于元件引线直径的(015~03)mm。通常DIL封装的管脚和绝大多数的小型元件使用08mm的孔径,焊盘直径大约为2mm。对于大孔径焊盘为了获得较好的附着能力,焊盘的直径与孔径之比,对于环氧玻璃板基大约为2,而对于苯酚纸板基应为(25~3)。

过孔,一般被使用在多层PCB中,它的最小可用直径是与板基的厚度相关,通常板基的厚度与过孔直径比是6:1。高速信号时,过孔产生(1~4)nH的电感和(03~08)pF的电容的路径。因此,当铺设高速信号通道时,过孔应该被保持到绝对的最小。对于高速的并行线(例如地址和数据线),如果层的改变是不可避免,应该确保每根信号线的过孔数一样。并且应尽量减少过孔数量,必要时需设置印制导线保护环或保护线,以防止振荡和改善电路性能。

3、地线设计

不合理的地线设计会使印制电路板产生干扰,达不到设计指标,甚至无法工作。地线是电路中电位的参考点,又是电流公共通道。地电位理论上是零电位,但实际上由于导线阻抗的存在,地线各处电位不都是零。因为地线只要有一定长度就不是一个处处为零的等电位点,地线不仅是必不可少的电路公共通道,又是产生干扰的一个渠道。

一点接地是消除地线干扰的基本原则。所有电路、设备的地线都必须接到统一的接地点上,以该点作为电路、设备的零电位参考点(面)。一点接地分公用地线串联一点接地和独立地线并联一点接地。

公用地线串联一点接地方式比较简单,各个电路接地引线比较短,其电阻相对小,这种接地方式常用于设备机柜中的接地。独立地线并联一点接地,只有一个物理点被定义为接地参考点,其他各个需要接地的点都直接接到这一点上,各电路的地电位只与本电路的地电流基地阻抗有关,不受其他电路的影响。

具体布线时应注意以下几点:

⑴走线长度尽量短,以便使引线电感极小化。在低频电路中,因为所有电路的地电流流经公共的接地阻抗或接地平面,所以避免采用多点接地。

⑵公共地线应尽量布置在印制电路板边缘部分。电路板上应尽可能多保留铜箔做地线,可以增强屏蔽能力。

⑶双层板可以使用地线面,地线面的目的是提供一个低阻抗的地线。

⑷多层印制电路板中,可设置接地层,接地层设计成网状。地线网格的间距不能太大,因为地线的一个主要作用是提供信号回流路径,若网格的间距过大,会形成较大的信号环路面积。大环路面积会引起辐射和敏感度问题。另外,信号回流实际走环路面积小的路径,其他地线并不起作用。

⑸地线面能够使辐射的环路最小。

一、地线的设计要点

在电气设备中绝大多数的干扰问题都可以通过正确的屏蔽以及合理的接地来解决,所以我们一定要对接地设计工作予以足够的重视。接地系统由模拟地、数字地、机壳地以及系统地等四大部分组成,其中数字地也称作逻辑地,机壳地也称作屏蔽地。下面我们介绍一下在接地设计中需要注意的几个方面:

1、合理选择接地方式

通常有多点接地以及单点接地两种接地方式,所以我们要进行合理选择。在设备的工作频率超过10MHz的情况下,由于地线抗阻的过大会给设备的正常运行带来不良的影响,所以我们应该尽量选择多点接地来达到降低地线阻抗的目的。同理,当电路的工作频率达不到1MHz的情况下,我们就要采取一点接地的方式来避免形成的环流影响到干扰。所以,在1~10MHz的工作频率内的电路在波长是其地线长度的20倍以内时可采用多点接地,否则需要采用单点接地的方法。

2、分离模拟电路与数字电路

由于电路板非常复杂,上面既有线性电路还有告诉逻辑电路,所以我们就应该将他们分离开来,避免两者的混淆,并且通过分别进行与电源端接地的方式来避免出现混接,与此同时也要讲线性电路的接地面积尽量扩大。

3、选择较粗的接地线

在选择较细的接地线的情况下,会导致电流的变化带动接地电位的变化,最后导致电子设备无法稳定运行,大大降低了它的抗噪性能。所以我们要选择较粗的接地线,通过增大它的允许电流来达到稳定设备信号的目的,在条件允许的情况下,选择宽度在3mm以上的接电线。

二、电磁兼容性的设计要点

由于电子设备的工作环境复杂多变,我们就要求其有更好的电磁环境适应能力,并且还要减少对其他电子设备的电磁干扰这就需要对电磁兼容性方面进行相应的设计,所以电子设备的电磁兼容性设计也是我们工作的重点之一。

1、选择正确的布线方式

通过采用平行走线的方法可以大幅度降低导线的电感,但是会导致导线之间分布电容以及互感的不断增大,所以在条件允许的情况下,我们可以在布线时采用井字形的结构,具体的布线方法就是在印制板的两个面采取不同的布线方式,一面是纵向、一面为横线,使用金属化孔在交叉孔处连接。由于印制板导线之间还有串扰作用,所以我们在不显得时候应该控制出现长距离平行走线的情况。

2、选择正确宽度的导线由于经常出现冲击干扰的情况,所以我们在印制导线的时候要控制瞬变电流,主要的方法就是控制印制导线时电感量的产生。而电感量的多少与导线的宽度成反比,与倒显得长度成正比,所以我们应该尽量去选择一些既粗又短的导线,这对抑制干扰非常有效。由于总线驱动器、行驱动器以及时钟引线的信号经常出现非常大的顺便电流,所以在上述选线时,应该选择短的导线。对于那些集成电路,我们应该将导线的宽度控制在1~02mm之间,对于分立组件电路,将宽度控制在15mm左右。

三、电路板上器件与尺寸的设计要点

印制电路板大小要适中,过大时印制线条长,阻抗增加,不仅抗噪声能力下降,成本也高;过小,则散热不好,同时易受临近线条干扰。 在器件布置方面与其它逻辑电路一样,应把相互有关的器件尽量放得靠近些,这样可以获得较好的抗噪声效果。时钟发生器、晶振和CPU的时钟输入端都易产生噪声,要相互靠近些。易产生噪声的器件、小电流电路、大电流电路等应尽量远离逻辑电路,如有可能,应另做电路板,这一点十分重要。

四、散热设计要点

从有利于散热的角度出发,印制版最好是直立安装,板与板之间的距离一般不应小于2cm,而且器件在印制版上的排列方式应遵循一定的规则:

对于采用自由对流空气冷却的设备,最好是将集成电路(或其它器件)按纵长方式排列;对于采用强制空气冷却的设备,最好是将集成电路(或其它器件)按横长方式排。

同一块印制板上的器件应尽可能按其发热量大小及散热程度分区排列,发热量小或耐热性差的器件(如小信号晶体管、小规模集成电路、电解电容等w wwpcbworknet)放在冷却气流的最上流(入口处),发热量大或耐热性好的器件(如功率晶体管、大规模集成电路等)放在冷却气流最下游。在水平方向上,大功率器件尽量靠近印制板边沿布置,以便缩短传热路径;在垂直方向上,大功率器件尽量靠近印制板上方布置,以便减少这些器件工作时对其它器件温度的影响。

对温度比较敏感的器件最好安置在温度最低的区域(如设备的底部),千万不要将它放在发热器件的正上方,多个器件最好是在水平面上交错布局。

设备内印制板的散热主要依靠空气流动,所以在设计时要研究空气流动路径,合理配置器件或印制电路板。空气流动时总是趋向于阻力小的地方流动,所以在印制电路板上配置器件时,要避免在某个区域留有较大的空域。

 
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