PCB設計需要知道的5個(gè)準則

2020-03-10

1、微調器件位置

2、放置電源、GND和信號線(xiàn)

3、分開(kāi)處理

4、解決發(fā)熱問(wèn)題

5、設計規則檢查布局

設計一個(gè)在紙上和物理上都真實(shí)的板子的關(guān)鍵是什么?讓我們來(lái)看看你需要知道的前5個(gè)設計準則，來(lái)設計你的下一個(gè)可制造、功能和可靠的PCB。當開(kāi)始一個(gè)新的設計時(shí)，很容易把PCB設計準則作為事后的考慮，因為你把大部分時(shí)間花在電路設計和元件選擇上。但是在結束的時(shí)候，沒(méi)有提供足夠的時(shí)間和集中精力在PCB布局的基礎上可能導致設計從數字領(lǐng)域到物理現實(shí)的轉換很差，并可能最終成為你造成麻煩。那么設計一個(gè)在紙上和物理上都真實(shí)的板子的關(guān)鍵是什么呢?讓我們來(lái)探討5個(gè)PCB設計準則，為你設計出可靠的PCB。

一、微調器件位置

      PCB布局過(guò)程的組件放置階段既是一門(mén)藝術(shù)，也是一門(mén)科學(xué)，需要對板上可用的主要空間進(jìn)行戰略性考慮。電子元件位置放置良好，可減少PCB貼片制造的難度及制作費用，提高可靠性。

      在元件放置過(guò)程中，有許多PCB布局規則需要考慮。雖然一般的電路板布局準則告訴你把元件按連接器、電源電路、精密電路、關(guān)鍵電路等分類(lèi)，也有幾個(gè)具體的電路板布局準則要記住。

      1、取向，確保相似的元件方向相同，這將有助于在PCB設計中有效的布線(xiàn)。它還有助于確保有效和無(wú)錯誤的焊接過(guò)程中組裝。

      2、位置，避免將組件放置在板的焊料一側，否則將放置在鍍通孔組件的后面。

      3、組織，建議將所有表面貼裝設備(SMD)組件按照SMD PCB設計規則放置在板的同一側。所有通孔(TH)組件應放置在你的板的頂部一側，以盡量減少組裝步驟的數量。

      4、重點(diǎn) ,當使用混合器件組件(通孔和表面貼裝組件)時(shí)，貼片制作時(shí)貼片廠(chǎng)會(huì )增加價(jià)格。

良好組件方向(左)和糟糕芯片元件方向(右)

良好組件放置(左)和糟糕的組件放置(右)

二、放置電源、GND和信號線(xiàn)

      放置好組件后，現在就可以對電源、接地和信號進(jìn)行布線(xiàn)，以確保信號有一個(gè)干凈、無(wú)故障的傳輸路徑。這里有一些指導方針，要記住這一階段的布局過(guò)程:

設置電源和地平面

      建議電源線(xiàn)和地平面在pcb板內部，同時(shí)也要對稱(chēng)和居中。這將有助于防止板彎曲，這也將影響組件是否正確定位。注意，這在雙層板上是不可能的，因為沒(méi)有任何空間來(lái)放置組件，IC供電，建議為每個(gè)電源使用公共電源線(xiàn)。

PCB布線(xiàn)

      接下來(lái)，連接信號線(xiàn)以匹配原理圖。建議器件到器件的連線(xiàn)最短。如果組件放置迫使水平跟蹤路由位于面板的一側，則將一側面板上的線(xiàn)垂直于另一側。這是2層PCB設計規則之一。

      隨著(zhù)堆疊層數的增加，印刷電路板設計規則和PCB布局規則變得更加復雜。你的走線(xiàn)策略將需要在交替層中交替使用水平和垂直布線(xiàn)，除非你使用參考平面將每個(gè)信號層分開(kāi)。在用于特殊應用的非常復雜的電路板中，許多常用的PCB經(jīng)驗可能不再適用，需要根據電路板的實(shí)際情況進(jìn)行分析。

定義網(wǎng)絡(luò )線(xiàn)寬

pcb設計需要不同的網(wǎng)絡(luò )，將攜帶大范圍的電流，這將規定所需的網(wǎng)寬?？紤]到這一基本要求，建議為低電流模擬和數字信號提供0.01mm的寬度。攜帶0.3 A以上的線(xiàn)應該更寬。

建議布線(xiàn)(箭頭表示焊料移動(dòng))

 

不建議布線(xiàn)(箭頭表示焊料移動(dòng))

三、分開(kāi)處理

      電源電路和電流峰值中的高電壓會(huì )干擾低壓控制電路。為了盡量減少這種干擾問(wèn)題，電力電子PCB設計準則往往建議如下:

      1、分離，每個(gè)供電階段，務(wù)必將電源地和控制地分開(kāi)。如果你必須把它們綁在你的pcb上，確保它在你的供應路徑的末端。

      2、位置，如果你已經(jīng)把你的地平面放在中間層，一定要放置一個(gè)小的阻抗路徑，以減少任何電源電路干擾的風(fēng)險，并幫助保護控制信號。同樣的方針可以遵循，以保持數字和模擬地面分開(kāi)。

      3、耦合，為了減少電容耦合，由于放置一個(gè)大的接地面和線(xiàn)路的布線(xiàn)上面和下面，盡量讓模擬地面只有模擬線(xiàn)路交叉。

四、解決發(fā)熱問(wèn)題

電路板發(fā)熱會(huì )導致電路性能下降甚至電路板損壞，如果不考慮散熱問(wèn)題，這個(gè)問(wèn)題會(huì )影響電路板工作。以下是解決發(fā)熱問(wèn)題指導方針:

1、辨識組件

第一步是開(kāi)始考慮哪些組件將在你的板上消耗最多的熱量。通過(guò)組件的數據表，找到“熱阻”等級，然后按照推薦來(lái)轉移熱量。例如：散熱器和冷卻風(fēng)扇。同時(shí)讓關(guān)鍵的組件遠離高熱源。

如果有多個(gè)組件產(chǎn)生大量熱量，將這些組件分布在整個(gè)板上，而不是將它們聚集在一個(gè)位置。這樣可以防止熱斑在板上形成。在設計路由策略時(shí)，必須小心地平衡這些組件的位置和走線(xiàn)長(cháng)短問(wèn)題，這是考驗你的技術(shù)。

2、添加散熱片

添加散熱片是電路板散熱常用手段。建議在通孔組件上使用散熱片，通過(guò)減緩通過(guò)組件板的熱下沉速度，使焊接過(guò)程盡可能容易。

      一些設計師會(huì )告訴你使用熱浮雕圖案的任何通孔或洞連接到地面或動(dòng)力平面。這并不總是好的建議。電源/GND 出現在IC周邊，具有很快的開(kāi)關(guān)速度，會(huì )產(chǎn)生大量的熱量，將熱量從電路中轉移開(kāi)，有助于調節IC的溫度。

      地平面可以作為一個(gè)大散熱器，然后輸送熱量均勻的整個(gè)板。因此，如果一個(gè)特定的通孔連接到一個(gè)地面，省略該通孔上的熱釋放墊將允許熱量傳導到地面。這比保持熱量被困在GND表更可取。然而，這可能會(huì )產(chǎn)生一個(gè)問(wèn)題，如果你的板是使用波峰焊組裝，因為你需要保持熱量收集近表面。

除了熱浮雕，也可以在痕跡連接處添加淚滴，以提供額外的銅箔/金屬支撐。這將有助于減少機械應力和熱應力。

五、根據PCB設計規則檢查布局

      在設計項目快要結束的時(shí)候，你很容易因為要把剩下的部件拼在一起進(jìn)行生產(chǎn)而不知所措。在這個(gè)階段，反復檢查你的工作中的任何錯誤都可能意味著(zhù)制造的成功或失敗。

為了幫助這個(gè)質(zhì)量控制過(guò)程，總是建議從你的電氣規則檢查(ERC)和設計規則檢查(DRC)開(kāi)始，以驗證你已經(jīng)滿(mǎn)足了所有已建立的約束條件。使用這兩個(gè)規則，可以輕松地為特定的工程定義間隙寬度、走線(xiàn)寬度、通用制造要求、高速電氣要求和其他物理要求。以自動(dòng)化PCB布局審查，驗證布局。

注意，許多設計流程都聲明你應該在設計階段結束時(shí)運行設計規則檢查，同時(shí)準備進(jìn)行生產(chǎn)。如果你使用了正確的設計軟件，你可以在整個(gè)設計過(guò)程中運行檢查，這允許你盡早識別設計潛在的問(wèn)題并快速地糾正它們。

當你最終的ERC和DRC產(chǎn)生了沒(méi)有錯誤的結果時(shí)，建議檢查每個(gè)信號的走線(xiàn)，并確認你沒(méi)有錯過(guò)任何東西，一次通過(guò)原理圖中的一根線(xiàn)。當然，確保PCB布局符合原理圖與設計工具的探測。

    總結：這 5個(gè)PCB設計準則，每個(gè)PCB設計師都需要知道。通過(guò)遵循這一小部分的建議，很快就可以設計出一款功能強大、可制造的電路板，并生產(chǎn)出真正高質(zhì)量的印刷電路板。良好的PCB設計實(shí)踐是成功的關(guān)鍵。這些PCB設準則只觸及了表面，但它們?yōu)樵谒性O計實(shí)踐中建立和鞏固持續改進(jìn)的實(shí)踐奠定了基礎。