PCB设计需要知道的5个准则

2020-03-10

1、微调器件位置

2、放置電(diàn)源、GND和信号線(xiàn)

3、分(fēn)开处理(lǐ)

4、解决发热问题

5、设计规则检查布局

设计一个在纸上和物(wù)理(lǐ)上都真实的板子的关键是什么?让我们来看看你需要知道的前5个设计准则，来设计你的下一个可(kě)制造、功能(néng)和可(kě)靠的PCB。当开始一个新(xīn)的设计时，很(hěn)容易把PCB设计准则作為(wèi)事后的考虑，因為(wèi)你把大部分(fēn)时间花(huā)在電(diàn)路设计和元件选择上。但是在结束的时候，没有(yǒu)提供足够的时间和集中精力在PCB布局的基础上可(kě)能(néng)导致设计从数字领域到物(wù)理(lǐ)现实的转换很(hěn)差，并可(kě)能(néng)最终成為(wèi)你造成麻烦。那么设计一个在纸上和物(wù)理(lǐ)上都真实的板子的关键是什么呢(ne)?让我们来探讨5个PCB设计准则，為(wèi)你设计出可(kě)靠的PCB。

一、微调器件位置

      PCB布局过程的组件放置阶段既是一门艺术，也是一门科(kē)學(xué)，需要对板上可(kě)用(yòng)的主要空间进行战略性考虑。電(diàn)子元件位置放置良好，可(kě)减少PCB贴片制造的难度及制作费用(yòng)，提高可(kě)靠性。

      在元件放置过程中，有(yǒu)许多(duō)PCB布局规则需要考虑。虽然一般的電(diàn)路板布局准则告诉你把元件按连接器、電(diàn)源電(diàn)路、精密電(diàn)路、关键電(diàn)路等分(fēn)类，也有(yǒu)几个具體(tǐ)的電(diàn)路板布局准则要记住。

      1、取向，确保相似的元件方向相同，这将有(yǒu)助于在PCB设计中有(yǒu)效的布線(xiàn)。它还有(yǒu)助于确保有(yǒu)效和无错误的焊接过程中组装。

      2、位置，避免将组件放置在板的焊料一侧，否则将放置在镀通孔组件的后面。

      3、组织，建议将所有(yǒu)表面贴装设备(SMD)组件按照SMD PCB设计规则放置在板的同一侧。所有(yǒu)通孔(TH)组件应放置在你的板的顶部一侧，以尽量减少组装步骤的数量。

      4、重点 ,当使用(yòng)混合器件组件(通孔和表面贴装组件)时，贴片制作时贴片厂会增加价格。

良好组件方向(左)和糟糕芯片元件方向(右)

良好组件放置(左)和糟糕的组件放置(右)

二、放置電(diàn)源、GND和信号線(xiàn)

      放置好组件后，现在就可(kě)以对電(diàn)源、接地和信号进行布線(xiàn)，以确保信号有(yǒu)一个干净、无故障的传输路径。这里有(yǒu)一些指导方针，要记住这一阶段的布局过程:

设置電(diàn)源和地平面

      建议電(diàn)源線(xiàn)和地平面在pcb板内部，同时也要对称和居中。这将有(yǒu)助于防止板弯曲，这也将影响组件是否正确定位。注意，这在双层板上是不可(kě)能(néng)的，因為(wèi)没有(yǒu)任何空间来放置组件，IC供電(diàn)，建议為(wèi)每个電(diàn)源使用(yòng)公共電(diàn)源線(xiàn)。

PCB布線(xiàn)

      接下来，连接信号線(xiàn)以匹配原理(lǐ)图。建议器件到器件的连線(xiàn)最短。如果组件放置迫使水平跟踪路由位于面板的一侧，则将一侧面板上的線(xiàn)垂直于另一侧。这是2层PCB设计规则之一。

      随着堆叠层数的增加，印刷電(diàn)路板设计规则和PCB布局规则变得更加复杂。你的走線(xiàn)策略将需要在交替层中交替使用(yòng)水平和垂直布線(xiàn)，除非你使用(yòng)参考平面将每个信号层分(fēn)开。在用(yòng)于特殊应用(yòng)的非常复杂的電(diàn)路板中，许多(duō)常用(yòng)的PCB经验可(kě)能(néng)不再适用(yòng)，需要根据電(diàn)路板的实际情况进行分(fēn)析。

定义网络線(xiàn)宽

pcb设计需要不同的网络，将携带大范围的電(diàn)流，这将规定所需的网宽。考虑到这一基本要求，建议為(wèi)低電(diàn)流模拟和数字信号提供0.01mm的宽度。携带0.3 A以上的線(xiàn)应该更宽。

建议布線(xiàn)(箭头表示焊料移动)

 

不建议布線(xiàn)(箭头表示焊料移动)

三、分(fēn)开处理(lǐ)

      電(diàn)源電(diàn)路和電(diàn)流峰值中的高電(diàn)压会干扰低压控制電(diàn)路。為(wèi)了尽量减少这种干扰问题，電(diàn)力電(diàn)子PCB设计准则往往建议如下:

      1、分(fēn)离，每个供電(diàn)阶段，務(wù)必将電(diàn)源地和控制地分(fēn)开。如果你必须把它们绑在你的pcb上，确保它在你的供应路径的末端。

      2、位置，如果你已经把你的地平面放在中间层，一定要放置一个小(xiǎo)的阻抗路径，以减少任何電(diàn)源電(diàn)路干扰的风险，并帮助保护控制信号。同样的方针可(kě)以遵循，以保持数字和模拟地面分(fēn)开。

      3、耦合，為(wèi)了减少電(diàn)容耦合，由于放置一个大的接地面和線(xiàn)路的布線(xiàn)上面和下面，尽量让模拟地面只有(yǒu)模拟線(xiàn)路交叉。

四、解决发热问题

電(diàn)路板发热会导致電(diàn)路性能(néng)下降甚至電(diàn)路板损坏，如果不考虑散热问题，这个问题会影响電(diàn)路板工作。以下是解决发热问题指导方针:

1、辨识组件

第一步是开始考虑哪些组件将在你的板上消耗最多(duō)的热量。通过组件的数据表，找到“热阻”等级，然后按照推荐来转移热量。例如：散热器和冷却风扇。同时让关键的组件遠(yuǎn)离高热源。

如果有(yǒu)多(duō)个组件产生大量热量，将这些组件分(fēn)布在整个板上，而不是将它们聚集在一个位置。这样可(kě)以防止热斑在板上形成。在设计路由策略时，必须小(xiǎo)心地平衡这些组件的位置和走線(xiàn)長(cháng)短问题，这是考验你的技术。

2、添加散热片

添加散热片是電(diàn)路板散热常用(yòng)手段。建议在通孔组件上使用(yòng)散热片，通过减缓通过组件板的热下沉速度，使焊接过程尽可(kě)能(néng)容易。

      一些设计师会告诉你使用(yòng)热浮雕图案的任何通孔或洞连接到地面或动力平面。这并不总是好的建议。電(diàn)源/GND 出现在IC周边，具有(yǒu)很(hěn)快的开关速度，会产生大量的热量，将热量从電(diàn)路中转移开，有(yǒu)助于调节IC的温度。

      地平面可(kě)以作為(wèi)一个大散热器，然后输送热量均匀的整个板。因此，如果一个特定的通孔连接到一个地面，省略该通孔上的热释放垫将允许热量传导到地面。这比保持热量被困在GND表更可(kě)取。然而，这可(kě)能(néng)会产生一个问题，如果你的板是使用(yòng)波峰焊组装，因為(wèi)你需要保持热量收集近表面。

除了热浮雕，也可(kě)以在痕迹连接处添加泪滴，以提供额外的铜箔/金属支撑。这将有(yǒu)助于减少机械应力和热应力。

五、根据PCB设计规则检查布局

      在设计项目快要结束的时候，你很(hěn)容易因為(wèi)要把剩下的部件拼在一起进行生产而不知所措。在这个阶段，反复检查你的工作中的任何错误都可(kě)能(néng)意味着制造的成功或失败。

為(wèi)了帮助这个质量控制过程，总是建议从你的電(diàn)气规则检查(ERC)和设计规则检查(DRC)开始，以验证你已经满足了所有(yǒu)已建立的约束条件。使用(yòng)这两个规则，可(kě)以轻松地為(wèi)特定的工程定义间隙宽度、走線(xiàn)宽度、通用(yòng)制造要求、高速電(diàn)气要求和其他(tā)物(wù)理(lǐ)要求。以自动化PCB布局审查，验证布局。

注意，许多(duō)设计流程都声明你应该在设计阶段结束时运行设计规则检查，同时准备进行生产。如果你使用(yòng)了正确的设计软件，你可(kě)以在整个设计过程中运行检查，这允许你尽早识别设计潜在的问题并快速地纠正它们。

当你最终的ERC和DRC产生了没有(yǒu)错误的结果时，建议检查每个信号的走線(xiàn)，并确认你没有(yǒu)错过任何东西，一次通过原理(lǐ)图中的一根線(xiàn)。当然，确保PCB布局符合原理(lǐ)图与设计工具的探测。

    总结：这 5个PCB设计准则，每个PCB设计师都需要知道。通过遵循这一小(xiǎo)部分(fēn)的建议，很(hěn)快就可(kě)以设计出一款功能(néng)强大、可(kě)制造的電(diàn)路板，并生产出真正高质量的印刷電(diàn)路板。良好的PCB设计实践是成功的关键。这些PCB设准则只触及了表面，但它们為(wèi)在所有(yǒu)设计实践中建立和巩固持续改进的实践奠定了基础。