電路板是如何設(shè)計出來?什么樣的電路板設(shè)計很厲害?
- 發(fā)表時間:2021-06-23 15:45:34
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本文《電路板是如何設(shè)計出來?什么樣的電路板設(shè)計很厲害?》是深圳市潤澤五洲電子科技有限公司PCBA作者編輯,深圳市潤澤五洲電子科技有限公司是一家專注PCBA設(shè)計制造的民族企業(yè),服務(wù)于國內(nèi)外眾多新能源,汽車電子、安防電子、智能玩具、智能家居、小家電等各行業(yè)客戶,是一家集方案設(shè)計、電子元器件代采、SMT貼片加工及測試組裝的一站式制造服務(wù)商。
我們先簡單的描述一下電路板是如何設(shè)計出來的
1、首先是選型,選型的意思就是選擇我們電路板電路里面所用到的電子元器件。
電子元器件分為很多種,常見的有電阻、電容、IC等,都有各種耐壓各種封裝的電子元器件,做電路板設(shè)計首先需要選擇我們應(yīng)該在板子上放什么樣的元電子器件,是插件的還是貼片的電子元件等等。
2、選好每個電子元器件的型號之后就可以進(jìn)行電路原理圖的設(shè)計了。
原理圖設(shè)計需要用到一些常用的原理圖設(shè)計軟件,比如orCAD。其實每個原理圖設(shè)計軟件都是大同小異,步驟方法都是差不多的。下面帶你了解原理圖的設(shè)計的簡單步驟。
(1)打開orCAD設(shè)計軟件,單擊【File】,選擇【New】,選擇【Project】,新建一個項目工程文件,如圖所示一個新的工程文件創(chuàng)建成功了。

(2)原理圖庫里面沒有的元件封裝先創(chuàng)建一個原理圖庫,方法是單擊【File】,選擇【New】,選擇【Library】,然后根據(jù)電子元器件的數(shù)據(jù)手冊放置對應(yīng)的引腳即可。

(3)從軟件自帶的元器件庫里面調(diào)用封裝庫,在原理圖繪圖區(qū)域合適的位置擺放元件符號,單擊【Place】,然后單【Part】即可放置元器件,如圖所示。

(4)將各個元件用導(dǎo)線連接起來,使得每個元器件之間形成一個個的電路回路,如圖所示。

USB轉(zhuǎn)TTL
最后給每個元器件添加上封裝信息就可以完成原理圖的設(shè)計過程了,設(shè)計好了原理圖之后就生產(chǎn)一個.asc的網(wǎng)表文件,原理圖的設(shè)計就是為了得到這個網(wǎng)表文件,而這個網(wǎng)表文件是PCB各個元件連接的橋梁,至關(guān)重要,關(guān)乎設(shè)計的成敗。
3、PCB設(shè)計(PrintedCircuitBoard,也就是印制電路板的意思),最后進(jìn)行PCB設(shè)計就可以完成整個電路板的設(shè)計過程了。
PCB設(shè)計可以大致分為五個步驟:元器件封裝庫設(shè)計、元件布局、布線、優(yōu)化、DRC檢查。下面就是一個設(shè)計好的簡單的PCB文件,通過這個設(shè)計好的文件相關(guān)的資料發(fā)送到板廠就可以幫我們做出來這個電路板了。
單板PCB
需要PCB外發(fā)做回來的電路板是空的,也就是沒有貼電子元器件的,這個時候就需要我們自己或者讓工廠將電子元器件焊接到空的電路板上就可以完成電路板的制作了。
接下來看下如何布線電路板設(shè)計算是很厲害的
1、如果設(shè)計的電路系統(tǒng)中包含F(xiàn)PGA器件,則在繪制原理圖前必需使用Quartus II軟件對管腳分配進(jìn)行驗證。(FPGA中某些特殊的管腳是不能用作普通IO的)
2、4層板從上到下依次為:信號平面層、地、電源、信號平面層;6層板從上到下依次為:信號平面層、地、信號內(nèi)電層、信號內(nèi)電層、電源、信號平面層。6層以上板(優(yōu)點是:防干擾輻射),優(yōu)先選擇內(nèi)電層走線,走不開選擇平面層,禁止從地或電源層走線(原因:會分割電源層,產(chǎn)生寄生效應(yīng))。
3、多電源系統(tǒng)的布線:如FPGA+DSP系統(tǒng)做6層板,一般至少會有3.3V+1.2V+1.8V+5V。
3.3V一般是主電源,直接鋪電源層,通過過孔很容易布通全局電源網(wǎng)絡(luò)。
5V一般可能是電源輸入,只需要在一小塊區(qū)域內(nèi)鋪銅。且盡量粗(你問我該多粗——能多粗就多粗,越粗越好)

1.2V和1.8V是內(nèi)核電源(如果直接采用線連的方式會在面臨BGA器件時遇到很大困難),布局時盡量將1.2V與1.8V分開,并讓1.2V或1.8V內(nèi)相連的元件布局在緊湊的區(qū)域,使用銅皮的方式連接,如下圖:

總之,因為電源網(wǎng)絡(luò)遍布整個PCB,如果采用走線的方式會很復(fù)雜而且會繞很遠(yuǎn),使用鋪銅皮的方法是一種很好的選擇!
4、鄰層之間走線采用交叉方式:既可減少并行導(dǎo)線之間的電磁干擾(高中學(xué)的哦),又方便走線(參考資料1)。如下圖為某PCB中相鄰兩層的走線,大致是一橫一豎。

5、模擬數(shù)字要隔離,怎么個隔離法?布局時將用于模擬信號的器件與數(shù)字信號的器件分開,然后從ad芯片中間一刀切!

模擬信號鋪模擬地,模擬地/模擬電源與數(shù)字電源通過電感/磁珠單點連接。

6、基于PCB設(shè)計軟件的PCB設(shè)計也可看做是一種軟件開發(fā)過程,軟件工程最注重“迭代開發(fā)”的思想,我覺得PCB設(shè)計中也可以引入該思想,減少PCB錯誤的概率。
(1) 原理圖檢查,尤其注意器件的電源和地(電源和地是系統(tǒng)的血脈,不能有絲毫疏忽)
(2) PCB封裝繪制(確認(rèn)原理圖中的管腳是否有誤)
(3) PCB封裝尺寸逐一確認(rèn)后,添加驗證標(biāo)簽,添加到本次設(shè)計封裝庫
(4) 導(dǎo)入網(wǎng)表,邊布局邊調(diào)整原理圖中信號順序(布局后不能再使用OrCAD的元件自動編號功能)
(5) 手工布線(邊布邊檢查電源地網(wǎng)絡(luò),前面說過:電源網(wǎng)絡(luò)使用鋪銅方式,所以少用走線)
總之,PCB設(shè)計中的指導(dǎo)思想就是邊繪制封裝布局布線邊反饋修正原理圖(從信號連接的正確性、信號走線的方便性考慮)。
7、晶振離芯片盡量近,且晶振下盡量不走線,鋪地網(wǎng)絡(luò)銅皮。多處使用的時鐘使用樹形時鐘樹方式布線。
8、連接器上信號的排布對布線的難易程度影響較大,因此要邊布線邊調(diào)整原理圖上的信號(但千萬不能重新對元器件編號)
9、多板接插件的設(shè)計:
(1) 使用排線連接:上下接口一致
(2) 直插座:上下接口鏡像對稱,如下圖

10、模塊連接信號的設(shè)計:
(1) 若2個模塊放置在PCB同一面,如下:管教序號大接小小接大(鏡像連接信號)

(2) 若2個模塊放在PCB不同面,則管教序號小接小大接大
這樣做能放置信號像上面的右圖一樣交叉。當(dāng)然,上面的方法不是定則,我總是說,凡事隨需而變(這個只能自己領(lǐng)悟),只不過在很多情況下按這種方式設(shè)計很管用罷了。
11、電源地回路的設(shè)計:

上圖的電源地回路面積大,容易受電磁干擾

上圖通過改良——電源與地線靠近走線,減小了回路面積,降低了電磁干擾(679/12.8,約54倍)。因此,電源與地盡量應(yīng)該靠近走線!而信號線之間則應(yīng)該盡量避免并行走線,降低信號之間的互感效應(yīng)。
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