印刷电路板布图设计

印刷电路板布图设计（精选6篇）

印刷电路板布图设计 篇1

PCB (Print Circuit Board) , 印刷电路路, 是电子产品中主要载体, 主要组成部分, PCB质量的好坏, 直接影响电子产品的工作性能和质量。

不同的电子产品, 对PCB设计的要求也不尽相同;不同公司的电子产品, 对PCB设计的规范也不尽相同。但在电子产品中, 电路的基本原理是有规律可循的, 电路中信号的传输也是一样的, PCB设计中对信号的处理的关键点也是普遍相同的。

1 PCB器件封装的设计

1) 常规器件的封装设计

常见的PCB标准封装按焊接方式分, 有SMD (surface mounted devices) 表面贴装器件) , PTH (plated though hole, 通孔焊接) ;常见的SMD器件封装形式有chip, BGA, DFN, LCC, QFN, SOP, SOT等;常见的PTH器件有DIP, PGA等。

这些常见的封装的焊盘设计可以参照IPC-SM-782A (元件封装设计标准) 来设计。

2) 非常规器件的封转设计

电子产品中除了常规器件外, 也有很多非常规器件, 主要是指为了实现特殊产品的特殊设计。这类产品中, 厂商会提供对应器件的规格书, 一般规格书中会提供该器件的封装尺寸及推荐的焊盘尺寸, 可以按照此设计。

也可以按照SMT技术规范常规要求设计。

2 PCB器件布局设计

2.1 印制线路板上的元器件放置的通常顺序:

(1) 导入PCB板装配示意图后, 与产品结构设计相关的器件优先放置, 如, 各种接口, 开关, 连接器, 天线馈点, 指示灯, 显示屏等器件, 放置后锁定器件, 防止误操作带来设计失误;

(2) 按电路功能模块放置各部分的器件, 要顾及该器件相关布局, 布线方面设计的考虑.

(3) 依据各模块占电路板的面积, 要考虑PCB布局, 布线的密度和所需空间, 优先放置占面积比较大的部分。

(4) 综合考虑PCB板上器件的散热, 磁场等外部环境, 合理分布各电路。

2.2 器件与器件, 与板边, 定位孔等符合PCB工厂, 产品装配和SMT产线的设计要求。

2.3 PCB电磁兼容方面的考虑

(1) 应充分遵守沿信号流向直线放置的设计原则, 尽量避免来回环绕。

(2) 多种模块电路在同一PCB上放置时, 数字电路与模拟电路、高速与低速电路应分开布局。

(3) 存在较大电流变化的单元电路或器件 (如电源模块的输入输出端、风扇及继电器) 附近应放置储能和高频滤波电容。

(4) 线路板电源输入口的滤波电路应应靠近接口放置。

(5) 在PCB板上, 接口电路的滤波、防护以及隔离器件应该靠近接口放置。如果接口处既有滤波又有防护电路, 应该遵从先防护后滤波的原则。

(6) 布局时要保证滤波电路 (滤波器) 、隔离以及防护电路的输入输出线不要相互耦合。单板上如果设计了接口“干净地”, 则滤波、隔离器件应放置在“干净地”和工作地之间的隔离带上。“干净地”上, 除了滤波和防护器件之外, 不能放置任何其他器件。

(7) 晶体、晶振、继电器、开关电源等强辐射器件远离单板接口连接器.敏感电路或器件 (如复位电路、WATCHDOG电路等) 远离单板各边缘特别是单板接口侧边缘.为IC滤波的各滤波电容应尽可能靠近芯片的供电管脚放置。

(8) 对于始端串联匹配电阻, 应靠近其信号输出端放置。

3 PCB布线设计

3.1 PCB分层设计

(1) 有高速数字信号 (一般时钟频率超过5MHz, 或信号上升时间小于5ns) 时, 一般需要考虑多层板设计。

(2) 多层板最好用独立的“地”, “电”层。关键信号 (如时钟CLK、BUS总线、射频IQ信号、复位片选信号、片选信号线, 模拟音频以及各种控制信号线) 应与完整地平面相邻, 最好再两地平面之间。

(3) 对于单层板, 关键信号线两侧应该布“Guide Ground Line”。对于双层板来说, 要求关键信号线地投影平面上有大面积铺地, 或者同单层板地处理办法, 设计“Guide Ground Line”。

(4) 多层板中, 电源平面应相对于其相邻地平面内缩 (建议值5H~20H) 。多层板中, 单板主工作电源平面 (使用最广泛的电源平面) 应与其地平面紧邻。

3.2 常规布线线设计

(1) 走线长度尽可能的短, 在高频阻抗信号更应如此, 走线的拐弯应成圆角, 直角或尖角在高频电路和布线密度高的情况下会影响阻抗性能;相邻两层走线应宜相互垂直、斜交, 避免相互平行, 以减小寄生耦合;作为电路的输入及输出信号走线应尽量避免相邻平行, 减小回路面积。

(2) 导线宽度:导线宽度应以既要满足电气性能要求而, 大的电源线须满足所承受的电流最大。另外, 还须满足电路板厂的加工工艺。

(3) 导线间距:相邻导线间距必须能满足电气安全要求, 避免信号间相互串扰, 关键信号间最好用地线屏蔽。且为了便于加工生产, 间距也应尽量宽些, 以降低不良率, 降低生产成本。

3.3 关键信号走线设计

(1) 电源地线的处理, 即使在整个PCB板中的布线完成得都很好, 但由于电源、地线的考虑不周到, 而引起的干扰, 会使产品的性能下降, 有时甚至影响到产品的成功率。

现只对降低抑制噪音作以表述:

1) 众所周知的是在电源pin间加上去耦电容

2) 尽量加宽电源地线宽度最好是地线比电源线宽, 它们的关系是地线>电源线>信号线。

3) 用大面积铜箔作地线用, 在印制板上把没被用上的地方都与地相连接作为地线用, 或是做成多层板电源、地各占用一层。

(2) 数字电路与模拟电路的共地处理:现在有许多PCB不再是单一功能电路数字或模拟电路, 而是由数字电路和模拟电路混合构成的。因此在布线时就需要考虑它们之间互相干扰问题, 特别是地线上的噪音干扰。一般需要将数字地和模拟地分开设计, 在PCB布局时, 也要考虑将数字电路和模拟电路隔离开来。最安全的做法, 是将模拟电路部分用屏蔽罩来屏蔽干扰。在PCB某点最终处理数模共地的问题。

(3) 在电地层上布信号线:板子密度较高是, 没有足够的空间走线时, 要是再增加层数会给增加工作量且生产成本也会提高许多。所以, 就需要考虑在地电层上走部分线.首先应考虑用电源层其次才是地层, 最好是保留地层的完整性。走的电源层的线可以是一些逻辑数字控制信号, 如使能信号, 开关, 上拉, 下拉等。

(4) 多点焊脚同网络的连接处理:在器件相邻多点接地和电源中, 多用铺大块铜皮的方式来实现多点完全连接。就电性能来讲, 元件的管脚与对应铜皮完全连接为好。但对PCB加工和器件焊接就存在一些不良隐患, PCB加工时易出现同一器件的焊点大小不一, 既不美观也不易上锡焊接;且焊接时, 由于大面积铜皮散热较快易造成虚焊。为了兼顾电气性能与生产需要, 可以做成十字花焊盘也称热隔离 (heat shield) 俗称热焊盘 (Thermal pad) , 可以大大降低生产不良率, 降低生产成本。

4 PCB设计验证

设计验证, 也称DRC (design rule check) 。布线设计完成后需认真检查导线线宽, 间距, 特殊信号的间隔, 长度等的规则检查, 是否符合设计者所制定的规则, EDA软件都待电气的连通性和间距检查。

5 PCB可制造行检查

可制造性也称D F M (d e s i g n f o r manufacture) , 主要检查生产工艺的需求:

1) 线、焊盘、过孔、铜皮、机械外形的距离是否合理是否满足加工要求。

2) 阻焊层的露铜是否会造成信号短路, 丝印字符是否覆盖焊盘影响焊接质量。

3) 器件间隔, 连板工艺边、钢网设计是否符合生产工艺的要求。

6 小结

PCB设计的质量好坏直接影响电子产品的性能和质量, 涉及电子电路的性能和生产加工的方方面面, 唯有设计出能满足电子产品性能需求也能适合生产加工, 更低成本的PCB, 才能实现产品的最大利润化, 才能有更广阔的市场。

摘要：从印刷电路板设计PCB设计流程各方面总结了PCB设计的主要注意事项及关键点

关键词：PCB,封装,布局,布线,DRC,DFM

印刷电路板布图设计 篇2

电子设计工具平台Electronics W orkbench主要包括M ultisim和U ltiboard两个基本工具模块。U ltiboard是用于PC B设计的后端工具模块，它可以直接接收来自M ultisim模块输出的前端设计信息，并按照确定的设计规则进行PC B的自动化设计。为了达到良好的PC B自动布线效果，通常还在系统中附带一个称为U ltiroute的自动布线模块，并采用基于网络的“拆线-重试”布线算法进行自动布线。U ltiboard10最多可制作64层电路，其设计结果可以生成光绘机需要的G erber格式版图设计文件。

与其它同类的Layout设计工具相比较，U ltiboard最具特色的两个功能是：

(1) 强制向量和密度直方图功能将有助于用户使自己的PC B设计尽可能达到较完美的布局效果。

(2) 模拟的三维印制电路板视图可以观察电路板设计的效果，从而保证设计者对所设计的电路板有个直观的认识，有助于使自己的PC B设计尽可能达到比较完美的布局、布线效果。

二、印制电路板设计

1. 步骤

使用EDA工具设计电路板的过程常常就是从顶层方案设计入手，经过输入电路、模拟仿真等前端设计阶段，最终到物理实现级(如PC B设计)设计结果的过程。通过实例归纳步骤如下：

(1) 电路文件导入(网表输入)及框架设计。设计印制电路板之前，用户要对电路板有一个初步的规划，采用几层电路板，各元器件采用何种封装形式及其安装位置等。

(2) 参数设置。主要设置元器件的布置参数、板层参数、布线参数等。

(3) 元器件布局。元件布局合理，对下一步自动布线至关重要。

(4) 自动布线及手工调整。

(5) 印刷电路板设计检查、修改。

(6) 文件的保存、输出。

2. 注意事项

在元器件的布局方面，应该把相互有关的元件尽量放得近一些，电源线的布置除了要根据电流的大小尽量加粗走线宽度外，在布线时还应使电源线、地线的走线方向与数据线的走线方身一致。尽量加宽电源、地线宽度，最好是地线比电源线宽，它们的关系是：地线>电源线>信号线，U ltiboard提供了自动布局, 但对大多数的设计来说, 效果并不理想, 不推荐使用.布线方面首要原则是保证布线的布通率，移动器件时注意飞线的连接，把有连线关系的器件放在一起;数字器件和模拟器件要分开，尽量远离;去耦电容尽量靠近器件的电源;放置器件时要考虑以后的焊接，不要太密集。

三、P C B板图设计应用实例

1. Multisim10文件导入（网表输入）

利用U ltiboard10设计PC B时，并不是孤立地使用U ltiboard模块，一个完整的PC B设计过程需要在前端设计上有M ultisim的支持，它完成电路的输入以及仿真验证，然后再导入U ltiboard进行PC B设计。图1是在M ultisim 10中建立的三位数字秒表电路图。注意电路中不能出现虚拟器件 (示波器、电源等除外) 。

导入文件前在M ultisim 10中设制电路板层数：点击“O ptions”菜单项，在弹出的下拉菜单中点击“SheetProperties”对话框，选择“PC B”如图2所示在N um berofC opperLayers中选择2(最多可选64层)。

选择工具菜单栏的“Transfer”项，在弹出的下拉菜单中点击“Transferto U ltiboard”，弹出文件保存对话框，选择好路径后点保存，同时自动进入U ltiboard界面。

2. PCB板文件参数设置

打开U ltiboard后自动弹出“缺省走线宽度和间距”对话框，如图3所示。图3对话框中“W idth”(走线宽度)缺省值为10m il, U nits(单位)可设置为um、m m等，同时可调整C learances(间距)。调整完毕点击“O K”，出现“输入网络表选择添加”(Im port N etlistA ction Selection)对话框，点击“O K”，在工作区的黄色区域外出现图4所示带飞线的电路元件图。将全部元件移入板上合适位置，图中出现一端带小圈有方向的棕色线条，称为强制向量。

3. 印制电路板布局

在PC B轮廓线内放置元件封装时的元件相对空间位置，包括哪些元件应该彼此相邻、哪些元件应该放置得相对远一些，元件与元件之间的距离保持多大等等，都属于印刷板的布局问题。布局是否达到最佳状态，直接关系到印刷板整体电磁兼容性能和造价，最佳布局会使接下来的布局线更为容易和有效。

(1)强制向量 (Force Vectors) 。它可以保证布局时将属于同一电气连接网络的元件尽可能靠近，从而保证板上各元件引脚间连接线最短化的要求，强制向量起始于元件封装的中心，结束于建议该元件封装所就移到的最佳位置。相当于使元件的各条飞线最短化，以达到最佳布局效果。

(2)密度直方图 (D ensity B ar) 。是用来表示印刷板在X、Y轴两个方向剖面上，布线的连接密度。如果板上布线密度十分不均匀，密度过高的地方的走线布通就很困难，而密度过低又会浪费板面积，所以布局时最好使整个板面保持相对均匀的连接密度，点击“View/D endity bar”这时印制电路板周围就出现彩带。

当然强制向量与密度图的同时最佳化存在矛盾，因此在布局时要谐调选择，移动调整元件，使其达到一定的要求。移动并调整元件的位置和方向至电路板布局如图5所示。

4. 电路板的布线、调整

(1)进行自动布线。在布局完成之后，可以先布一些特殊的线，如电源线、地线等，可以在PC B板角上作定位孔等。也可以布线完成以后进行这些工作。如图6所示：点击工具栏中电路层选择框，选择C opperTop (顶层) ，点击工具栏中快捷键或点击菜单栏中的A utoroute子菜单，在弹出的下拉菜单中选择项，对电路板顶层进行自动布线，这时观察U ltiboard10工作区，可以看到有一部分线无法走线，如图7所示。这是因为电路板上某一部分走线密度过大，此外还有一部分线因为交叉也不能走通，此时先停止自动布线。在A utoroute子菜单中选择项 (此项在未自动布线时是灰色的，无法运行) 停止自动布线。

(2)手工调整。点击工具栏中电路层选择框，选择C opperB ottom (底层) 进行手动布线，在菜单栏中打开Place子菜单，选中Line或在工具中点击快捷键。然后在工作区用鼠标选中需布线的起点，拖动光标画线，再点击鼠标左键确定画线，可继续画线、转折等，点击鼠标右键在弹出的菜单中选择或按键盘上的“Esc”结束该次布线任务。选中导线，选择Edit/可删除导线。

此外可对布线进行位置的调整。用鼠标选中需调整的线，然后可以拖动移至想要放置的位置。选想要加宽的线(电源线和地线)双击鼠标左键出现如图8所示对话框，点击G eneral在W idth一栏中数值改为30，然后点击“O K”，则加宽了电源线和地线。若点击工具栏中的快捷键，可以改变线所在的层，同时线的颜色也会发生改变。通过自动布线加手动布线及调整使电路布线达到预期效果。

(3)放置安装孔及三维视图设计。最后放置安装孔。选择Place/From D atabase，打开G eta part from the D atabase对话框。在D atabase面板中，展开Through H ole Technology Parts目录，进入H oles目录，选中H ole35元件，单击O K。G eta partfrom the database对话框消失，并提示输入R efdes和Value。输入孔的参考标号(H 1)和值(H O LE)，单击O K。在电路板上移动光标，元件随附在光标上。当孔位于左上角的适当位置时，单击将其放置在电路板上。再次出现EnterR eference D esignation forC om ponent对话框，而且参考标号自动增加为H 2、H 3等等，用同样的方法放置其它几个安装孔。这样就完成了电路板的制作。电路印刷板布线图如图9所示。在整个过程中我们可以随时打开3D窗口，对电路板设计效果进行观察，从而保证对所设计的电路板有个直观的认识，对电路中元件布局及时进行调整。使PC B设计尽可能达到比较完美的布局、布线效果。图10和图11分别为PC B板顶层和底层3D图。

5. 印刷电路板的设计检查、修改

选择“D esign”菜单下的进行检查。对布线后的印制板进行设计检查主要有两种途径, 一是连接关系检查, 二是设计规则检查。进行结果记录于信息栏的R esults中, 如图12所示。一般而言, 连接关系检查容易通过, 问题主要反映在避让距离违规上, 实际制作时一要看设计规则是否合理, 二要看根据错误报告中的出错坐标或违规标记, 手工进行修改, 不断修改并不断运行两种检查。

6. 文件保存、输出

完成必要的设计整理工作后，利用菜单“File”下的输出不同格式和用途的设计文件，如图13所示，这些文件最好作为一个设计项目统一保存在一个文件夹内。

四、结语

印刷电路板布图设计 篇3

Protel系列软件是当前国内应用最为广泛的EDA设计工具之一, Altium Ddesigner Winter 09 是Altium公司推出的该系列软件的较新版本。该软件功能强大, 界面友好, 已经被越来越多的电子设计人员采用。怎样学习使用该软件在较短的时间内设计出电路板, 并将设计的图纸转变成最终的实物电路板, 是许多开始接触该软件的设计人员面临的问题。笔者根据近两年的实践教学, 结合学生学习过程中经常遇到的问题, 总结出一些较为实用的经验。

下面对整个印刷电路板的设计流程加以论述, 介绍在每个环节中出现的常见问题和解决方法。

1 建立项目文件

打开软件, 新建项目文件 (**.PrjPCB) 。本文后面提到的其他各类文件, 包括原理图文件 (*.SchDoc) 、PCB (*.PcbDoc) 文件、库文件 (*.SchLib, *.PcbLib) 等都应该建立在该项目文件中。这样做一方面是为了更科学、方便地管理文件;另一方面, 如果没有建立项目文件, 线路原理图 (SCH) 文件和印刷电路板 (PCB) 文件处于Free Documents中, 会导致某些菜单中的部分菜单项呈现灰色, 根本无法使用。

2 建立原理图文件

(1)

向已建立的项目文件中添加SCH文件 (*.SchDoc) , 并根据实际需要设置图纸的属性, 如图纸的尺寸大小, 颜色等等。

(2) 放置元器件。

将需要线路中用到的元器件从元器件库中调出, 放置到图纸中, 注意元器件一定要有编号, 即图纸中每个元器件属性中的Designator项都不能为空, 且必须唯一, 否则在此基础上建立的PCB文件中将会缺少这些元器件。

因为该软件的库文件众多, 而每个库文件中又有大量的库元件, 所以, 对于初学者, 不熟悉要使用的元器件到底位于哪个库文件中。如果一个个的库文件查看下来的话, 浪费时间。因此, 可以利用搜索的方法, 打开“libraries…”面板, 点击“search…”按钮, 在弹出的“Libraries Search” 对话框中点击“advanced”按钮, 输入该元器件在库中的名字或描述, 则会很快找到该元件, 这样可大大提高设计效率。

如果某元器件在现有的库文件里找不到, 要从两个方面来考虑:①可能没有安装上该元器件所在的库, 安装上即可;②如果安装了所有的元件库, 仍然找不到该元件, 就说明库文件中没有所需的元器件, 那么就要自己新建立元件库, 并在该库文件中绘制库元器件。绘制完成后, 就可以从自建库中调出该元器件到SCH图纸了。

(3) 连线。

接下来, 要把各元器件连接起来。虽然这个操作很简单, 但很多初学者在此经常犯连线过长的错误, 使得元器件之间看似相连, 却没有真正连接。比如, 要将R1的1脚与R2的2脚连接。正确的做法是, 点击工具栏中的“place wire”工具, 将鼠标放在R1的引脚1上, 鼠标呈“+”字形, 按下鼠标左键, 拖动鼠标到目标元件R2的引脚2上, 此时鼠标再次呈现“+”字型, 释放鼠标后, 该段连线方连接完成。

另外, 有几点需要注意:①在原理图的绘制过程中, 可以通过使用网络标号简化线路图;②连线时, 对“T”字形, 系统会自动产生结点, 但对于线的“十”字交叉, 不会自动产生结点, 如果需要, 则可放置人工结点;③对库中无法找到的元器件, 需手工绘制。在项目中建立库文件 (*.SchLib) , 利用绘制工具组中的各工具进行绘制, 绘制时保证元器件位于图纸的中心位置, 元件引脚有电气特性的那一端的方向一定要朝向外部。随后就可以在SCH图中使用自己已经绘制好的库元件。

(4) 对原理图中的各元器件指定合适的封装。

对线路原理图中的每个元件都要指定正确的封装, 如果封装设置有误, 做出来的电路板就不能正常工作。对于某些要使用同一个封装的同类元件, 可以快速、统一地设置它们的封装。比如, 要将原理图中的所有CAP的封装设置为“RAD-0.1”, 可以单击某一个CAP, 在弹出的的快捷菜单中, “Find Similar Objects…” (查找相似对象) , 将“Symbol Reference”项设置为“Same”, 同时对话框中的“Select Matching”复选框选中, 点击“Apply”, 则所有的CAP将被选中, 呈高亮显示。再点击“OK”按钮后, 在“SCH Inspector”对话框中, 将“Objects Specific”中的“Current Footprint”内容设置为“RAD-0.1”, 即可实现对原理图中的所有CAP的封装统一设置为“RAD-0.1”。

设置好封装之后, 利用“Footprint Manager” (Tools菜单栏中的封装管理器) 可以一目了然地查看原理图中所有元件的封装情况是否符合要求。

3 编译PCB项目

可先根据自己的需要对编译环境进行设置再执行编译。一定要牢记, 编译不可能发现所有的问题, 即使编译通过, 也不能保证原理图没有任何问题。比如, 由于设计人员的粗心大意连错线, 或指定的封装不合适等错误, 系统是不会发现的。

4 建立PCB文件

在项目中新建PCB文件后, 利用“Import Changes From **.PrjPCB”, 将元器件的封装及连接情况导入到PCB图纸中。学生在此过程中经常出现的问题是“Footprint Not Found **”, 即找不到某封装。原因如下:①没有安装该封装所在的封装库, 要在导入元器件之前安装上这些封装库文件;②原理图中的某元件的封装填写有误。

有些元器件的封装是现有的封装库里没有的, 这就需要我们手工绘制:①在项目中建立自己的封装库文件, 在该文件中绘制封装。绘制时除要考虑到元件实物的物理尺寸及引脚间的相对位置外, 还要保证封装的焊盘编号 (designator) 和元器件引脚的编号对应一致;②绘制好封装之后, 必须要设置其参考点, 否则, 导入到PCB图纸上的使用该封装的元器件就无法定位;③一定要对自建立的封装命名, 否则系统会默认这些封装名字为“PCBComponent_1”。初学者往往忽略对封装人为命名, 而依赖系统命名, 导致封装库中的多个封装的名字都是“PCBComponent_1”, 系统就不能在封装和使用该封装的元件之间建立正确的映射关系, 从而出现问题。

元器件成功导入后, 下一步工作是合理放置元器件。放置的原则要综合考虑以下因素:①信号的流向, 尽量做到同一模块的元件在一起;②各元件的大小、高低和发热情况, 插座等接插件最好靠近电路板边界;③提高系统的抗干扰性能等。

5 布线

(1) 确定电路板的大小。

在PCB图纸的“Keep-Out Layer” (禁止布线层) 绘制电路板的边界。

(2) 设置布线规则和约束条。

根据对电路板的实际要求来设置约束条件和布线规则。指定印刷导线的安全间距、各线宽及它们优先级的高低, 通常接地线最宽, 电源线线宽次之, 信号线宽度最小。此外还需设置布线层, 确定是底层、顶层还是双面走线。

(3) 手工或自动布线。

对简单的电路, 可以直接利用交互式布线工具“”, 在指定的层绘制印刷导线。对较复杂的电路, 初学者可以先让系统自动布线, 当系统布线成功后, 再手工修改和优化, 以提高布线质量。初学者通常过于依赖系统布线, 这是不可取的。

(4) 运行DRC检测。

布线完毕后, 再运行DRC检测, 如果存在规则冲突, 就要重新布线, 直到检测通过。必要时可添加跳线。

如图1所示, 由于12V线的存在, 在C10负极和网络标号“Netic3-2”之间无法直接连接印刷导线, 需要在两者之间添加跳线。添加跳线的步骤:①在图1中12V印刷导线两侧分别放置两个焊盘;②将这两个焊盘的网络标号设置为“Netic3-2”, 得到的PCB图如图2所示;③用印刷导线将新加的焊盘与目标元件的焊盘相连, 如图3所示;④在两焊盘之间, 在顶层丝印层连一条线, 如图4所示。电路板做好之后, 在此处焊接一段短路线即可。

6 在实验室内业余制作印刷电路板

按照图5中的工艺流程, 由PCB图纸最终得到一块PCB实物板, 在做好的印刷电路板上焊接元器件后, 通电

7 结束语

以上是笔者的一些实践教学经验, 使学生在3-4天时间内, 能够基本掌握使用Altium Designer Winter 09设计印刷电路板, 包括电路原理图, PCB图以及元件库和封装库的设计, 大大缩短了初学者学习该软件的时间。当然, 电路板的设计不是鼠标和键盘的简单操作, 不可能在短短几天内完全掌握该软件的全部功能和印刷电路板的设计精髓, 这需要长期不断地实践和探索。

参考文献

[1]闫胜利.AltiumDesigner实用宝典——原理图与PCB设计[M].北京:电子工业出版社, 2007.

[2]精英科技.电路板设计完全手册[M].北京:中国电力出版社, 2002.

[3]韩国栋, 赵月飞, 娄建安.Altium Designer Winter 09电路设计入门与提高[M].北京:化学工业出版社, 2010.

印刷电路板布图设计 篇4

关键词：电磁兼容,PCB,低发射,低敏感,信号完整性

0 引言

随着电子制造工艺的提高, 电子系统向着高速度、高密度、高集成度的方向发展, 小型化、便携化的消费类电子也得以迅速发展, 由此带来了许多电磁兼容 (EMC-Electromagnetic Compatibility) 、信号完整性 (SI-Signal Integrality) 的问题。相对于对体积要求不严格的电子产品, 便携式电子产品的印刷电路板布线更加紧凑, 器件密度更大, 形状更为不规则, 本文将此类PCB统称为紧凑型PCB。此类产品面临的EMC挑战日益突出, 低敏感和低发射已经成为民用和军用环境下电子设备设计的强制要求。针对印制电路板的电磁兼容和信号完整性研究在近年有较大发展, 已经形成许多理论和研究成果, 国内外也制定了许多标准[1]。要使电子产品尽快通过国家EMC测试标准投入生产使用, 必须在设计的开始阶段就使用EMC规则, 而不是仅仅注重产品功能的实现[2]。本文针对紧凑型PCB的设计, 在设计初期进行电磁兼容技术的应用, 给出了设计过程中的EMC优化建议, 并在一款微型防丢器的设计中得到应用。

1 紧凑型PCB设计中面临的EMC问题

电磁兼容指电子和电气系统、设备和装置在预订的电磁环境和设定的安全界限内在设计的性能水平工作时不会因为电磁干扰而引起不可接受的功能降级[3]。电磁兼容一般有干扰源、耦合通道和干扰受体三要素, 上述三要素之一不具备时电磁干扰便不会发生, 因此设计时的任务就是决定哪一个因素是最易被消除的。但一般彻底的消除电磁干扰中的三个要素之一是不可能的, 所以实际设计中通常综合考虑三要素, 在合理的成本控制下进行有效的电磁干扰抑制。

便携式设备大多体积较小但器件繁多, 内含多个紧凑型PCB。紧凑型PCB具有布局布线密度高, 多种电路形式共存, 面临电磁环境复杂等特点。许多消费类电子产品还具有模拟和数字电路共存, 多电源管理, 多种通信方式同在, PCB形状不规范等特点。这些特点都使电子产品中EMC的要求越来越高, 只有使用良好的EMC设计规范, 才能在较短的时间周期内设计出较高可靠性的产品。

2 紧凑型PCB设计中电磁兼容技术的应用

紧凑型PCB设计中广泛的使用大规模集成电路, 紧凑的结构使其在布局布线时面临更谨慎的选择。其产生的电磁兼容性问题主要有来自其他设备和自身的传导干扰、串音干扰、辐射干扰以及对其他设备产生的电磁干扰[4]。本部分从以上方面出发, 在布局布线、结构设计等方面对PCB设计过程中的EMC规则和优化方法进行介绍。

2.1 电源及接地设计

现代电子产品中通常存在模拟和数字电路共存的情况, 现代集成电路 (IC) 设计中也多采用了多电源管理的技术, 这使得PCB中存在着多组电源和地线, 同时紧凑型PCB面积有限使得布局布线的选择也有限, 如何有效地设计这些电源和地线是工程师面临的巨大挑战, 国际上通常认为当IC的供电电源端电压浮动大于其本身的20%时, IC将处在不再安全的区间内, 会发生功能失效或降级。

对于多个电源的设计, 我们一般将其分组, 将不同的电源划分到不同的区域, 尽量将使用相同电源的器件放置在一个区域内, 最后将总的电源组分为数字和模拟两大部分。两部分在PCB的不同区域放置。模拟和数字部分通过隔离器件进行隔离, 光耦是比较理想的隔离器件, 磁珠也是不错的选择。在每组的电源输入到PCB的入口都要加电容去耦, 在芯片的电源输入引脚也要加去耦电容。电源线和地线在面积允许的情况下宽度应该尽量宽, 且地线一般比电源线宽, 电源线比信号线宽。

对于地线的布置要特别注意, 良好的地线可以有效减少RF发射和提高系统的抗干扰能力。遵循的原则是使信号电流环路最小, 不良好的布线如梳状布线等会增大电流环路从而增加辐射和敏感性。地线应该靠近电源线从而减小环路, 对于重要的信号线也应该在附近提供地线以提供较小的电流环路。如果条件允许可以使用多层板单独设置电源层和地层, 电源层和地层之间的等效电容可有效耦合掉PCB上的高频干扰信号。

2.2 旁路和退耦

旁路和退耦就是将能量从一个电路转移到另外一个电路的功能, 在提高电能分配系统的供电性能时应用广泛。退耦指去除从高频器件进入电源分配网络的射频能量, 旁路指将来自器件或者线缆耦合的无用高频噪声移除到其他区域。我们一般使用电容器进行旁路和退耦, 正确的选取和放置电容器对于提高电路的抗干扰能力和降低电路的发射水平具有非常重要的作用。

电容的实际物理模型如图1所示, ESL是与引脚和长度有关的电感, ESR是引脚电阻, C是电容。其实际的阻抗可用式 (1) 表示。

式中, Z———阻抗, 单位为Ω;

Rs———等效串联电阻ESR, 单位为Ω;

f———频率, 单位为Hz;

L———等效串联电感ESL, 单位为H;

C———电容, 单位为F。

从公式中可以看出串联的L和C会在某个频率点谐振, 该频率点可通过计算得到。当频率高于谐振点时, 电容便呈现电感的特性, 因此在选择电容的时候应考虑电容的引脚电感和电阻是否在要求的频段范围内符合要求, 错误的使用电容器不但不会起到退耦和旁路作用, 反而会产生额外的干扰和发射问题。电容器有许多种类, 性能各异。表1给出一些常用电容器的简要描述。一般表贴式的电容自谐振频率比直插式的高, 因此在选择时应该优先考虑表贴式电容器。

通常为抑制电源和地线网络中存在的更宽频谱分布的噪声, 将多个退耦电容并联使用。有研究表明, 在高频段多个退耦电容的并联使用并不十分有效, 比起只使用一个大容量的电容器只改善了大约6 d B, 但仅有的6 d B也许可以将未通过EMC标准的产品升级为合格的产品。通常在50 MHz以下使用0.1 u F和0.001 u F电容并联, 在50 MHz以上需要0.01 u F和100 p F电容并联。

对于退耦电容位置的选取, 在对于数字逻辑器件的退耦上, 应将其放在数字逻辑器件供电引脚的附近且使对地回路最短。因为数字电路逻辑状态变化时瞬间需要的大电流会使电源网络产生冲击波动, 去耦电容可在本地就近对器件提供供电电荷泵。对于外界电源处的退耦, 为使外部电源的干扰不进入PCB, 应该在电源线入口并联大容量的电解电容和小容量的表贴电容, 此时应注意任何两个并联电容值应该有两个数量级的差别, 如果相差不到100倍, 两个并联电容会形成谐振储能电路。总之, 退耦电容的放置应该遵循其回路面积和等效电感最小化的原则。

2.3 布线的考量

在进行布线之前, 应该对其进行良好的电气约束以达到较好的EMC性能。对于布线长度, 当一条传输线的物理长度过长, 使前一个边沿触发返回前第二个边沿转化就已经注入到传输线上, 这时称此传输线为电气长的。在实际设计中应尽量避免这种现象。在使用FR-4材料, 传输速度为光速的60%, 允许的最大线长可通过式 (2) 计算。如果布线长度大于最大允许线长, 在传输线中就会存在信号反射 (振铃) , 这时需要对信号进行端接。端接一般需要增加额外的器件, 对于面积有限的紧凑型PCB, 应该尽量避免进行端接已达到缩小面积的目的。

式中, tr是边沿转换时间 (ns) ;tpd是传输延时 (ns) ;lmax是最大布线长度 (cm) 。

PCB的宽度应该在满足生产条件的前提下符合电气特性, 在紧凑型PCB的设计中可以使用微带线和带状线的特征阻抗计算公式进行宽度的计算。现在流行的PCB设计软件如Altium Designer和Cadence都有相应及计算工具进行计算并设置规则约束。

对于PCB的布线间距, 两条走线边到边的距离必须大于走线宽度的两倍, 即3W原则, 虽然紧凑型PCB的设计对面积要求苛刻, 应尽量减少线宽和布线间距, 但满足此原则可减少串扰带来的干扰问题。当然对于紧凑型PCB的设计, 为减小面积, 没有必要对所有的布线都使用3W原则, 在设计时应考虑线路的重要性, 对于强干扰的信号线, 如时钟、音频、视频、差分、复位等重要信号线, 应该强制使用3W原则, 对于其他低频不重要的走线, 为达到紧凑型目的, 可适当减小线间距。

对于对系统起重要作用或者对外界干扰较为敏感的线路, 如时钟、复位等线路, 有时可采取加保护线的方式进行EMC的强化。即在干扰线的两边加地线, 这样可有效的抑制RF发射和线间串扰, 这种保护常用于要求较高的场合, 在设计时应该综合考虑系统的面积做出有效的折中。

在面积有限的PCB设计中, 应该特别注意在布线开始就将不相容信号 (高频与低频, 大电流与小电流, 输入与输出, 高电压与低电压等) 尽量远离布置, 避免相互之间的干扰耦合。应该尽量避免长距离的平行布线, 信号线与电源线和地线不应该交叉布线, 相邻层间的信号线应垂直布设。

2.4 时钟电路的设计

时钟电路提供整个系统运行必备的时钟信号, 是系统最重要的部分之一, 也是系统最容易发生RF发射和对外界电磁环境最敏感的电路, 在PCB设计中需要重点考虑。

时钟电路应该布置在接近于地管脚 (芯片地) 的位置, 若存在晶振则必须直接安装在PCB上, 避免使用接插件, 接插件在传输线上会增加额外的电感, 此电感会引起额外的发射和耦合路径。时钟电路附近仅放置与时钟相关的电路, 其他电路应尽量远离此区域, 如果可能, 可在时钟区域加装屏蔽体进行屏蔽, 一种比较经济的方法就是在时钟电路周围使用地线包围。将振荡器金属外壳接地也可降低振荡器的发射。

任何无关的布线都不应该在振荡器输出管脚附近或者振荡器下方进行, 不使用时钟的元器件应远离时钟电路。时钟线应尽量短, 避免使用过孔, 尽量使用直线。另外, 端接的时钟线比不端接的可提供更好的EMC和信号完整性性能。

2.5 板件插接件的设计

随着便携设备复杂性的提高和对外观更强的要求, 很多系统已不能通过单板完成设计, 这时需要多个电路板之间的互连, 即使单板也需要电源线和部分外接信号线的连接。这时需要用到板件插接件, 互联应遵循一定的原则, 合理的互联可有效防止串音, 减小辐射, 保持特征阻抗的连续性。

在未考虑EMC因素情况下, 一般的互连线都使用多条平行线遵循方便使用的原则进行设计, 这些信号线甚至包括时钟线仅使用一个电源和地线。但实际上最佳性能下的连接线每一个信号都应有一个地回路, 在紧凑型PCB设计中应该考虑面积和信号的特性进行折衷的设计, 在有限消耗的前提下尽量提高性能。图2和图3为一种互连线结构及其改进前后的互连线。

3 结语

本文介绍了EMC规则在紧凑型PCB中的应用, 根据这些规则设计的PCB可有效提高其抗干扰能力, 降低对其他设备的辐射水平。在紧凑型PCB设计中因面积有限更易发生EMC问题, 因此应用EMC技术于一般消费类电子设计中是十分必要的。本设计已经应用到一款防丢器的设计中, 设计一次性成功且实际使用中较未使用EMC规则的产品抗干扰能力明显有优势。

参考文献

[1]蔡云枝.印制电路板的可靠性设计[J].电子产品可靠性与环境试验, 2003, (4) :19-23.

[2]王翌, 陈健.设计中的电磁兼容问题[J].安全与电磁兼容, 2003, (5) :34-35.

[3]Mark I.Montrose.电磁兼容的印制电路板设计[M].北京:机械工业出版社, 2008.

印刷电路板布图设计 篇5

1 红外热成像检测电路的原理

一般物体的红外辐射功率与物体表面热力学温度的4次方成正比,与物体表面的辐射率成正比。根据斯蒂芬-波尔兹曼定律,灰体辐射能量的计算公式为E=εσT,其式中ε为物体表面辐射率,σ为斯蒂芬-波尔兹曼常数,T为物体的绝对温度。由焦耳-楞次定律可知,当有电流流动时,电路中的耗能元器件将会产生一定的热量[1]。由以上两个定律可知,当热量与外界环境进行交换时,电路板中元器件将会具有一定的工作温度。

在硬件方面,一般的电路故障是电路以及元器件的故障,又可分为短路和开路以及接触不良故障。所谓的元器件故障主要是指一下三种情况:早期失效、相关事件导致的故障以及损耗报废。之所以元器件工作时的温度可以有效重复的反映他们的状态,是因为电路以及元器件的热特性和电流流动相关,电子电路的内部激励和电流流动有关,而且电流的流动会产生热量。热和元器件的大部分故障都有所联系,如果元器件不能正常工作的话,一般存在以下两种情况:当元器件过热时,因为元器件的过度发热可以导致故障,同时故障也会使元器件过度发热;当元器件不发热时,因为正常情况下元器件是会散发热量的,说明此时元器件存在故障导致无法发热,例如出现开路现象。

2 系统组成

红外热成像印刷电路板故障系统的检测如图1所示[2],

红外热成像检测技术与以往的检测有了很大的不同,它采用了各种加热技术来对被检测物进行控制,然后观测电路板表面的温度变化以及对产生的结果进行存储分析,从而得到被检测电路板的检测结果。在电路板正常工作时,激励源对待测电路板进行激励,将使待测电路板将产生一定的红外辐射。而当电路板异常工作时,将产生其他的红外辐射。红外热像仪对电路板元器件进行全面扫描,就会将电路板的图像信息和数据传送到计算机,利用计算机软件对被测电路板的异常与正常工作时所产生的差异进行分析。

红外热像仪是整个系统的核心,其性能直接关系到分析结果和故障检测的准确率,先进的红外热像仪可以更敏锐的捕捉到待测电路板产生的红外辐射,使计算机更精确的对故障部位进行判别,从而诊断出电路板的故障部位。

待测电路板在通电稳定后,各个元器件就会向外界环境发射热量,产生红外辐射,然后被红外热像仪吸收,传输到计算机中进行分析处理,最后以图像的方式显示出来。对故障进行定位的工作由主控计算机来进行完成,其中包括三个环节[3],热源辨识、特征提取以及热模式识别。红外热像仪采集到的热像图像信息很庞大,难以直接进行故障诊断,为此需要将该信息进行相关转换,即由像素空间转移到器件空间,将印刷电路板上的热像信息转换为电路板上的各元器件的温度估值序列。确定各个元件的温度信息的估计区域是实现这种转换的关键,即热源辨识。在进行特征提取之前,由于受周围环境、电路板元件间的热传递以及元件表面辐射率的影响,我们需要对采集到的信息做一些矫正工作,以减小对真实值的影响,从而进一步提炼相关信息,抽选出稳定、合理的特征参量,以作为热模式识别的依据。在特征空间中,电路板中的每一类故障在特征空间里都是以一定的规律分布,根据电路板热像对故障进行判断时,与正常时的电路热像进行比对,从而进行故障定位,找到温差最严重的元件,一般情况下,该元件就是故障部位。如果不是的话,则需要相关专业工作人员来进行判断故障。目前有很多的人工智能技术来对故障部位进行红外热像诊断。

3 关键技术的处理

红外摄像头只接收红外辐射通量,通常被测对象的表面辐射率以及粗糙度等表面状况以及绝对温度决定红外辐射通量的大小。同时借助于人工黑体也能够对被测元件的表面温度进行精准的测量。但是我们都知道温度场总是在一种不稳定的状态,瞬间温度测量是一项很困的工作,之所以这样是电路板上面的器件非常密集,元件之间具有很大的“热干扰”,随着不断的加电,电路板的总题温度不断上升,热平衡难以实现。根据实践,一般的环境温度是有空调来控制的,但是电路板空置时的局部环境温度和环境温度是存在差异的,所以最合适的特征值是“温差”,但并以环境温度为基准。

4 结束语

文中对印刷电路板故障检测的组成系统进行了介绍,并对在设计过程中所遇到的技术难题进行了相关分析。该检测系统对大尺寸的电路板进行热像拍摄,并与原来的标准库中的数据进行比对,比对系统将会对热量的变化进行比对,并自动生成相关的检测报告。该检测系统能够将元器件的的温度变化的故障准确的检测出来,为红外电路板故障检测技术的进一步发展奠定了基础。

印刷电路板布图设计 篇6

由于Altium Designer Winter 09具有功能强大、使用方便、界面友好等特点,能有效地提高电子产品设计的品质和效率,已经成为国内电子企业广泛采用的EDA软件之一。为了使课程设置与社会需求紧密结合,实现学生从学习到就业的无缝对接,从2010年起,我校电子实训课程采用Altium Designer Winter 09来取代了Protle 99 SE作为印刷电路板设计软件。本文根据笔者的实践教学和使用,针对电路板设计过程中的每一个环节,结合学生在学习该软件时常见问题,总结出来一些实用经验和使用技巧。

印刷电路板的设计主要包括线路原理图SCH和PCB图这两部分的设计工作,以下从这两个方面来论述在设计过程中的需要注意的事项、常见问题以及对应的处理方法。

2. 绘制原理图

绘制原理图是PCB设计的非常重要的前期准备工作,如果原理图有问题,就不可能得到正确的PCB图,在此基础上生产出来的电子产品就是废品。

2.1 绘制原理图注意事项和常见问题

(1)绘制原理图前一定要先加载库文件。Altium Designer提供了大量的库文件,每个库文件中都包含很多库元件,把这些库文件加载安装后,我们就可以充分利用其中的库元件来绘制原理图。

(2)原理图中的每个元器件的标号(Designator)必须唯一,且不能为空,同一张图中不能有多个元器件的标号相同。

(3)有些集成电路,由多个独立的功能模块组成,以4049为例,它是六非门集成电路,内部有六个反相器。对这些功能模块,其标号设置要完全相同。如果编号不同,在最后得到的PCB图上将会出现多个4049集成电路。另外,还要对集成电路内部功能模块的Part属性正确设置,分别为1/6,2/6…6/6,要根据实际需要以确定使用的是哪一个反相器。

(4)为了使原理图更简洁和易读,需对库元件进行编辑。在该库元件的属性窗口中,将其中的“Lock Pins”复选框设置为不勾选,如图2所示。解除元器件引脚的锁定后,就可以编辑元器件的各引脚了。在移动或修改元件的引脚时,一定要注意引脚的方向。

可放大视图,仔细观察引脚的两端来确定引脚的方向,其中一端有四个白点,该端具有电气特性,其方向应该朝外。另一方法是将鼠标放置在引脚上,按住鼠标左键,则鼠标会自动定位到有电气特性的那一端。如果引脚的方向朝内,则该元件的该引脚与其它元器件连线时就无法真正连接上。学生在编辑元件时经常会忽略引脚的方向而导致原理图出错。正确修改引脚后,再将“Lock Pins”选项勾选以锁定引脚,以免它们被误编辑。

(5)尽管系统提供了大量的库元件,但也不能完全满足软件使用者的所有需求,这时我们必须根据需要来绘制库元件。

在绘制库元件时,要注意三点:(1)保证元件覆盖在库元件编辑窗口的大“┼”的中心,否则,绘制好的库元件在原理图中将无法准确定位和移动;(2)元件上引脚的方向要朝向外部;(3)对绘制完毕的元件要进行属性设置,如元件在库中的名称、描述等等。

(6)连接原理图中的各元器件时,点击工具栏中的“Place Wire”按钮后,再将鼠标放置在要连线的元件引脚上,此时,鼠标的形状为“×”,才能开始连线。连线到目标元件的引脚上,鼠标再次呈现该形状时,连线才算结束。学生在连线时常会由于连线过长,而出现元件没有真正相连的错误,如图3所示。

(7)原理图中各元器件都连线完成后,还要设置原理图中的各元件封装属性。如果元件的默认封装符合我们元件实物的要求,可以不修改。但有些元件要采用我们自己绘制的封装,必须将其封装属性正确设置。

(8)原理图绘制完毕后,要对项目进行编译,即进行“ERC”检测。在这一步骤中,初学者要特别注意是否存在元器件没有标号,或者存在多个元器件的标号相同的情况,若有,则一定要改正。另外,若元器件的某些引脚不需要ERC检测,可将工具栏中的“NO ERC”标志放置在这些引脚上。

2.2 绘制原理图常用的工具和技巧

Altium Designer除保留了Protel系列软件的一些快捷键外,还提供了一些可视化的工具以提高设计效率。

(1)个性化菜单

在界面的右下角,增加了一个菜单栏,其中包含了很多常用的命令,利用这些命令可以在各窗口之间非常方便地切换,比如Message窗口、Library窗口、Project窗口等。设计人员随时都可以根据自己的需要,对设计对象进行查看和编辑。

(2)批量修改原理图中元器件的属性

可利用“Find Similar Objects…”和“SCH Inspector”,根据设计人员指定的条件对某些元器件的属性进行批量修改。

比如要设置原理图中的某类元件的封装,以三级管放大电路为例,图5中用到了三个CAP Pol2库元件,假设其默认的封装不符合我们用到的实物电容的要求,要将它们的封装设置为用户绘制的封装“RB.1/.2”。如果对每个电容的封装逐一修改,势必会降低设计效率。可以批量将它们的封装改为“RB.1/.2”。在原理图中任一个CAP Pol2上点击鼠标右键,在弹出的快捷菜单中选中“Find Similar Objects…”,弹出“Find Similar Objects”对话框,在保证“Select Matching”复选框选中的条件下,将“Symbol Reference”项的最后一列,设置为“Same”,以设置查找条件。在点击“Apply”后,图中所有的CAP Pol2被选中,呈高亮显示,点击“OK”按钮,在新窗口“SCH Inspector”中将“Object Specific”中的“Current Footprint”设置为“RB.1/.2”,那么SCH中所有CAP Pol2电容的封装全部被指定为“RB.1/.2”。

(3)此外,Altium Designer还提供了“Footprint Manager”(封装管理器),设计者利用它可以一目了然地查看原理图中用到的所有元器件的标号,在元件库中的名称,以及该元件当前使用的封装等信息。可通过点击“Tools/Footprint Manager…”调出该工具。

3. 绘制PCB图

3.1 绘制PCB图注意事项和常见问题

(1)元器件的导入

原理图绘制完毕后,新建PCB文件,利用菜单“Design/Import Changes From.*.Prj PCB”将网络、元件封装及电气模型导入到PCB文件中。在这一步骤中,学生经常出现“Footprint Not Found**”的错误,原因有二:(1)没有安装封装库,解决方法是安装合适的封装库;(2)原理图中的元件的封装名称填写有误,对那些使用了用户自己绘制的封装的元件,更要注意其封装名是否设置正确。

(2)绘制封装

对于封装库中不存在的封装,我们需要自己绘制。绘制时要注意以下几点:1)封装的焊盘编号一般是从1开始的,要和对应元件上的引脚编号一一对应,并且焊盘的间距要依据该元件实物的各引脚之间的实际距离进行绘制;2)绘制完毕的每个封装都必须要设置其参考点,点击“Edit/Set Reference…”,选择其中一种参考方式。如果忘记了设置参考点,则该元件在PCB图中无法定位,更不能移动;3)要对每个封装进行命名和一些属性的设置。如果没有对其命名,则系统会默认其名为“PCB_Componet_1”,假如该封装库中绘制了多个封装,且都没有对其进行人为命名,则这些封装的默认名字都是“PCB_Componet_1”,系统就不能将原件与封装建立正确的关联,元件就无法成功导入到PCB中。

(3)元器件布局

元器件成功导入后,下一步工作就是布局元器件。如果布局不合理,那么布线时间就很长,线绕得较远,甚至于无法成功布线。元件布局时要综合考虑信号流向、元器件的发热情况、电路板的抗干扰性等因素。

(4)设置布线规则

在布线之前,要先设置布线规则和约束条件,“Design”→“Rules…”打开PCB规则与约束编辑窗口。在该窗口中,对最小安全间距“Clearance”、线宽和布线层等设定。通过添加新规则的方法分别指定各类线宽。通常地线最宽,电源线较宽,信号线次之。对每类线宽要针对不同的网络标号,比如要对地线设置线宽,先从列表中选择“GND”,然后再设置地线的线宽。

另外,还要通过调整“Edit Rule Priorities”窗口中的布线规则的位置来确定各类线宽的优先级。

(5)布线及规则检测

对于较复杂的电路,通常采用手工布线与系统自动布线相互结合的方式。而初学者往往过于依赖自动布线,这是不可取的,手动布线是电路板设计的一个重要过程,是对自动布线结果的修改和优化。另外,在布线完毕后,运行DRC规则检测,查看布线结果与布线规则是否存在冲突。如果有规则冲突,就要重新布局和布线,直到没有任何冲突为止。

3.2 PCB图设计时常用的工具和技巧

(1)快速查找某一元器件

在PCB图中,同时按下J键和C键,在弹出的“Componet Designator”窗口中,输入要查找的元器件编号(designator),则鼠标会自动快速定位到该元器件上,利用此方法可快速定位要查找的元器件。尤其是对于元件较多的PCB图,这种方法可大大提高设计效率。

(2)PCB界面中实时提供了鼠标所在位置的坐标(x,y)和鼠标移动的水平相对距离dx和垂直相对距离dy,可利用它们来方便地查看元件大小和设置电路板的尺寸。

(3)批量修改PCB图中元器件的属性

在PCB图中,可利用“Find Similar Objects…”和“PCB Inspector”,根据设计人员指定的条件对某些元器件的属性进行批量修改。

(4)和原理图类似,PCB界面下方也提供了个性化菜单,使用户随时可以在各个界面之间进行切换。

4. 原理图、封装与PCB图的同步更新

在项目设计过程中,有时设计人员对原理图、电路板的某些参数或属性进行了修改,如元件的标号、封装等,或修改了元件库或封装库,可通过以下方式将这些修改反映到电路板或原理图中去,大大提高了设计人员的工作效率。

(1)PCB→SCH的更新

如果PCB设计完成后,才发现原理图有问题。待对原理图修改之后,可调用原理图菜单中的“Design/Update PCB Document**.Pcb Doc”命令将这种修改更新到对应的PCB图中,而无需对之前的PCB做太大改动。

(2)SCH→PCB的更新

反之,如果修改了PCB图,可点击PCB编辑界面中菜单“Design/Upadate Schematics in**.Prj Pcb”来同步更新SCH图。

(3)库元件→SCH的更新

当用户绘制的库元件被重新编辑后,要对使用了该封装的SCH图更新。在库元件的编辑界面中点击“Tools/Update Schematics”,来更新SCH图,使之采用修改之后的库元件。

(4)封装→PCB的更新

当用户绘制的封装被重新编辑修改后,要对使用了该封装的PCB图更新。在封装的编辑界面中,点击“Tools/Update Pcb With Current Footprint”,来更新PCB,使之采用修改之后的封装。

5. 结束语

Altium Designer winter 09是一款较新的电路板设计工具,能够极大地提高设计的效率和品质。以上是笔者在实践教学中总结出来的一些经验,涵盖了学生在学习使用该软件设计印刷电路板过程中的注意事项、常见问题解析,大大缩短了学生学习该软件需要的时间。当然,设计印刷电路板是实践性很强的工作,只有长期不断地练习才能真正掌握其设计技巧和精髓。

摘要：Altium Designer Winter 09具有“方便、易学、实用、快速”的特点,大大提高了电路板设计效率和品质,已经成为越来越多的电子设计人员首选的电路板设计软件。结合作者的实践教学经验,总结了在使用该软件设计PCB过程中的常见问题、解决方法及使用技巧。

关键词：Altium Designer,印刷电路板,线路原理图,布线

参考文献

[1]闫胜利.Altium Designer实用宝典--原理图与PCB设计[M].北京:电子工业出版社,2007.

[2]精英科技.电路板设计完全手册[M].北京:中国电力出版社,2002.

[3]韩国栋,赵月飞,娄建安.Altium Designer Winter09电路设计入门与提高[M].北京:化学工业出版社,2010.