电路板设计

电路板设计（共12篇）

电路板设计 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

电路板设计 篇2

一、基本信息

专业班级： 信息91 本人姓名： 叶森 本人学号：32309106 同小组学生姓名： 王铁君 吕俊逸 孙建东

所设计电路的名称及电路板文件名：红外线接收器 HWJSQ

二、所设计电路的功能及工作原理

本电路是红外线接收器的电路，配套的还有红外线发射电路。简单的说，就是TLP911红外通过收头将发射器发射的红外信号来控制天路的通断，从而产生相应变化的交流信号，由耦合电容C3输入到主控芯片CX20106A.CX20106A红外线遥控接收前置放大电路，多适用于电视机。内部电路由前置放大器，自动偏置电平控制电路（ABLC）、限幅放大器、带通滤波器、峰值检波器和波形整形电路等组成。经过选频、放大的信号再经过VT4的放大后即可通过VT3控制继电器K 的工作。

CX20106A红外接收器管脚功能 ：

1脚：红外信号输入端，该脚的输入阻抗约为40kΩ。

2脚： 该脚与地之间连接RC串联网络，它们是负反馈串联网络的一个组成部分，改变它们的数值能改变前置放大器的增益和频率特性。增大电阻R1或减小C1,将使负反馈量增大，放大倍数下降，反之则放大倍数增大。但C1的改变会影响到频率特性，一般在实际使用中不必改动，推荐选用参数为R1=4.7Ω，C1=1μF。3脚： 该脚与地之间连接检波电容，电容量大为平均值检波，瞬间相应灵敏度低；若容量小，则为峰值检波，瞬间相应灵敏度高，但检波输出的脉冲宽度变动大，易造成误动作，推荐参数为3.3μf。4脚： 接地端。5脚： 该脚与电源间接入一个电阻，用以设置带通滤波器的中心频率f0，阻值越大，中心频率越低。例如，取R=200kΩ时，f0≈42kHz，若取R=220kΩ，则中心频率f0≈38kHz。6脚： 该脚与地之间接一个积分电容，标准值为330pF，如果该电容取得太大，会使探测距离变短。7脚： 遥控命令输出端，它是集电极开路输出方式，因此该引脚必须接上一个上拉电阻到电源端，推荐阻值为22kΩ，没有接受信号是该端输出为高电平，有信号时则产生下降。8脚：电源正4.5～5.5V

三、对设计过程的总结与结果的评价

设计之初，先想到了做单片机最小系统的电路，但是感觉有些单调，而且有同学已经做过，所以就决定选择一个新的电路。也想过要做SRT项目相关的电路，由于事先没有设计好项目电路，担心做不好浪费材料，所以就直接选用现成的电路——远程红外线控制电路。该电路难度适中，便于分析，易于制图，元器件均为常用元件，封装简单，是入门级的电路，刚好发射部分用到了555时基电路，能达到巩固所学知识的目的。同时有具有一定的复杂性。

制作过程中，由于前期参加循迹小车的比赛，基本上会画原理图，但没有完成pcb的封装设计环节。这次主要掌握一些技巧，在学会封装的同时，进一步的提升制图是速度及准确度，进一步提高制图技巧。实际封装的过程中，把握元件封装类型很难。刚开始，什么都不知道，只能是查一点，学一点，不断地积累。最后才能真正掌握电路的设计过程。当然，电路的调试，布线等环节也是困难重重，只要肯学，多花时间，耐心地画，总会成功的。

最终，我还是完成了我的实习作品，面积大小68.072×51.181mm，共32个元件。元件个数/面积为0.94，结果还比较满意。

四、用软件Altium Designer设计的电路原理图

五、软件Altium Designer设计电路的PCB图和实物照片图

六、仿真波形

巧用开关设计电路 篇3

电路设计思想是考查考生电路知识、电学器材的基本运用、误差分析和实验能力等综合素质

的好载体,尤其于培养、挖掘和检查考生创造性思维能力和实际应用能力为一个不可替代的

好题型。其情境新颖，以学过的实验为依据，注重对其思想、方法和技能的迁移和拓展，注

重考查考生的基本实验能力，创新能力和自主探究能力，故历年为高考和竞赛的重点和热

点所

在。本文以一竞赛实验设计题为例，介绍一种电路设计的思想方法，帮助考生开阔思路，提

高解答设计实验题的能力。

1　题目：电阻的测量

现有电压不变的直流稳压电源1台，其内阻忽略不计；电流表、电压表、滑线变阻器(已知最

大电阻为R0)、待测电阻各1只；单刀单掷开关2个；导线若干。请按要求画出测量未知电

阻Rx阻值的电路图，并写出测量步骤，导出测量Rx的表达式。

要求：

1.每种电路图只允许选电流表、电压表其中之一；

2.在同一电路中电表的位置固定不动；

3.滑线变阻器的滑片在任意位置(最大值和最小值除外)。

2　解析

这是一道典型的电路设计问题。审题时主要掌握4个关键点：

①电压不变的直流稳压电源，电源电压具体是多少题目并未告诉。绝大部分考生一般不

认真审题，误认为电源电压已知，只需电流表测量电路中的电流即可根据欧姆定律算出Rx

的值；

②每种电路图只允许选电流表、电压表其中之一，因此不能原始的按照伏安法(电流表和电

压表同时接入电路)测电阻的方法进行设计；

③在同一电路中电表的位置固定不动，隐含的意思是在同一电路中不管是选择的是电流表还

是电压表都只能在同一位置，不能移动，故不能利用电压表串联分压法或电压表并联分流法

；

④滑线变阻器的滑片在任意位置(最大值和最小值除外)，平常老师给考生练习的电路设计

题几乎都是利用滑线变阻器的滑片滑到最大值和最小值来改变电路的连接状态或改变电路中

各负载两端的电压，再运用欧姆定律和串并联电路的知识列出方程，然后根据方程求出未知

电阻Rx的表达式。而本题要求滑线变阻器的滑片在任意位置(最大值和最小值除外)，让考

生一时不知从何下手，仔细分析发现题目中告诉了滑线变阻器的最大电阻R0，当滑片在任

意位置时我们可以将滑线变阻器分为两个电阻R1和R2，使R1+R2=R0，这是解答该

题的切入点。

3　设计

3.1　只选电流表

方案一　如图1所示，测量步骤如下：

①将滑线变阻器的滑片放在任意位置，只闭合S1，S2断开，R1和R2并联后

再与Rx串联，此时电流表的示数为I1，可列出方程

I1Rx+I1[SX(]R1R2[]R1+R2[SX)]=U(1)

②滑线变阻器的滑片位置不动，只闭合S2,S1断开，R1断路，R2被短路，此时

电流表的示数为I，可列出方程

IRx=U(2)

③滑线变阻器的滑片位置不动，S1和S2都断开，R1断路，Rx和R2串联，此时

电流表的示数为I2，可列出方程

I2Rx+I2R2=U[JY](3)

④由题意，R1+R2=R0[JY](4)

(1)、(2)、(3)、(4)式联立求解得

Rx=[SX(]II2R0(I1-I2)[]I1(I-I2)2[SX)]。

方案二　如图2所示，测量步骤如下：

①将滑线变阻器的滑片放在任意位置，只闭合S1，S2断开，Rx和R2串联后再与

R1并联，此时电流表的示数为I1，可列出方程

I1[SX(](Rx+R2)?R1[](Rx+R2)+R1[SX)]=U[JY](1)

②滑线变阻器的滑片位置不动，只闭合S2，S1断开，R1断路，R2被短路，此时

电流表的示数为I，可列出方程

IRx=U[JY](2)

③滑线变阻器的滑片位置不动，S1和S2都断开，R1断路，Rx和R2串联，此时

电流表的示数为I2，可列出方程

I2Rx+I2R2=U[JY](3)

④由题意，　R1+R2=R0[JY](4)

(1)、(2)、(3)、(4)式联立求解得

Rx=[SX(]I2R0(I1-I2)[]I1I-I1I2+I22[SX)]。

3.2　只选电压表

如图3所示，电压表测Rx两端的电压，测量步骤如下：

①将滑线变阻器的滑片放在任意位置，只闭合S1，S2断开，R1和R2并联后再与

Rx串联，此时电压表的示数为U1，可列出方程

[SX(]U1[]Rx[SX)]=[SX(]U-U1[][SX(]R1R2[]R1+R2[SX)][SX)]

(1)

②滑线变阻器的滑片位置不动，只闭合S2，S1断开，R1断路，R2被短路，此时

电压表的示数为U，即电源电压。

③滑线变阻器的滑片位置不动，S1和S2都断开，R1断路，Rx和R2串联，此时

电压表的示数为U2，可列出方程

[SX(]U2[]Rx[SX)]=[SX(]U-U2[]R2[SX)](2)

④由题意，　R1+R2=R0[JY](3)

(1)、(2)、(3)式联立求解得

Rx=[SX(]UU2R0(U1-U2)[]U1(U-U2)2[SX)]。

4　结束语

近年来高考和竞赛试题的一个共同特点是回归基础，在教材中的学生实验或演示实验的基础

上创设新情景、提出新问题，以考查学生的创新意识。学生在平时学习过程中必须认真领会

教材中学生实验和演示实验的实验设计意图、实验原理方法、实验步骤、实验数据处理、实

验注意事项等。设计该题的创新之处在于巧用题目中给出的两个单刀单掷开关，利用两个单

刀单掷开关不同的通断组合使Rx、R1和R2之间具有不同的连接方式，从而根据欧姆定

律和串并联电路特点列出相对应的方程，然后根据所列方程联立求解，求出未知电阻Rx的

表达式；关键在于题目中告诉了滑线变阻器的最大电阻为R0，虽然不能利用滑线变阻器的

滑片滑到最大值和最小值来改变电路的连接状态，但是当滑片在任意位置时可以将滑线变阻

器分为两个电阻R1和R2，使R1+R2=R0，这也是解答该题的切入点。

由此可见，创新实验设计必须打破常规思维，应采用非常规思维，认真审题，充分利用题目

给出的条件，巧妙地运用开关不同的通断组合使各负载之间具有不同的连接方式，根据电表

的性质灵活选择电表，将电表接入电路的特定位置，使各负载之间在不同的连接方式时有不

同的示数，从而根据欧姆定律和串并联电路特点列出相对应的方程，然后将所列方程联立求

解，求出未知电阻的表达式。

高速印制电路板设计 篇4

随着微电子技术的发展, 速度已成为许多系统设计中需要考虑的最重要因素之一。对于高速系统的设计, 无论是数字电路还是模拟电路, 噪声是一个最值得关注的问题。高频信号会由于辐射而产生干扰, 亦会导致振铃、反射以及串扰等, 如果不加以控制, 会严重降低系统性能。

本文将就高速信号反射控制、串扰控制、电磁干扰控制以及叠层设计等方面讨论高速印制电路板设计中需要注意的几个噪声控制问题。

2 高速印制电路板设计的难点

对于高速印制电路板设计, 最重要也是最难的是如何保证信号的完整性和对电磁干扰的控制。对于信号完整性的分析, 主要包括对反射、串扰及电源完整性的分析等。串扰可以使信号中增加干扰频率成分, 导致信号质量变差, 严重时接收端将无法接收信号。电磁干扰是指系统通过传导或辐射的方式发射电磁波影响其他系统或本系统内其他子系统的正常工作。它会影响本系统及其他系统的正常运行, 也应该进行严格的控制。

3 信号的完整性保证与电磁干扰控制

3.1 信号反射控制

反射是指由于阻抗不匹配而造成信号能量不完全吸收的现象。当信号在不同媒介传播时, 由于不同媒介的阻抗不同, 导致信号在不同媒介交界处部分能量不能通过, 情况严重时, 还会引起信号在媒介两端不停地反射, 随之产生一系列的信号完整性问题。但是, 在实际设计中, 并不能完全保证传输线阻抗的恒定不变, 只能尽量控制。在设计过程中, 采取以下措施来控制阻抗:

(1) 对于驱动端与接收端的阻抗不一致现象, 采用Thevenin等效阻抗进行匹配。采用这种阻抗匹配方式能够平衡高低电平, 提高电路的扇出能力, 减小由于占空比失调引起的能量消耗。

(2) 严格控制高速信号传输线的特性阻抗。通过调整线宽、线距、叠层厚度等PCB参数尽量将传输线特性阻抗控制在一个固定值 (如50Ω) 。设计中信号走线采用表面微带传输线, 它的特性阻抗计算公式如式 (1) 和式 (2) 。

其中, Z0表示传输线的特性阻抗, 单位为Ω;W表示信号走线的宽度;T表示信号走线的厚度;H表示信号走线与参考平面的距离;表示介质的相对介电常数。W、T和H这三者的单位要一致;1mil=0.0254mm。

一般情况下高速信号均采用差分格式, 此时表面微带差分传输线的特性阻抗的计算公式如式 (3) 。

式中, D表示两差分走线边沿的距离, 单位要与H的单位保持一致;Z差分表示差分传输线的特性阻抗, 单位为Ω;

例如, 在设计中, 如果要把差分微带传输线的特性阻抗控制在100Ω, 为此, 兼顾其他方面的要求, 可以确定各参数值如下:

将以上数值代入式2和式3, 计算得差分阻抗Z差分=100.1Ω。当然, 以上的计算并不精确, 因为公式中本身就忽略了一些参数, 如表面覆盖的绿漆厚度以及它的介电常数等, 再加上在实际制板过程中, 由于工艺上的误差可能导致各个参数值的差异, 实际PCB板上的差分特性阻抗并不完全等于100Ω。为此可以用专门的软件进一步计算这个特性阻抗, 但最终的匹配阻抗值则需要在最后的调试阶段进行阻值调整, 以达到完全匹配。用目前较为流行的计算特性阻抗的软件Polar Si8000计算上例中的差分特性阻抗, 得到Z差分=109.77Ω, 这个值是综合考虑了表面绿漆及工艺误差等因素得出的, 最后的调试结果证明了这个差分阻抗能够实现较好的信号质量。其界面如图1所示。

(3) 严格进行差分线上的阻抗连续性控制。为了达到使用差分传输线的最佳效果, 必须进行阻抗连续性控制, 否则信号就会在阻抗不连续的地方产生反射。为此, 要尽量做到两差分线“等长等距”平行走线, 信号离开器件引脚后, 要尽量靠近, 保持两差分线距离为0.2mm;尽量不使用过孔, 必须使用过孔时要保持两差分线上的过孔数目相等;尽量使用圆弧折线, 避免使用或折线, 以减少阻抗不连续发生的可能性。

3.2 信号串扰控制

串扰是指当信号在传输线上传播时, 因电磁耦合对相邻的传输线产生不期望的电压噪声干扰[5]。这种干扰是由于传输线之间的互感和互容引起的, 所以对串扰的控制也就应该从减小传输线间的互感和互容入手。在设计中, 可以从以下三个方面来减小串扰:

(1) 使用差分信号格式。在设计初期选择器件时就优先选择具有差分信号接口的器件。由于数字信号在差分线上传输时, 正负两路信号的相位相差, 即信号是以“差模”的方式传输, 而噪声是以“共模”的方式在一对差分线上耦合出现。在接收端, 正负两路信号相减就可以得到信号, 消除噪声, 所以采用差分传输线可以有效地减小串扰。

(2) 低速信号与高速信号分层布线。将电平幅度较大的低速信号 (如TTL电平信号) 远离高速差分信号, 尽可能将它们布在不同层面上, 以减小低速信号对高速信号的影响。

(3) 尽量减小地平面与传输线之间的距离, 将它控制在0.2mm, 使信号回流面积最小。

3.3 电磁干扰控制

电磁干扰 (EMI) 是电子设计过程中不可避免的一个问题。特别是在高速电路的PCB设计过程中, 如果不对EMI进行有效控制, 就很难达到设计目的。控制EMI的主要措施有三种:屏蔽、滤波和接地。它们之间的相互关联的, 接地的好坏直接影响设备对屏蔽和滤波的要求, 而屏蔽的优劣也影响着对滤波器的要求。此外, 采用差分对走线也能起到抑制EMI的效果。

(1) 滤波。一般在设计中采用去耦电容、EMI滤波器和磁性元件等器件来实现滤波。通常的做法是用电容值比较高的电容去滤除低频噪声, 用电容值比较小的电容去滤除高频噪声。在设计中, 每个电源输入处各放置一个47μF和一个100μF的钽电容, 来抑制电源低频成分。在器件的每个电源输入引脚处尽可能多地放置一些去耦电容来滤除高频部分, 容值为0.001μF和0.01μF, 电容位置尽可能靠近器件。电容之间使用多个过孔到地, 电容的过孔尽量靠近焊盘, 这样可以获得最佳的滤波效果。此外, 磁性元件用于电源滤波的效果非常好。在设计中, 在每个电源的输入端可以串连一个磁珠, 这样可以有效加强对EMI的控制。

(2) 屏蔽。通过空间传播的电磁干扰可以通过屏蔽进行有效地抑制。屏蔽不仅可以避免本系统给其他系统造成影响, 而且可以防止外界电磁辐射干扰本系统。

(3) 接地。接地方式有很多种, 其中多点接地是指电路中的接地点都直接接到离它最近的地, 以使得各个接地线的长度最小。

4 PCB叠层设计

从前面的分析可以看到, 保证信号到参考平面的低阻抗在抑制EMI中起着重要的作用, 因而在进行叠层设计时, 应该特别注重参考平面层的安排。理想的分层结构应该是接地层紧挨着信号层两边, 而且保证电源层与接地层相邻, 二者距离尽可能的小。随着信号频率的不断提高, 一般只有6层以上的PCB板才能起到良好的EMI抑制效果。

以6层板为例, 其叠层结构设计如图2所示。

在图2中, 与顶层高速信号层和底层低速信号层相邻的都是地层, 距离为0.2mm。两个电源层分别与地层近距离相邻, 距离为0.2mm。由于系统需要6个电源电压, 如果在一个电源层上分割困难, 则采用双电源层设计。

参考文献

[1]SI仿真小组.高速PCB基础理论及内存仿真技术[R].2002-10-252002-10-25.上海:ATP华腾微电子 (上海) , 2002

[2] (美) Mark I.Montrose.电磁兼容和印刷电路板理论、设计和布线[M]. (刘元安等译) .北京:人民邮电出版社, 2003:151~154

[3]江思敏.PCB和电磁兼容设计[M].北京:机械工业出版社.2006.176~183

[4] (美) V.Prasad Kodali.Engineering Electromagnetic Compatibility[M]. (陈淑凤等译) .北京:人民邮电出版社, 2006.210~218

电路板设计 篇5

PCB大至工作内容：

调入网络表

|

设置PCB设计环境：

----绘制印刷电路的板框

----格点大小和类型

----版层参数

----布线参数

规划电路板：确定边框--固定孔定位

修改PCB与原理图库零件的封装不一致修改封装。

进行零件布局---除考虑电路功能，IO接口位置等外，还要考虑EMI，模拟电路区和数字电路区合理接地，机械结构散热等等。

布线规则及其他参数设置：层管理、线宽、过孔间距、布线的拓朴结构等

手工配合自动布线调整，使电路布通

DRC检查，反复检查考虑各种因素完成布板

发Email 或拷盘给加工厂家 跟厂家协商板的材料和厚度工艺要求等

如果是要求比较高的电路板高频电路板，也可以输出： Gerber光

绘文件，提出板子的介电常数等用要求,还可以用工具分析一些参数(如阻抗、过

冲、下冲反射分析和串扰等)进行电路的信号完整性分析，以修改高频板，提高高

频性能。

抗干扰方面考虑：

如果要求高的系统，pcb设计还要结合考虑整体系统设计，如EMI滤波器，这些要结合一些EMC标准来考虑设计：

-如电磁辐射传播路径，-是内部还是外部干扰源，如：外部电路干扰，本身电路内部，开关电源开关管，快速恢复二极管性能不好，共模干扰，差模干扰，（继电器、可控硅、电机、高频时钟等干扰源）

抑制干扰源的常用措施:

加电感、电阻、续流二极管

继电器并接火花抑制电路

电机加滤波电路

外壳接大地

电源线加粗，合理走线、接地，三总线分开

成本允许的话采用四层以上印制板,中间两层为电源及地。集成块与插座接触应可靠

尽量减少回路环的面积

电路板级的电磁兼容设计 篇6

【关键词】印制电路板(PCB)；电磁兼容(EMC)；电磁干扰(EMI)

现代军事电子装备日益复杂，其电磁兼容（EMC）设计在装备中的作用越来越重要。当一个系统的多个元件或设备在同一环境中工作时，就会产生电磁干扰（EMI），并且元件和设备越多，EMI的机率越大，即使看起来很小的EMI，也会造成严重的事故或是可靠度变差。

在设计阶段，对潜在的EMI采取的措施要比在设备使用后再补救所花费的成本小得多。所以，抑制EMI应从电子设备制造的初级阶段开始，从印制电路板（PCB）的设计着手。即从元件的选择，元件的布局，电源布线，信号布线及地线设计等方面提高部件间可靠性，从而较好的实现EMC。

一、元件的选择

元件选择的一般原则：

1.低辐射：大部分数字集成电路（IC）制造商提供具有较低辐射的胶合逻辑产品（胶合逻辑产品指的是连接不兼容的复杂电路的简单逻辑电路）。

2.传输线匹配I/O：IC输出引脚必须匹配高速信号的传输线。例如当驱动一个25Ω的并联终端负载时，就可以使用总线驱动器。

3.低输入电容：低输入电容有助于降低逻辑器件的状态变化时的电流峰值，因此可以减小磁场辐射和地返回电流。

4.铝电解电容可能发生几微秒的暂时性介质击穿，因而在纹波很大或有瞬变电压的电路里，应该使用固体电容器。

5.使用寄生电感和电容量较小的电阻器。片状电阻器可用于超高频段。

6.大电感寄生电容大，为了提高低频部分的插入损耗，不要使用单节滤波器，而应该使用若干小电感组成的多节滤波器。

7.使用磁芯电感要注意饱和特性，特别要注意高电平脉冲会降低磁芯电感的电感量和在滤波器电路中的插入损耗。

8.用于敏感电路的电源变压器应该有静电屏蔽，屏蔽壳体和变压器壳体都应该接地。

9.有引脚的元件有寄生效果，因此引脚的长度应尽可能的短。而无引脚且表面贴装的元件的寄生效果要小一些。从电磁兼容性的观点看，表面贴装元件效果最好，其次是放射状引脚元件，最后是轴向平行引脚的元件。

二、元件的布局

尽可能缩短高频元件之间的连线，设法减少它们的分布参数和相互间的EMI。易受干扰的元件不能相互挨得太近，输入和输出元件应远离。输入输出端用的导线应尽量避免相邻平行，最好加上线间地线，以免发生反馈耦合。如：同相放大器的输入输出端一但靠近，在它们之间就会产生寄生电容。这样，由于该电容而形成了输出返回到输入的正反馈环路，最终引起振荡。这种振荡与输入信号无关，即使在没有输入时也会发生。振荡频率由同相放大器的电路结构和寄生电容的大小等因素决定。实际上，大部分为1MHz以上。随着寄生电容的大小变化，不仅产生电路的振荡，甚至发生工作不稳定和特性变坏的情况。而在反相放大器中，由于米勒效应引起高频特性变坏。设反相放大器的增益为A，输入输出间的寄生电容为C。由于米勒效应，从输入端可以看成输入与地之间加入了(A+1)C的电容。如果信号源电阻Rg非常低，则是可以的。但是，如果Rg很高，则该Rg与米勒电容(A+1)C就会形成LPF(低通滤波器)，使得高频特性下降。因此，无论是正相放大器还是反相放大器，其输入输出端都不允许靠得太近，特别在增益高或在宽带放大器中更要特别注意。不仅对于一级放大器，对于多级放大器也同样要注意这个问题。

三、电源布线

1.电源布线产生的EMI

电源布线会产生分布电容、分布电感、分布电阻。PCB上供电电源通常为直流电源，供电的主要目的是为PCB上的每个用电元件提供一个准确的电压。而电源所驱动的负载常具有瞬态变化的特性，受分布阻抗的影响，负载电压或电流的瞬态变化会引起电源电压或电流发生瞬态变化，这如同在电源的负载端接上一个瞬态变化的信号源。特别是在高频，有的器件工作在数字开关状态，这一现象更为突出。这样电源布线既含有直流电压，又含有瞬态变化的电压(称为寄生电压)，瞬变电压会产生高次谐波，其都是产生EMI的主要来源。

2.电源布线的防干扰措施

(1)电源平面法

利用PCB的一层作为电源平面层，至少有一层作为地平面，每一层只能提供一种电源电压，通过PCB上的过孔将电源电压引到器件上。这种做法使电源布线分布阻抗非常小，电路压降小，器件上能得到稳定的直流电压。同时平面间靠得很近，能较好地抑制电场耦合。且电源平面往返电流大小相等，磁场干扰能抵消。

(2)共地平面法

这个地作为电源及电子器件的公共地，高频布线设计中，电流的返回路径对系统的影响比较大，由于是平面地，电源及所有信号(包括发送和接收)返回路径的附加阻抗非常小，压降可忽略，各器件上就能得到稳定的电源电压。同时，所有的电源去线与信号线都与平面地成镜像关系，形成的电流也是镜像电流，EMI耦合得到较好地抑制。

(3)电源母线法

这种布线设计可分别提供几种电压。布线的条数由器件的多少而定。这种布线要达到以下要求：

(1)布线要宽。

(2)加去耦电容。这种电容起到旁路滤波的作用。要在电源的输入端并联较大的和较小的滤波电容。在高频时，实际的电容器相当于带通滤波器，它可等效为电感、电阻和电容的串联，较大的和较小的电容并联使用，目的是增加旁路滤波的带宽。同时，在每一个有源器件的电源引脚与地之间也要并联一个电容器，这个并联电容相当于噪声滤波器，能滤掉高频谐波噪声。

(3)地线环绕，作为母线中的地线可以不等宽，但宽窄过渡要平滑，以避免产生噪声，地线要靠近供电电源母线和信号线，因电流沿路径传输会产生回路电感，地线靠近，回路面积减小，电感量减小，回路阻抗减小，从而减小EMI耦合。

四、信号布线

信号布线同样有分布电感、分布电容和分布电阻，它们代表了干扰耦合路径的分布参数，这些分布参数随信号频率的增加而增大。

只要两条线有电位差，两条线间就会存在电场。假设三条导线，A、B分别为信号线，D为地线，C-AD为A的分布电容，若A的电位比B的高，B处在A的某个或某些等位面上，A中的电位就会与B发生耦合，这种电场耦合为容性耦合。同理B与A也可能产生这种耦合。抑制容性耦合的方法：一是要增大两布线导线间的距离(大于干扰信号最大波长的四分之一)，二是要减小信号线与地之间的距离。

若A、B两导线靠近，当导线A中有电流时，它的周围就存在着磁场，磁感线就会有一部分环绕到导体B组成的回路中，B回路就被感应出感生电流，这种磁场干扰耦合属于感性干扰(互感)耦合。同时，若A导线中的电流发生变化，还会存在自感，也会产生感性干扰(自感)耦合。抑制感性干扰耦合的方法：一是增大信号线与信号线之间的距离，以减小互感，原因是互感系数与距离成反比。二是减小信号线与地之间的距离，以减小信号线与地之间围成的磁通面积。减小线地距离外，还应尽量避免信号线的平行布设。

五、地线（GND）设计

1.正确选择单点接地与多点接地。

在低频电路中，信号的工作频率小于1MHz，它的布线和器件间的电感影响较小，而接地电路形成的环流对干扰影响较大，可以应采用单点接地的方式。当信号工作频率大于10MHz时，地线阻抗变得很大，此时应尽量降低地线阻抗，应采用就近多点接地。当工作频率在1MHz～10MHz时，如果采用一点接地，其地线长度不应超过波长的1/20，否则应采用多点接地法。

2.数字地与模拟地分开。

电路板上既有高速逻辑电路，又有线性电路，应使它们尽量分开，而两者的地线不要相混，分别与电源端地线相连。低频电路的地应尽量采用单点并联接地，实际布线有困难时可部分串联后再并联接地；高频电路宜采用多点串联接地，地线应短而粗。高频元件周围尽量用栅格状大面积地箔，要尽量加大线性电路的接地面积。

3.接地线应尽量加粗。

若接地线用很细的线条，则接地电位会随电流的变化而变化，致使电子产品的定时信号电平不稳，抗噪声性能降低。因此应将接地线尽量加粗，使它能通过三倍于PCB的允许电流。如有可能，接地线的宽度应大于3mm。

4.接地线构成闭环路。

设计只由数字电路组成的PCB的地线系统时，将接地线做成闭路可以明显地提高抗噪声能力。其原因在于：PCB上有很多集成电路元件，尤其遇有耗电多的元件时，因受接地线粗细的限制，会在地线上产生较大的电位差，引起抗噪声能力下降；若将接地线构成环路，则会缩小电位差值，提高电子设备的抗噪声能力。

六、结束语

EMC已成为线路设计所面临的主要问题之一。由于干扰产生的原因多种多样，干扰的强弱、影响的程度也是千差万别，所以，PCB布线设计中的抗干扰是一项实践性非常强的技术工作。良好的PCB设计可以大大提高系统的抗干扰能力，从而提高系统可靠性。

参考文献

[1]【美】曼特罗斯(Montrose,M.I.),吕英华,等.电磁兼容的印制电路板设计[M].北京:机械工业出版社,2008.

[2]赵家升,等.电磁兼容原理与技术[M].北京:电子工业出版社,2012.

[3]顾海洲,马双武.PCB电磁兼容技术-设计实践[M].北京:清华大学出版社,2004.

作者简介：薛璐（1982—），女，北京人，现供职于海军701厂，主要从事通信和雷达产品的调试与维修。

电路板设计 篇7

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

印制电路板设计的布局布线原则 篇8

当设计者在PCB编辑器中载入网络表和元器件，并对预拉线进行调整之后，下一步就需要进行电路板上的元器件布局和布线工作。一台性能优良的设备，除了选择高质量的元器件、设计合理的电路外，印制板的元器件布局和电气连线方向性的正确结构设计，也是决定仪器能否可靠工作的关键因素。设计合理的布局布线，既可以消除因布局布线不当造成的噪声干扰，同时也方便生产中的安装、调试和检修。本文根据实践所积累的布局布线经验探讨在元器件布局和布线中应该遵守的一些原则。

1 布局原则

元器件布局要求更多的是从机械结构、散热、电磁干扰、将来布线的方便性方面进行综合考虑。先布置电路中的一些特殊元件，然后按电路功能和原理图的结构安排其他元件位置，最后再手工调整和密度分析。

1.1 特殊元件的布局

(1)高频元件之间的连线越短越好，设法减小连线的分布参数和相互之间的电磁干扰，易受干扰的元件不能离得太近。输入和输出的元件之间的距离应该尽可能大一些。

(2)具有高电位差的元件应该加大具有高电位差元件和连线之间的距离，以免出现意外短路时损坏元件。为了避免爬电现象的发生，一般要求2000V电位差之间的铜膜线距离应该大于2mm，若对于更高的电位差，距离还应该加大。带有高电压的器件，应该尽量布置在调试时手不易触及的地方。

(3)重量太大的元件应该有支架固定，而对于又大又重、发热量多的元件，不宜安装在电路板上，而且发热应该远离热敏元件。

(4)对于电位器、可调电感线圈、可变电容、微动开关等可调元件的布局应该考虑整机的结构要求。若是机内调节，应该放在电路板上容易调节的地方;若是机外调节，其位置要与调节旋钮在机箱面板上的位置相对应。注意预留出电路板的安装孔和支架的安装孔，因为这些孔和孔附近是不能布线的。

1.2 按照电路功能布局

如果没有特殊要求，尽可能按照原理图的元件安排对元件进行布局，信号从左边进入、从右边输出，从上边输入、从下边输出。按照电路流程，安排各个功能电路单元的位置，使信号流通更加顺畅和保持方向一致。以每个功能电路为核心，围绕这个核心电路进行布局，元件安排应该均匀、整齐、紧凑，原则是减少和缩短各个元件之间的引线和连接。数字电路部分应该与模拟电路部分分开布局。

1.3 元件离电路板边缘的距离

所有元件均应该放置在离板边缘3mm以内的位置，或者至少距电路板边缘的距离等于板厚。这是由于在大批量生产中进行流水线插件和进行波峰焊时，要提供给导轨槽使用，同时也是防止由于外形加工引起电路板边缘破损，引起铜膜线断裂导致废品。

1.4 元件放置的顺序

首先放置与结构紧密配合的固定位置的元件，如电源插座、指示灯、开关和连接插件等。再放置特殊元件，例如发热元件、变压器、集成电路等。最后放置小元件，例如电阻、电容、二极管等。

2 布线原则

在完成了线路板上元器件的布局之后，就可以开始对线路板进行布线。一般来讲，电路的工作性能不同对线路板上的各种布线的设计要求也不同，比如电源线和电源接地线因为通过电流较大，布线要求较宽;逻辑电路只是传输信号，因此布线可以相对细一些;为了提高线路板的抗干扰设计，导线在拐角处应采用钝角或圆角过渡等。所以在布线之前，用户应当根据电路设计的要求，进行布线规则的设置。这些规则的设置，不仅是自动布线的依据，也会给手动布线带来极大的方便。

2.1 设置导线

(1)线长：铜膜线应尽可能短，在高频电路中更应该如此。铜膜线的不拐弯处应为圆角或斜角，而直角或尖角在高频电路和布线密度高的情况下会影响电气性能。当双面板布线时，两面的导线应该相互垂直、斜交或弯曲走线，避免相互平行，以减少寄生电容。

(2)线宽：铜膜线的宽度应以能满足电气特性要求而又便于生产为准则，它的最小值取决于流过它的电流，但是一般不宜小于0.2mm。只要板面积足够大，铜膜线宽度和间距最好选择0.3mm。一般情况下，1-1.5mm的线宽，允许流过2A的电流，比如地线和电源线多选用大于1mm的线宽。注意公制和英制之间的转换，1mil=0.0254mm。

(3)线间距：相邻铜膜线之间的间距应该满足电气安全要求，同时为了便于生产，间距应该越宽越好。最小间距至少能够承受所加电压的峰值。在布线密度低的情况下，间距应该尽可能的大。

(4)屏蔽与接地：铜膜线的公共地线应该尽可能放在电路板的边缘部分。在电路板上应该尽可能多地保留铜箔做地线，这样可以使屏蔽能力增强。另外地线的形状最好作成环路或网格状。多层电路板由于采用内层做电源和地线专用层，因而可以起到更好的屏蔽作用效果。

2.2 接地布线

电路图上的地线表示电路中的零电位，并用作电路中其它各点的公共参考点，在实际电路中由于地线阻抗的存在，必然会带来共阻抗干扰。因此在布线时，不能将具有地线符号的点随便连接在一起，这可能引起有害的耦合而影响电路的正常工作。如何连接地线，通常在一个电子系统中，地线分为系统地、机壳地、数字地和模拟地等几种，在连接地线时应该注意以下几点：

(1)正确选择单点接地与多点接地。在低频电路中，信号频率小于1MHz，布线和元件之间的电感可以忽略，而地线电路电阻上产生的压降对电路影响较大，所以应该采用单点接地法。当信号的频率大于10MHz时，地线电感的影响较大，所以宜采用就近接地的多点接地法。当信号频率在1-10MHz之间时，如果采用单点接地法，地线长度不应该超过波长的1/20，否则应该采用多点接地。

(2)数字地和模拟地分开。电路板上既有数字电路，又有模拟电路，应该使它们尽量分开，而且地线不能混接，应分别与电源的地线端连接。要尽量加大线性电路的面积，同时两类电路应该分开布局和布线。

(3)尽量加粗地线。若地线很细，接地电位会随电流的变化而变化，导致电子系统的信号受到干扰，特别是模拟电路部分。因此地线应该尽量宽，一般以大于3mm为宜。

(4)将接地线构成闭环。当电路板上只有数字电路时，应该使地线形成环路，这样可以明显提高抗干扰能力。这是因为当电路板上有很多集成电路时，若地线很细，会引起较大的接地电位差，而环形地线可以减少接地电阻，从而减小接地电位差。

(5)总地线的接法。总地线必须严格按照高频、中频、低频的顺序一级级地从弱电到强电连接。高频部分最好采用大面积包围式地线，以保证有好的屏蔽效果。

2.3 高频布线

为了使高频电路板的设计更合理，抗干扰性能更强，在进行印制板设计时应从以下几个方面考虑。

(1)合理选择层数。利用中间内层平面作为电源和地线层，可以起到屏蔽的作用，有效降低寄生电感，缩短信号线长度，降低信号间的交叉干扰。一般情况下，四层板比两层板的噪声低20dB。

(2)走线方式必须按照45°角拐弯，这样可以减小高频信号的发射和相互之间的耦合，而且走线越短越好，两根线并行距离尽量短，尽量减少过孔数量。注意信号走线不能环路，需要按照菊花链方式布线。

(3)层间布线方向应该取垂直方向，当顶层为水平方向时底层为垂直方向，这样可以减小信号间的干扰。

(4)数字地、模拟地等连接公共地线时要接高频扼流器件，一般用中心孔穿有导线的高频铁氧体磁珠。

2.4 抗干扰布线

具有微处理器的电子系统，抗干扰和电磁兼容性是设计过程中必须考虑的问题，特别是对于时钟频率高、总线周期快的系统;含有大功率、大电流驱动电路的系统;含微弱模拟信号以及高精度A/D变换电路的系统。为增加系统抗电磁干扰能力应考虑采取以下措施：

(1)选用时钟频率低的微处理器。只要控制器性能能够满足要求，时钟频率越低越好，低的时钟可以有效降低噪声和提高系统的抗干扰能力。

(2)减小信号传输中的畸变。当高速信号在铜膜线上传输时，由于铜膜线电感和电容的影响，会使信号发生畸变，当畸变过大时，就会使系统工作不可靠。一般要求，信号在电路板上传输的铜膜线越短越好，过孔数目越少越好。要求长度不超过25cm，过孔数不超过2个。

(3)减小信号间的交叉干扰。当一条信号线具有脉冲信号时，会对另一条具有高输入阻抗的弱信号线产生干扰，这时需要加一个接地的轮廓线将对弱信号线进行隔离。对于不同层面之间的干扰可以采用增加电源和地线层面的方法解决。

(4)注意电路板与元器件的高频特性。在高频情况下，电路板上的铜膜线、焊盘、过孔、电阻、电容、接插件的分布电感和电容不容忽略。由于这些分布电感和电容的影响，当铜膜线的长度为信号或噪声波长的1/20时，就会产生天线效应，对内部产生电磁干扰，对外发射电磁波。

(5)处理好地线。按照前面提到的单点接地或多点接地方式处理地线。将模拟地、数字地、大功率器件地分开连接，再汇聚到电源的接地点。电路板以外的引线要用屏蔽线，对于高频和数字信号，屏蔽电缆两端都要接地，低频模拟信号用的屏蔽线，一般采用单端接地。对噪声和干扰非常敏感的电路或高频噪声特别严重的电路应该用金属屏蔽罩屏蔽。

(6)去耦电容。去耦电容以瓷片电容或多层陶瓷电容的高频特性较好。设计电路板时，每个集成电路的电源和地线之间都要加一个去耦电容。去耦电容有两个作用：一方面是本集成电路的储能电容，提供和吸收该集成电路开门和关门瞬间的充放电电能;另一方面，旁路掉该器件产生的高频噪声。一般情况下，选择0.01-0.1μF的电容都可以。

3 结束语

在印制电路板的设计过程中，初学者利用软件的智能化自动布局和自动布线来进行设计，希望设计成功，却常常事与愿违。因为他们忽略了最重要的一点，就是布局布线的原则以及规则的设置。只有熟练掌握元器件的布局和走线原则，采用自动布局与手动布局相结合和自动布线与手动布线相结合的设计方法才能使电路板的设计在最大程度上满足设计者的意图。

摘要：印制电路板的元器件布局和布线的正确结构设计,是决定电子作品能否可靠工作的一个关键因素。本文详细介绍了印制电路板的元器件布局和布线原则。

关键词：印制电路板,布局,布线,原则

参考文献

[1]张伟,王力.Protel DXP入门与提高[M].北京:人民邮电出版社,2004.

[2]杨宗德.Protel DXP电路设计制板100[M].北京:人民邮电出版社,2005.

多层印制电路板热设计方法研究 篇9

多层PCB(PCB)在电子插件和设备中使用广泛, 其作为最常用的器件集成平台,成功地把电路基板、电路元件等有机链接在一起[1]。目前各类电子装备正积极朝向多功能、重量轻及体积小方向发展,其中所常用的集成电路元件愈发密集,加之PCB上的SMT技术近年来进展迅猛,从而使得设备单元空间热流密度显著攀升。另外值得注意的是工程设计中射频集成电路元件的批量选用,电频率点上浮,也是造成热流密度增大的重要因素[2]。假设上述存在的严峻热况处理不当,肯定会导致电路中的各种半导体元件和热灵敏件性能下降,具体表现有元件焊点脆化、工作状态漂零及信号指标失真等,最终影响到整个电路模块的有效性[3]。相关统计数据表明55%的电子产品失效与过高的热环境应力有关,在航空航天产品中热控设计不可忽视,对于这些特种环境中的各类电路如果热设计方法不恰当很可能引发整个系统工程的崩溃,所以对电子装备研制中板基印制电路的热设计必须给予重视[4]。本文研究的多层PCB热设计的目的是采取有效的方法降低电路元件温度,以及调控印制板本体热况,使整个电子设备基于合适温度正常工作。以下主要探讨多层PCB热设计及其实现方法。

1 热设计方法

电子设备处于低温环境中需要通过制热来保证其正常工作,常用设计手段有电加热器制热、热电制热及热管传热等,保温制热技术在工程设计中较易于实现,亦相对成熟,在本文中不作重点论述。但处于热环境中的电子设备散热问题就显得较为困难,其PCB的热设计技术也相对复杂,下面对此加以详细阐述。

1.1 多层印制电路板热源机制

PCB中热量的生成机制较为复杂,大致讲主要来源有:1)电路半导体元件的功率损耗,当量电路输入功率通过性能实现转化成电指标输出,其余功率敷在底层裸芯片及基体渐进损耗,从而激化生热。此热源点是多层PCB上的主要热源,其器件发热量决定于输入功率和工作占空比,所以在电路板设计过程中应首选功耗较小的器件,从系统性能上顶层设计来降低发热功耗,从而达到调控其结壳温度的目的。另外还应考虑元器件工作带的设置,一般而言需满足其额定工作温度区域,位于此区域内运行状态稳定,有利于发挥最佳性能,延长工作寿命。其次大部分功放元件由于自身热耗相对较大,为了免于长时间满负荷高频点运行,必须在设计初期严格实行降额设计原则,从底层热源机理上合理考虑设计裕度。2)PCB本身基板发热,PCB基本成型材料为绝缘介质和铜导体,一般认为绝缘介质用于托载电路图形,不存在发热,而铜导体覆蚀线路自身电阻因电流交变功率损耗而制热,不过在实际设计中电流只限于mA、μA级时不予考虑,而大电流通断时则不能忽视。

1.2 印制板结构热设计

对于PCB来说,其散热途径无外乎导热、对流、辐射,为了满足其热性能指标,目前主要采取的散热措施有:1)自然冷却,如冷板导热、自然对流、辐射换热等;2)强迫冷却,如液体冷却、风机散热等;3)相变冷却,如热管传热、喷雾冷却等。对多层PCB自身结构的热设计,可以从以下几个方面进行考虑。

(1)选材。现今大量采用的环氧玻璃布类板材虽电气性能好导热性能差,需尽可能使用导热性能好的板材,如陶瓷基材、T-Lam基材、复合基材等。

(2)提高铜箔剩余率。为达到PCB良好的散热效果,应尽量使每一层基板减薄,铜箔层增多加厚, 从而提高铜箔剩余率,增大板等效导热系数。

(3)增加导热金属化通孔。这种孔相当于一个细铜导管沿板厚度方向从其表面穿透,使印制板正面的热量向背面迅速传导至其它散热层。

(4)采用金属夹芯式印制板。即指在多层覆铜板某面附上金属板而压制成型,由于其芯材可以为铝、铜、铁等,因此印制板上的器件热量能通过金属夹芯高效率地传递到外部散热体。

1.3 印制板布局热设计

印制板上的元器件布置空间设计是印制板全局温度调控的关键步骤,单纯从散热路径来讲所起用的效应不容忽视,特别针对于电子机柜类的垂直插拔印制板插件来说作用较为显著,主要需注意如下几个方面。

(1)电路元件装配方向和位置要遵循热流动特性。具体来讲采用自然对流冷却时按照元件长宽形状选取纵向长排布置为宜,强迫风冷时应选择横向长排布置为优,特别工况时能通过添加扰流装置加强空气对流。

(2)大量元器件中承热能力各有不同,应根据其热耗和承热能力各异布局,一般来说不宜把不承热的元件放在热流出口处。

(3)多层元件尽量水平交错布局。高密度电路模块应以放置于通风道上游为宜,低密度电路模块布置在通风道下游,从而保证电路板上温差一致性。

(4)功放类器件应着重考虑周边分散布置, 垂直插拔向上应尽量贴近印制板上方,避免干扰其它元件的热况,水平插拔向上应尽量贴近印制板边缘,减短散热途径。

(5)设备各PCB间距应尽量相等,电路元件阵列需以均匀一致为优,免于某个区域存留空间较大, 不利于空气充分稳流。

(6)对热敏感的部件、元器件应远离热源或将其隔离,印制板热终端输出尽可能地利用金属机箱或底盘。

1.4 印制板安装热设计

为使PCB达到良好的散热性能,除了上述印制板结构和布局设计外,还应特别关注PCB上元器件的热安装技术。具体到工程设计中,需要注意下面几个方面。

(1)引线安装孔应采用金属化镀覆孔,以降低引线至印制板的热阻。

(2)采用汇流排技术能快速提升印制板热安装的散热性能,加强汇流排设计如同针对印制基板增加了性能优良的散热沉,并改善了其板基抗干扰效能。

(3)对于表面贴装的元器件,采用成熟的SMT技术能保证其热安装性能,但其余需要的螺接器件最好骑跨安装在导热器件上,这样能有效减小电路元件和基板间的热阻尼。

安装界面要视要求保证较小的粗糙度,按条件紧压以减小接触热阻,另外还可在界面上采用导热脂和导热垫以及适当的表面处理达到减小热阻的目的。

2 热设计实例

选用某产品波控单机CPU功能电路板插件的地面鉴定试验作为此次多层PCB的热设计实例。具体内容如下:

CPU功能电路板插件是波控单机中的主要部件, 其具有元器件集成度高、装配尺寸紧密的特点。插件主要发热器件为8位微控制器、RAM及PROM,均表贴或插装焊在PCB上,其中8位微控制器热耗约为0.43W,RAM约为0.25 W,PROM约为0.37 W。

波控单机壳体尺寸:205×103×198mm,材料为铝材2A12,导热率为117.2W/m.K,热容量为3944.8J/K,表面发射率大于0.85;电路基板尺寸为119×184×2.36mm,覆铜率为5.5%;单机安装底板尺寸为20394mm2,平面度为0.1/100×100,粗糙度3.2μm。单机基本工况为:1)环境温度为40℃;2) 大气压力为1atm;3)自然对流;4)无太阳辐射;5) 底板恒温取自环境温度。

采用电子设备热分析软件FLoTHERM对波控单机CPU功能电路板插件进行仿真建模及分析,设定环境计算区域均为单机的1.5倍,利用FLoTHERM自带的网格划分工具“System Grid”,进行模型的“Fine”自动化网格划分,对于单机内部空间进行“GridConstraints”局部网格细化,重点加密插件单元器件和电路板表层面,从而提高计算精度。设置初始温度和速度均为0,舱体内部视完全密封,各接触边界完整, 热流走向分平面向和法向传导。基本模型如图1所示。

波控单机中的CPU功能电路板插件的初始态热分布如图2所示,由图可知CPU功能电路板上的热点过于集中,最高温度可达到103℃。根据单机内部气流特性对CPU功能电路板上的元器件重新进行热设计布局,让器件布局遵循"周边、分散"的原则,其仿真结果如图3所示,图中电路板上元器件的最大温升为51.5℃,比初始态下降了12.5℃。再从电路板自身特性覆铜率考虑,增加铜箔量至9.5%,其仿真结果如图4所示,此时最高温度已下降至84.6℃。为了使电路板均温性进一步提升,在电路板上下两侧增加铝基汇流排,结果显示平均温升继续下降了4.7℃ (图5)。通过上述一系列热设计措施,波控单机CPU功能电路板插件上的元器件最大温升从63℃降至了39.9℃,从而使其严峻的热工况得到了有效控制。

3 结束语

电路板设计 篇10

1 PCB板层的概念

与字处理或其他许多软件中为实现图、文、色彩等的嵌套与合成而引入的“层”的概念有所不同，Protel的“层”不是虚拟的，而是印制板材料本身实实在在的铜箔层。

现今，由于电子线路的元件密集安装、防干扰和布线等特殊要求，一些较新的电子产品中所用的印制板不仅有上下两面供走线，在板的中间还设有能被特殊加工的夹层铜箔，例如，现在的计算机主板所用的印板材料多在4层以上。如下图计算机主板印板材料清楚的写明了为6层。

板层数，一般情况下决定了印刷电路的复杂程度，层数越多，可以越简单的完成复杂的线路链接，电气性能更好，更加适用于高频稳定运行，安定行也就更好。

1)顶层(Top Layer)，也称元件层，主要用来放置元器件，对于比层板和多层板可以用来布线。

2)中间层(Mid Layer)，最多可有30层，在多层板中用于布信号线。

3)底层(Bootom Layer)，也称焊接层，主要用于布线及焊接，有时也可放置元器件。

4)顶部丝印层(Top Overlayer)，用于标注元器件的投影轮廓、元器件的标号、标称值或型号及各种注释字符。

5)底部丝印层(Bottom Overlayer)，与顶部丝印层作用相同，如果各种标注在顶部丝印层都含有，那么在底部丝印层就不需要了。

6)内部电源接地层(Internal Planes)

7)机械层(Mechanical Layers)

8)阻焊层，也称主焊层(Solder Mask-焊接面)，有顶部阻焊层(Top solder Mask)和底部阻焊层(Bootom Solder mask)两层，是Prote PCB对应于电路板文件中的焊盘和过孔数据自动生成的板层，主要用于铺设阻焊漆.本板层采用负片输出，所以板层上显示的焊盘和过孔部分代表电路板上不铺阻焊漆的区域，也就是可以进行焊接的部分。

9)防锡膏层，也称SMD贴片层(Past Mask-面焊面)，有顶部防锡膏层(Top Past Mask)和底部防锡膏层(Bottom Past mask)两层，它是过焊炉时用来对应SMD元件焊点的，也是负片形式输出。板层上显示的焊盘和过孔部分代表电路板上不铺锡膏的区域，也就是不可以进行焊接的部分。

10)禁止布线层(Keep Ou Layer)

11)多层(MultiLayer)

12)NC钻孔层，(NC Drill)

13)钻孔参考图层，(Drill Drawing)

2 PCB板过孔

为连通各层之间的线路，在各层需要连通的导线的交汇处钻上一个公共孔，这就是过孔。简单的说来，PCB上的每一个孔都可以称之为过孔。从作用上看，过孔可以分成两类：一是用作各层间的电气连接;二是用作器件的固定或定位。工艺上在过孔的孔壁圆柱面上用化学沉积的方法镀上一层金属，用以连通中间各层需要连通的铜箔，而过孔的上下两面做成普通的焊盘形状，可直接与上下两而的线路相通，也可不连。在高速,高密度的PCB设计时，设计者总是希望过孔越小越好，这样板上可以留有更多的布线空间，此外，过孔越小，其自身的寄生电容也越小，更适合用于高速电路。但过孔尺寸的减小同时带来了成本的增加，而且过孔的尺寸不可能无限制的减小，它受到钻孔(drill)和电镀(plating)等工艺技术的限制：孔越小，钻孔需花费的时间越长，也越容易偏离中心位置;且当孔的深度超过钻孔直径的6倍时，就无法保证孔壁能均匀镀铜。

一般而言，设计线路时对过孔的处理有以下原则：

1)尽量少用过孔，一旦选用了过孔，务必处理好它与周边各实体的间隙，特别是容易被忽视的中间各层与过孔不相连的线与过孔的间隙，如果是自动布线，可在“过孔数量最小化(Via Minimiz8tion)”子菜单里选择“on”项来自动解决。

2)从成本和信号质量两方面考虑，选择合理尺寸的过孔大小。

3)电源和地的管脚要就近打过孔，过孔和管脚之间的引线越短越好，因为它们会导致电感的增加。同时电源和地的引线要尽可能粗，以减少阻抗。

3 PCB板焊盘

焊盘(land or pad),表面贴装装配的基本构成单元，用来构成电路板的焊盘图案(land pattern)，即各种为特殊元件类型设计的焊盘组合。当一个焊盘结构设计不正确时，很难、有时甚至不可能达到预想的焊接点。焊盘的英文有两个词：Land和Pad，经常可以交替使用;可是，在功能上，Land是二维的表面特征，用于可表面贴装的元件，而Pad是三维特征，用于可插件的元件。

焊盘是PCB设计中最常接触也是最重要的概念，但初学者却容易忽视它的选择和修正，在设计中千篇一律地使用圆形焊盘。选择元件的焊盘类型要综合考虑该元件的形状、大小、布置形式、振动和受热情况、受力方向等因素。Protel在封装库中给出了一系列不同大小和形状的焊盘，如圆、方、八角、圆方和定位用焊盘等，但有时这还不够用，需要自己编辑。例如，对发热且受力较大、电流较大的焊盘，可自行设计成“泪滴状”，在大家熟悉的彩电PCB的行输出变压器引脚焊盘的设计中，不少厂家正是采用这种形式。

作出板子来看相同规格的焊盘和过孔，物理上没有任何区别，但是在pcb设计过程中还是有很多细小的区别的!作为安装孔时，焊盘和过孔在内孔覆铜上有区别，焊盘的内控通过设置属性可以没有覆铜，而过孔不可以。如果选中焊盘属性Advanced标签下的plated选项，则表示焊盘的内孔带覆铜，反之表示焊盘的内孔不带覆铜。过孔是圆的，焊盘可以任意形状。焊盘不可以加阻焊绿油，过孔要求的话可以的。

一般而言，自行编辑焊盘时除了以上所讲的以外，还要考虑以下原则：

1)形状上长短不一致时要考虑连线宽度与焊盘特定边长的大小差异不能过大。

2)需要在元件引脚之间走线时选用长短不对称的焊盘往往事半功倍。

3)各元件焊盘孔的大小要按元件引脚粗细分别编辑确定，原则是孔的尺寸比引脚直径大0.2～0.4mm。

4 PCB板的各类膜

在PCB制作过程当中各类膜(Mask)是必不可少的，而且更是元件焊装的必要条件。按“膜”所处的位置及其作用，“膜”可分为元件面(或焊接面)助焊膜(Top or Bottom SOlder Mask)和元件面(或焊接面)阻焊膜(Top or Bottom Paste Mask)两类。

助焊膜是涂于焊盘上，提高可焊性能的一层膜，在板子上为浅色圆，比焊盘略大。而阻焊膜正好和助焊膜互补，涂在焊盘以外的各部位，用于阻止这些部位上锡。

5 PCB板的丝印层

为方便电路的安装和维修等，在印制板的上下两表面印制上所需要的标志图案和文字代号等，例如元件标号和标称值、元件外廓形状和厂家标志、生产日期等等。

不少初学者设计丝印层的有关内容时，只注意文字符号放置得整齐美观，忽略了实际制出的PCB效果。他们设计的印板上，字符不是被元件挡住就是侵入了助焊区域被抹除，还有的把元件标号打在相邻元件上，如此种种的设计都将会给装配和维修带来很大不便。

6 PCB板的敷铜

所谓敷铜，就是将PCB上闲置的空间作为基准面，然后用固体铜填充，这些铜区又称为灌铜。敷铜的意义在于，减小地线阻抗，提高抗干扰能力;降低压降，提高电源效率;还有，与地线相连，减小环路面积。另外，对需要过大电流的地方也可以敷铜以加大过电流的能力，如果要对线路进行包导线或补泪滴，那么敷铜应该放在最后进行。

敷铜需要处理好几个问题：一是不同地的单点连接，做法是通过0欧电阻或者磁珠或者电感连接;二是晶振附近的敷铜，电路中的晶振为一高频发射源，做法是在环绕晶振敷铜，然后将晶振的外壳另行接地;三是孤岛(死区)问题，如果觉得很大，那就定义个地过孔添加进去也费不了多大的事。

另外关于地线大面积敷铜是全铜敷铜还是网格敷铜好的问题，大面积敷铜,具备了加大电流和屏蔽双重作用，单纯的网格敷铜主要还是屏蔽作用，加大电流的作用被降低了。加网格的目的未必是为了美观，而是可以防止和缓解铜箔粘胶焊接的时候产生的气体使铜箔起泡。所以，就是大面积敷铜，也要注意开几个槽，缓解铜箔起泡。

7 PCB板布线设计

布线的方法和布线的结果对PCB的性能影响很大，一般布线应遵循以下原则：

1)一般来说若铜箔厚度为0.05，线宽为1mm～115mm的导线大致可通过2A电流数字电路或集成电路线宽大约为012mm～013mm。

2)导线之间最小宽度，对环氧树脂基板线间宽度可小一些，数字电路和IC的导线间距一般可取到0.15mm～0.18mm。

3)对数字信号和高频模拟信号由于其中存在谐波，故印制导线拐弯处不要设计成直角或夹角。

4)输出和输入所用的导线避免相邻平行，以防反馈耦合，若必须避免相邻平行，那么必在中间加地线。

5)对PCB上的大面积铜箔，为防变形可设计成网格形状。

6)若元件管脚插孔直径为d，焊盘外径为d+1.2mm。

摘要：该文主要介绍了几种PCB板设计制作术语,包括层、过孔、焊盘、膜、丝印层、敷铜和布线原则等,希望读者能够通过介绍更容易地掌握PCB板设计。

关键词：Protel DXP,PCB板,层,过孔,焊盘

参考文献

[1]李精华.用Protel DXP设计电路板的原理和方法[J].西安航空技术高等专科学校学报,2006(3).

[2]高明远.Protel DXP电路设计与运用[M].化学工业出版社.

IC集成电路设计充电计划 篇11

1模拟集成电路人才养成班

课程简介：本课程讲授CMOS模拟集成电路结构的分析与设计，详细介绍各种模拟电路模块的设计，还有设计所必须考虑的测试问题，进而通过课题实践范例和专题制作，让学员掌握CMOS模拟集成电路的实际设计方法、实用技巧以及成熟的设计经验。

基本要求：掌握模拟集成电路基本原理与实际范例，能分析和设计各类CMOS模拟集成电路，掌握CMOS模拟电路设计流程和设计方法，具备一定的实际设计经验。

教学方式：讲授基本原理和概念，课堂分析典型模拟集成电路，讲师重点讲授2个专题，加深对理论的理解，掌握一定的实际设计经验，在此基础上，讲师指导学员以项目小组形式进行一个完整的设计项目，完成整个模拟集成电路设计的流程，从而具备一个模拟集成电路设计工程师的基本素养。

入学要求：学员应为微电子、电子信息、通信工程和计算机或相关专业，具备电子电路，通信原理，半导体物理，微电子等基本知识，对CMOS模拟集成电路设计有基本的理解和掌握。

01模拟电路设计基础

课程说明：本课程授课内容包含CMOS模拟电路工艺与器件模型分析。电流镜电路分析与设计、参考源电路设计：在此基础上讲授模拟电路的噪声模型与分析以及开关电容电路设计等。同时，穿插学习Unix／Lunix操作系统及命令，Verilog-A硬件描述语言，前端设计常用EDAT具的安装，调试及基本使用方法。通过本课程的学习，学员可以独立完成模拟电路的设计和仿真验证，并具备模拟前端设计的基础素养。

课程大纲：

1模拟电路基础

2工艺与器件模型

3电流镜电路设计

4参考源电路设计

5模拟电路的噪声模型与分析

5.1噪声的时域分析

6开关电容电路

7Unix／Lunix操作系统及命令

8Verilog-A硬件描述语言

9EDA工具安装、调试及基本使用方法

02放大器电路设计

课程说明：本课程授课内容包含实践性的放大器电路设计、运放反馈设计，运放稳定性与频率补偿、运算跨导放大器(OTA)、比较器设计等，并以高性能运放和比较器为实例进行典型分析与指导，涉及模拟前端设计工程师需要掌握的所有相关技术和完整设计流程。通过本课程的学习，学员可以独立完成从设计规范到网表的完整设计过程，并能够进行仿真验证分析和测试电路设计，保证电路符合设计指标和测试需求。同时，穿插其中的电路设计实践，有效提升学员分析，设计、优化电路的能力，并能够较熟练的使用EDA工具。

课程大纲

1基本的放大器电路

2运放的反馈设计

3运放的稳定性与频率补偿

4运算跨导放大器(OTA)

5比较器设计

6典型的设计实例

7EDAT具综合使用

8电路设计实践和作业

03AD／DA电路设计

课程说明：本课程授课内容包含实践性的AD／DA电路模型分析、SNR分析、ADC~DAC电路结构分析，仿真验证技术等。并以SAR ADC电路为设计实例，着重讲述各模块电路的划分与设计技巧。通过本课程的学习，学员可以独立完成AD／DA电路从设计规范到网表的完整设计过程，并能够进行仿真分析和测试电路设计，保证电路符合AD／DA设计指标和测试需求。

课程大纲：

1 基本的数据转换电路分析

2AD／DA的设计指标

3数据转换器模型分析

4数据转换器SNR分析

5ADC结构分析

6DAC结构分析

7SAR ADC设计实例

8电路设计实践和作业

04 PLL电路设计

课程说明：本课程授课内容包含实践性的PLL电路系统分析，电路设计、Charge Pump设计、LPF设计、VCO设计、仿真验证技术等，并以一个PLL设计实例，来完成PLL所有相关技术和完整设计流程。通过本课程的学习，学员可以独立完成PLL从设计规范到网表的完整设计过程，并能够进行仿真分析和测试电路设计，保证电路符合设计指标和测试需求。

课程大纲：

1PLL的基本原理

2PLL的系统模型

3Charge Pump设计

4，Low Pass Filter设计

5VCO设计

6典型的设计实例

7电路设计实践和作业

05版图与测试

课程说明：本课程授课内容包含实践性的模拟电路版图设计，ESD设计技术、测试电路技术，可测性设计技术等，并以ADC的测试为实例进行分析。通过本课程的学习，学员可以掌握模拟电路基本的测试方法和测试流程，以及测试电路设计。并进一步加深对前面相关课程和ADC设计电路的理解。

课程大纲：

1模拟电路版图设计

2基本的ESD设计

3基本的测试电路分析

4ADC测试实例分析

06专题制作

课程说明：以一个实际设计(10bit 5MHz Pipeline ADC或250MHz PLL)为专题作品，使学员在综合运用模拟电路、VLSI电路设计、Verilog-A硬件描述语言，Matlab建模仿真等知识的基础上，进行电路设计和仿真分析的实践，完成一个从设计规范到网表实现的前端设计流程。实习将参照公司产品开发流程，所有学员分成项目组，制定项目计划和产品开发进度，严格按照要求进行产品开发。讲师将手把手带领学员完成专题制作，学员在本部分将综合运用所学技术和理论知识，发现和解决各种实践中的问题，并真正体会团队协作的作用。

以上两个专题练习(ADC或PLL设计)学员可以任选其一。

课程大纲：

1项目概述和设计流程

2设计规范

3 任务分配

4 电路设计

5 仿真验证

6 版图设计

7 后仿真

8 项目评审

9 项目总结

学时：100学时

开课时间：2008年01月1 2El

上课时间：周六及周日9：00～17：00

费用：学费6000元，包括听课、讲义、资料，辅导、上机软硬件费用、证书等，食宿自理。

优惠

2007年12月25日前报名，免收报名费及可享受优惠价5500元

在校学生在2007年1 2月25日前报名，可享受优惠价5200元

2数字集成电路设计基础班

课程代码：DJC004

课程说明：基础知识和入门培训，

电路板设计 篇12

过去的几十年内, 我国从国外引进了一些自动化系统和设备, 其中军方和火力发电厂是主要的引进单位。这些设计芯片自成体系, 典型的以微处理器1806BM系列为核心, 总线收发器、锁存器、中断控制器等形成自己独立的通信和控制设备。随着时间的推移, 备件也几乎耗尽, 为了维护系统的正常运行, 必须进行板级的替代, 替代板量很大, 由不同的单位完成, 而一些核心、加解密设备又只能由总装单位管理, 因此如何保证替代板的研制正确率, 如何测试替代板是一个迫切的问题。

对批量生产的厂家而言, 即使有1套完整的设备, 可是如果每个人研制的替代板都要上设备插拔, 一是影响其它人的测试, 二是如果有错误会产生误动作, 影响设备寿命。因此, 有1套直接测试的简易设备, 以自己的固定序列形成测试库是很有必要的。

目前我们国家仍然引进不少的设备, 这些设备仍然坚持自己的芯片和系统, 因此将来还存在板级、芯片的替代, 研制的数字电路板测试诊断系统 (以下简称TE3) 仍然有使用空间。

1 TE3的设计

1.1 组成

TE3主要针对中小规模数字逻辑芯片构成的电路板, 实现组合和时序等逻辑网络的逻辑功能正确性的测试检查, 为专业技术人员诊断数字电路板故障, 查找故障元件提供多种技术手段。

TE3主要针对特定的数字电路板 (中小规模芯片) 进行设计, 由自动测试设备 (ATE) 、测试程序集 (TPS) 和测试运行环境 (TE) 3个主要部分组成[1]。

ATE主要用于提供一个实现电路板功能测试和故障诊断的自动化平台, 作用是通过针对被测对象编写专门的测试程序和运行环境来完成的。ATE由PC计算机、通信接口、自动测试控制部件和管理程序组成。PC计算机通过通信口与自动测试控制部件交换信息[2]。自动测试控制部件接受PC机的命令, 测试数据流, 生成测试向量, 将测试向量输出到标准版和故障板;接受标准版和故障板的输出向量回送给PC机[3]。测试程序集由测试诊断程序、引导测试操作和TPS执行文档组成[4]。

测试运行环境包括TPS结构说明、测试编程手段, 以及测试诊断向量设计需求的标准描述格式和测试方案信息。

1.2 工作原理

TE3采用功能测试法, 直接利用电路板的输入和输出端口作为激励和响应点, 对测试和标准2种样本在相同的环境下使用相同的测试序列同时进行测试, 并回收两者的输出序列, 用计算机比对两者输出, 以判定被测试样本的逻辑功能是否正确。设备连接关系如图1所示。

PC程序采用VC和VB混合编程, 底层通信程序使用VC[5], 界面使用VB[6]。界面是编辑波形序列, 通过点击波形使其在0, 1之间进行取舍。界面容量可以达20 000个时序[7]。通过人工编辑可以形成测试向量库, 并形成测试经验库[8]。VC主要完成和单片机之间的双向通信程序, 通信的顺序如下:选择测试向量→形成测试流→采用乒乓方式通信→测试设备序列→形成显示。其中乒乓通信保证了发送方和接受方的实时切换。显示内容放在1个大的缓冲区中, 缓冲区在充满后实时写入硬盘。乒乓通信方式实现原理如下:设A和B两个缓冲区, 在发送A缓冲区的数据之后, 立即读取B缓冲区的数据, 此时单片机处理A区的数据形成测试向量加载, 读单片机B的同时, A区也写满了加载向量的测试结果。乒乓机制必须保证1个读写的启动, 形成一种兵乓连续的读写机制, 保证测试数据的发送和接收的准实时[9]。

读写机理:初始化A, B;发A, B, 循环开始读A, 发A, 读B, 发B, 最后读B即可。

通信协议格式如图2所示。

数据生成主要由主界面完成, 在主界面上可以对相应位上、通道上的测试序列进行点击修改, 并作为测试文件保留在历史库, 测试文件以时间到秒命名并保留。

VB程序完成数据矢量的编辑和测试结果的显示[10]。

系统主界面可以对时序信号点击编辑, 随时让某个时间点的输入信号变化, 也可以选择某列使整个列的信号变化。界面以外的信号可以通过滚动条观察, 使用比较方便。界面可以单步设置断点, 对某个时间界面上的信号持续观察, 也可以循环对1段信号连续发送观察, 适合电路板的调试。

单片机采用CF8051F120系列单片机。该单片机提供USB驱动, 并有丰富的I/O接口, 可以保证对外部设备的扩展。对I/O口采用统一编址的方法, 逐一读取其I/O上的电平, 并进行轮询。工作过程中为了保证电源加载安全, 给出上述协议中类型位为0和1, 分别是电源的加载和去载。每次完成测试, 都有这个过程。形成测试结果送PC机显示保存。

2 应用前景

目前TE3已经用于某型系统国内板级仿制测试。为了安全考虑, 不能对仿制、替代的电路板直接运行系统调试, 必须在对仿制板的线下测试可靠后, 才允许上机替代。TE3可为线下测试提供可靠的保障。

未来以TE3测试设备为基础, 建立以PC为基本测试点的网络测试系统, 可形成远程故障和诊断系统, 如图3所示。

中心站通过通用网络, 建立各个测试点的测试和反馈向量数据库, 并在一定的时段向测试点发出测试指令, 检查测试点上传的向量, 对测试点板级设备进行诊断, 实时了解远程设备的运行情况。

网络点之间协议交换格式如图4所示。

接收方根据目的地址, 判定自己是否是节后指令, 并提取检测次数和开始时间, 根据检测序列号对设备进行检测, 检测后的结果存入用户根据历次测试形成的分类库, 该库由系统自动生成, 用户只要按存入按键即可, 并通过网络上报中心节点。

上报中心节点协议交换格式, 交换以大文件的方式上传, 如图5所示。

3 结语

本测试诊断系统, 目前主要针对数字和通信系统测试, 对于模拟系统尚未展开, 以后可以进行扩充, 现在正在用PCI-E总线替代USB, 这样测试理论速率可达G级。运用本系统可以对任意序列组合进行单步和循环的发送, 直接对结果在标准电路板和测试电路板间进行比对, 给出故障信号的来源, 大大提高了电路板设计和调试的效率, 可以推广应用在各个电子设计领域。目前已经在工信部第十五研究所应用, 效果良好, 现正在和水利信息领域的专家接洽, 希望在水利领域推广。

长江微电子技术 (大连) 股份有限公司针对FPGA (现场可编程门阵列) 电路板的测试和仿真、逻辑判断技术先进, 已经取得国家发明专利, 但缺少系统可编辑的序列输入, 不能满足设计者根据自己的逻辑反复测试和试验的要求。

数字电路板测试诊断系统有待完善的地方:FPGA CPLD等大规模逻辑电路, 基于Verilog语言的设计, 可以针对其Verilog程序的编译系统在系统内加入, 这样根据其综合生成逻辑门级电路, 可以将信号逐级传送, 推导各个点直至出口信号, 形成真正的职能诊断系统。

摘要：对于国外引进的自动化系统和设备, 需要大量的替代和备用数字电路板件, 为提高数字电路板加工的正确性和工作效率, 给出数字电路板测试诊断系统的设计方案, 介绍测试诊断系统的主要组成, 分析功能测试法的工作原理, 从而判定被测试样本的逻辑功能是否正确, 并展望测试诊断系统的应用前景。

关键词：数字电路,电路板,测试,诊断,测试序列

参考文献

[1]Cygnal Integrated Products, Inc.C8051F单片机应用解析[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2002:43-49.

[2]潘琢金, 施国君.C8051Fxxx高速soc单片机原理及应用[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2002:52-63.

[3]阎石.数字电子技术基础[M].5版.北京:高等教育出版社, 2006:70-100.

[4]赖麒文.8051单片机C语言软件设计的艺术[M].北京:科学出版社, 2002:87-95.

[5]Jan Axelson.USB开发大全[M].李鸿鹏, 郑瑞霞, 陈香凝, 等译.北京:人民邮电出版社, 2011:30-50.

[6]CSDN gaokaji16.VC下USB编程[EB/OL].[2013-04-15].http://download.csdn.net/detail/v200x/4133499.

[7]CSDN weirdyouyang.USB2.0协议 (英文版) [EB/OL].[2013-04-15].http://download.csdn.net/detail/lingess/3500079.

[8]龚正虎.测试序列生成的形式方法[J].计算机工程与应用, 1996 (2) :1-2.

[9]CSDN bloghome.VC多线程编程技术资料集[EB/OL].[2013-04-15].http://download.csdn.net/detail/bloghome/1169588.