覆铜等设计

PCB(印刷电路板)设计, 是以"电路原理图"为根据实现电路设计者所需要的功能。
"PCB设计"主要指"版图设计", 需要考虑:

"外部Connections(连接)"的布局,
"内部Components(电子元器件)的优化布局,
"金属连线" 和 "Via通孔" 的优化布局,
EM(电磁)保护,
热耗散,
等各种因素.

优秀的“PCB版图设计”可以:

节约生产成本，
达到良好的电路性能和散热性能，

简单的版图设计, 可以手工实现.
复杂的版图设计, 需要借助CAD(计算机辅助设计)实现.

PCB 设计流程及基本使用

下图: "实现的" PCB设计流程

绘制PCB的流程主要包含:

导入原理图设计到PCB设计工具
设置PCB尺寸
PCB布局
PCB布线
PCB验证
PCB工程文件输出

PCB 层标签(主界面底部有"层控制标签"条)

一个PCB有“不同的层”构成，包括“铜导电、绝缘、保护屏蔽、文本和图像丝印层等.
打开 "PCB设计文件(*.PcbDoc, File->New->PCB)", 进入PCB编辑器时，
此时AD软件主界面的底部为"层控制标签"条, 不同的"层"控制标签, 使用不同的颜色标识.
以便在 "不同的层" 进行 "绘图操作"。

PCB布局设计

PCB设计流程，首先确定"电路板"的"尺寸与形状"，然后对电路的Components元器件进行布局.
本节介绍电路板的"尺寸设置"和"布局原则及设置".

PCB 形状和尺寸设置

开始PCB设计前, 必须确认PCB的形状和尺寸。
一般来说，PCB的形状和尺寸由设计要求给出；
没给出时，由PCB设计者通盘考虑, 确定PCB的形状和尺寸。
例如, 以一个长方形的PCB设计为例:
其尺寸的长宽比例为:120mm:90mmPCB形状和尺寸。
设置的步骤主要包括:

AD软件主界面菜单，选择“File->New->Project”,
创建一个名为PCB_Project1.PrjPCB的新项目，
并为新项目添加名称为 PCB1.PCBDoc的文件。
AD软件主界面“右下角”，选择“Panels->View Configuration”, 打开视图配置界面.
- 将 "mechanical 1" 的名称改为 "PCB boundary".
AD软件主界面菜单，选择“Edit->Origin->Set”, 设置:
- 图纸背景为Black(黑色)
- 左下角为Origin(原点)
- 并通过 "快捷键Q" 设置 "绘图单位" 为 mm(毫米).
将“绘图标签”切换到“PCB boundary”。
在AD软件主界面菜单下, 选择“Place ->Rectangle”，
- 在 Origin(原点)处放置“矩形边框”，尺寸设置为:
  Width:120mm, Height: 90mm，作为PCB Boundary(PCB外部边界)。
选取"4."步在Origin(原点)处放置的“矩形边框”，
在AD软件主界面菜单, 选择:
“Design->Board Shape->Define Board Shape From Selected Objects”,
可设置当前选取的“矩形边框”为PCB Board Shape(PCB板形状).
在AD软件主界面菜单, 选择:
“Design->Board Shape->Create Primitives From Board Shape”,
在“Line/Arc Primitives From Board Shape[mm]”对话框:
- 设置 Layer 为 Keep-Out Layer
- 单击 OK 按钮退出
  将生成用于布局和布线的“Keep-Out Layer(禁止布线层)”边界。

PCB布局规则的设置

PCB布局前, 设置一些布局规则，以保证正确实现PCB布局.
设置PCB布局规则的步骤包括:

通过快捷键“Ctrl+G”进入“Grid Editor(栅格编辑器)”, 设置如下:
- Step X: 0.1mm
- Step Y: 0.1mm
- Multiplier: 5x Grid Step
在AD软件主界面菜单, 选择“Designer->Rules”，打开:
“PCB Rules And Constrains Editor(PCB规则和约束编辑器)”,
在该对话框，设置如下:
- 展开“Placement ->Component Clearance”，设置:
  - Minimum Vertical Clearance: 3mil
  - Minimum Horizontal Clearance: 3mil
- 展开“Permitted Layers”，
  - 新增一个名称为“PermittedLayers”的Rule(规则),
  - 在新增的 "PermittedLayers" Rule(规则),
    允许的 "Layer" 为 "Top Layer" 和 "Bottom Layer"

PCB布局原则

在PCB布局时, 要兼顾“美观”和“信号完整性”规则。
下面给出一些PCB布局的建议:

元器件布局基本规则

通常，"所有元器件"都应布置在印刷电路板的"同一面"上。
只有在Top Layer的元器件过密时，才能将一些
"高度有限并且发热量小"的器件, 如贴片电阻/电容/IC 放在 Bottom Layer.
布线原则 "先大后小、先难后易", 即先布局 "重要的单元电路" 与 "核心元件"
整个"连接线"尽可能短, 关键"信号线"最短。
- 高电压大电流信号与低电压小电流信号完全分开
- 模拟信号与数字信号分开
- 高频信号与低频信号分开
- 高频元器件的隔离要充分.
布局上应参考“原理框图”, 根据单板的“主信号流向”规律安排 "主要元器件"。
元器件的"布局"应便于"信号流通"，使信号"尽可能保持一致的方向"。
多数情况下, "信号的流向" 安排为 "由左到右" 或 "由上到下"。
与 "输入、输出端" 直连的"元器件", 应靠近 "输入、输出" 接插件或连接器放置.
在保证 "电气性能" 的前提下:
- 元器件应放置在 "栅格" 上, 且相互 "平行或垂直" 排列, 才整齐、美观。
- 一般情况, 不允许"元器件重叠"
- 元器件排列要紧凑
- Input 和 Output 元器件尽量远离
"元器件"或"导线"之间, 可能存在 "高电位差"，
如果存在, 则应,"加大",它们的距离, 以免因放电、击穿引起意外短路。
带高电压的元器件, 应尽量布置在调试时“人体不易触及的地方”。

元器件排列规则

板边缘的元器件离板边缘至少有“两个板厚”的距离，
元器件在整个板面上应分布均匀、疏密一致。
同类型“插装元器件”在X或Y方向上, 应朝一个方向放置。
同一类型的 "有极性分立元器件" 要力争在X和Y方向上同极向, 便于生产和检验。
对于 "非传输边(流水线)" 大于300mm 的PCB,
"较重的器件" 尽量不要布局在PCB的中间，
以减小由 "插装器件的重量" 在 "焊接过程" 对 "PCB变形" 的影响.
以及插装过程, 对PCB板上 "已经贴放" 的元器件的影响.
为“方便插装”，推荐将“元器件”布置在“靠近插装操作”侧的位置。
通孔回流焊“元器件”本体间距大于10mm，元器件的 "焊盘边缘"要求:
与 "传送边"的距离不小于10mm, 与,"非传送边" 距离不小于5mm.
元器件的布局要满足“手工焊接”和“维修”的“操作空间”。
需要安装“较重的元器件”时，应考虑安装的“位置和强度”，
安装应靠近PCB受力支承点。使PCB板的 "翘曲度" 最小，
还应计算引脚的“单位面积”所承受的力, 当该值不小于0.22N/m㎡时:
必须对该模块采取 "固定措施", 不能仅靠引脚的焊接来固定。
对于有结构尺寸要求的“单板”，其元器件允许的最大高度应为:
“结构允许尺寸”－“印制板厚度”－4.5mm
“超高的”元器件应采用“卧式安装” 。

防止电磁干扰

抑制热干扰

可调节元器件的布局

PCB布线设计

"布线" 是有 "连接关系" 的两个 "网络节点" 之间 "生成物理连接通路" 的过程.
AD软件包含一个强大的 "Interactive Routing Engine(交互布线引擎)"。
用于帮助设计者高效率的对PCB进行布线操作，有三种交互式布线:

Interactive routing(交互布线)
Interactive Differential Pair Routing(交互差分对布线)
Interactive Multi Routing(交互多线布线)

交互布线线宽和过孔大小设置

但选择一种交互布线方式后，开始手工布线，此时首先考虑两个问题:

在布线开始时以及在布线的过程, 需要根据“设计要求”确定布线的“线宽”.
在不同层之间走线时, 要用Via(过孔)连接, 因此也要根据"要求"事先确定过孔尺寸。
在状态栏会显示当前“过孔”或“线宽”的设置。
在“布线的过程”根据需要调整 “Track Width”和“Via Size”:
在“布线的过程”按“Shift+W”组合键，可以更改“Track Width(布线宽度)”。
在“布线的过程”按“Shift+V”组合键，可以更改“Via Size(过孔尺寸)”

设置 "布线线宽" 和 "过孔大小" 的步骤主要包括:

在AD软件主界面菜单, 选择“Tools->Preference”，打开"Preference"对话框,
在该对话框 "左侧" 找到并展开 "PCB Editor -> Interactive Routing",
在 "右侧" 窗口就显示 "Interactive Routing Width(交互布线宽度)”面板，
该面板上提供:
- Track Width Mode(布线宽度模式)
- Via Size Mode(过孔大小模式)
  其“右侧”的“下拉框”提供如下选项:
- User Choice, 选该选项, 则在布线和放置过孔时,
  有可选的"线路宽度"及"过孔尺寸"列表, 并且由用户选择合适选项.
  单击下方 "Favorite Interactive Routing Widths"按钮，
  编辑或者添加设置时会用到的“布线宽度”。
- Rule Minimum, 选该选项, 则在布线时使用,
  由“设计规则”推导出 "最小" 的 布线宽度"和"过孔尺寸".
- Rule Preferred, 选该选项, 则在布线时使用,
  由“设计规则”推导出"期望使用" 的"布线宽度"和"过孔尺寸".
- Rule Maximum, 选该选项, 则在布线时使用,
  由“设计规则”推导出 "最大" 的,"布线宽度"和"过孔尺寸".
  - 例如在设计时, 使用16mil/8mil 和 10mil/4mil 的过孔尺寸:
    注释, 16mil是孔的外径，8mil是钻孔的直径.
  - 例如在设计时, 常使用 4mil 作为"布线宽度".
  - 在布线的过程, 通过按 3键(对布线宽度) 或 4键(对过孔尺寸),
    可以在“修改布线宽度和过孔尺寸”的“模式”之间进行切换.
    在状态栏显示了当前过孔或线框的设置.
- 通常, 在PCB设计过程, 会频繁使用 "所期望使用"的 "布线宽度" 和 "过孔尺寸”。
  所以该节设计对于 "布线宽度和过孔大小" 的设置均使用 Rule Preferred选项.

posted @ 2024-07-18 01:51 abaelhe 阅读(11) 评论(0) 编辑收藏举报

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