浅析PCB印制电路板设计规范样本.doc
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1、PCB设计规范 1概述本文档目标在于说明使用PADS印制板设计软件PowerPCB进行印制板设计步骤和部分注意事项,为一个工作组设计人员提供设计规范,方便设计人员之间进行交流和相互检验。2设计步骤FPGA DSP EDA RTOS PCB设计步骤分为网表输入。规则设置。元器件布局。布线。检验。复查。输出六个步骤。2.1网表输入网表输入有两种方法,一个是使用PowerLogicOLE PowerPCB Connection功效,选择Send Netlist,应用OLE功效,能够随时保持原理图和PCB图一致,尽可能降低犯错可能。另一个方法是直接在PowerPCB中装载网表,选择File-Impor
2、t,将原理图生成网表输入进来。2.2规则设置假如在原理图设计阶段就已经把PCB设计规则设置好话,就不用再进行设置这些规则了,因为输入网表时,设计规则已随网表输入进PowerPCB了。假如修改了设计规则,必需同时原理图,确保原理图和PCB一致。除了设计规则和层定义外,还有部分规则需要设置,比如Pad Stacks,需要修改标准过孔大校假如设计者新建了一个焊盘或过孔,一定要加上Layer 25。注意:PCB设计规则。层定义。过孔设置。CAM输出设置已经作成缺省开启文件,名称为Default.stp,网表输入进来以后,根据设计实际情况,把电源网络和地分配给电源层和地层,并设置其它高级规则。在全部规则
3、全部设置好以后,在PowerLogic中,使用OLE PowerPCB ConnectionRules from PCB功效,更新原理图中规则设置,确保原理图和PCB图规则一致。2.3元器件布局网表输入以后,全部元器件全部会放在工作区零点,重合在一起,下一步工作就是把这些元器件分开,根据部分规则摆放整齐,即元器件布局。PowerPCB提供了两种方法,手工布局和自动布局。2.3.1手工布局1.工具印制板结构尺寸画出板边(Board Outline)。2.将元器件分散(Disperse Components),元器件会排列在板边周围。3.把元器件一个一个地移动。旋转,放到板边以内,根据一定规则摆放
4、整齐。2.3.2自动布局PowerPCB提供了自动布局和自动局部簇布局,但对大多数设计来说,效果并不理想,不推荐使用。2.3.3注意事项a.布局首要标准是确保布线布通率,移动器件时注意飞线连接,把有连线关系器件放在一起b.数字器件和模拟器件要分开,尽可能远离c.去耦电容尽可能靠近器件VCCd.放置器件时要考虑以后焊接,不要太密集e.多使用软件提供Array和Union功效,提升布局效率2.4布线布线方法也有两种,手工布线和自动布线。PowerPCB提供手工布线功效十分强大,包含自动推挤。在线设计规则检验(DRC),自动布线由Specctra布线引擎进行,通常这两种方法配合使用,常见步骤是手工自
5、动手工。2.4.1手工布线1.自动布线前,先用手工布部分关键网络,比如高频时钟。主电源等,这些网络往往对走线距离。线宽。线间距。屏蔽等有特殊要求;另外部分特殊封装,如BGA,自动布线极难布得有规则,也要用手工布线。2.自动布线以后,还要用手工布线对PCB走线进行调整。2.4.2自动布线手工布线结束以后,剩下网络就交给自动布线器来自布。选择Tools-SPECCTRA,开启Specctra布线器接口,设置好DO文件,按Continue就开启了Specctra布线器自动布线,结束后假如布通率为100%,那么就能够进行手工调整布线了;假如不到100%,说明布局或手工布线有问题,需要调整布局或手工布线
6、,直至全部布通为止。2.4.3注意事项a.电源线和地线尽可能加粗b.去耦电容尽可能和VCC直接连接c.设置SpecctraDO文件时,首先添加Protect all wires命令,保护手工布线不被自动布线器重布d.假如有混合电源层,应该将该层定义为Split/mixed Plane,在布线之前将其分割,布完线以后,使用Pour ManagerPlane Connect进行覆铜e.将全部器件管脚设置为热焊盘方法,做法是将Filter设为Pins,选中全部管脚,修改属性,在Thermal选项前打勾f.手动布线时把DRC选项打开,使用动态布线(Dynamic Route)2.5检验检验项目有间距(
7、Clearance).连接性(Connectivity).高速规则(High Speed)和电源层(Plane),这些项目能够选择Tools-Verify Design进行。假如设置了高速规则,必需检验,不然能够跳过这一项。检验犯错误,必需修改布局和布线。注意:有些错误能够忽略,比如有些接插件Outline一部分放在了板框外,检验间距时会犯错;另外每次修改过走线和过孔以后,全部要重新覆铜一次。2.6复查复查依据“PCB检验表”,内容包含设计规则,层定义。线宽。间距。焊盘。过孔设置;还要关键复查器件布局合理性,电源。地线网络走线,高速时钟网络走线和屏蔽,去耦电容摆放和连接等。复查不合格,设计者要
8、修改布局和布线,合格以后,复查者和设计者分别签字。2.7设计输出PCB设计能够输出到打印机或输出光绘文件。打印机能够把PCB分层打印,便于设计者和复查者检验;光绘文件交给制板厂家,生产印制板。光绘文件输出十分关键,关系到这次设计成败,下面将着重说明输出光绘文件注意事项。a.需要输出层有布线层(包含顶层。底层。中间布线层).电源层(包含VCC层和GND层).丝印层(包含顶层丝英底层丝印).阻焊层(包含顶层阻焊和底层阻焊),另外还要生成钻孔文件(NC Drill)b.假如电源层设置为Split/Mixed,那么在Add Document窗口Document项选择Routing,而且每次输出光绘文件
9、之前,全部要对PCB图使用Pour ManagerPlane Connect进行覆铜;假如设置为CAM Plane,则选择Plane,在设置Layer项时候,要把Layer25加上,在Layer25层中选择Pads和Viasc.在设备设置窗口(按Device Setup),将Aperture值改为199d.在设置每层Layer时,将Board Outline选上e.设置丝印层Layer时,不要选择Part Type,选择顶层(底层)和丝印层Outline.Text.Linef.设置阻焊层Layer时,选择过孔表示过孔上不加阻焊,不选过孔表示家阻焊,视具体情况确定g.生成钻孔文件时,使用Powe
10、rPCB缺省设置,不要作任何改动h.全部光绘文件输出以后,用CAM350打开并打印,由设计者和复查者依据“PCB检验表”检验PCB布线 线宽和承载电流在PCB布线时候,一个很关键问题是需要确保布线线宽取值合适,以使能够满足电流需求。摘录(国防工业出版社,毛楠孙瑛96.1第一版):“因为敷铜板铜箔厚度有限,在需要流过较大电流条状铜箔中,应考虑铜箔载流量问题.仍以经典0.03mm厚度为例,假如将铜箔作为宽为W(mm),长度为L(mm)条状导线,其电阻为0.0005*L/W欧姆.另外,铜箔载流量还和印刷电路板上安装元件种类,数量和散热条件相关.在考虑到安全情况下,通常可按经验公式0.15*W(A)来
11、计算铜箔载流量”计算方法以下:先计算Track截面积,大部分PCB铜箔厚度为35um(不确定话能够问PCB厂家)它乘上线宽就是截面积,注意换算成平方毫米.有一个电流密度经验值,为1525安培/平方毫米.把它乘上截面积就得到通流容量。I=KT0.44A0.75(K为修正系数,通常覆铜线在内层时取0.024,在外层时取0.048。T为最大温升,单位为摄氏度(铜熔点是1060),A为覆铜截面积,单位为平方MIL(不是毫米mm,注意是squaremil.),I为许可最大电流,单位为安培(amp)。通常10mil=0.010inch=0.254可为1A,250MIL=6.35mm,为8.3A 。PCB载
12、流能力计算一直缺乏权威技术方法,公式,经验丰富CAD工程师依靠个人经验能作出较正确判定.不过对于CAD新手,不可谓遇上一道难题。PCB载流能力取决和以下原因:线宽,线厚(铜箔厚度),许可温升.大家全部知道,PCB走线越宽,载流能力越大。假设在相同条件下,10MIL走线能承受1A,那么50MIL走线能承受多大电流?是5A吗? 答案自然是否定。请看以下来自国际权威机构提供数据:线宽单位是: Inch(inch英寸=25.4millimetres毫米);1oz.铜=35微米厚,2oz.=70微米厚。1OZ=0.035mm 1mil.=10-3inch。首先介绍电容作用作为无源元件之一电容,其作用不外
13、乎以下多个: 1、应用于电源电路,实现旁路、去藕、滤波和储能方面电容作用,下面分类详述之:1)滤波滤波是电容作用中很关键一部分。几乎全部电源电路中全部会用到。从理论上(即假设电容为纯电容)说,电容越大,阻抗越小,经过频率也越高。但实际上超出1uF电容大多为电解电容,有很大电感成份,所以频率高后反而阻抗会增大。有时会看到有一个电容量较大电解电容并联了一个小电容,这时大电容通低频,小电容通高频。电容作用就是通高阻低,通高频阻低频。电容越大低频越轻易经过,电容越大高频越轻易经过。具体用在滤波中,大电容(1000uF)滤低频,小电容(20pF)滤高频。曾有网友将滤波电容 比作“水塘”。因为电容两端电压
14、不会突变,由此可知,信号频率越高则衰减越大,可很形象说电容像个水塘,不会因几滴水加入或蒸发而引发水量改变。 它把电压变动转化为电流改变,频率越高,峰值电流就越大,从而缓冲了电压。滤波就是充电,放电过程。2)旁路旁路电容是为当地器件提供能量储能器件,它能使稳压器输出均匀化,降低负载需求。就像小型可充电电池一样,旁路电容能够被充电,并向器件进行放 电。为尽可能降低阻抗,旁路电容要尽可能靠近负载器件供电电源管脚和地管脚。这能够很好地预防输入值过大而造成地电位抬高和噪声。地弹是地连接处于经过大 电流毛刺时电压降。3)去藕去藕,又称解藕。从电路来说,总是能够区分为驱动源和被驱动负载。假如负载电容比较大,
15、驱动电路要把电容充电、放电,才能完成信号跳变,在上 升沿比较陡峭时候,电流比较大,这么驱动电流就会吸收很大电源电流,因为电路中电感,电阻(尤其是芯片管脚上电感,会产生反弹),这种电流相对 于正常情况来说实际上就是一个噪声,会影响前级正常工作。这就是耦合。去藕电容就是起到一个电池作用,满足驱动电路电流改变,避免相互间耦合干扰。将旁路电容和去藕电容结合起来将更轻易了解。旁路电容实际也是去藕合,只是旁路电容通常是指高频旁路,也就是给高频开关噪声提升一条低阻抗泄防 路径。高频旁路电容通常比较小,依据谐振频率通常是0.1u,0.01u等,而去耦合电容通常比较大,是10uF或更大,依据电路中分布参数,和驱
16、动 电流改变大小来确定。旁路是把输入信号中干扰作为滤除对象,而去耦是把输出信号干扰作为滤除对象,预防干扰信号返回电源。这应该是她们本质区分。4)储能储能型电容器经过整流器搜集电荷,并将存放能量经过变换器引线传送至电源输出端。电压额定值为40450VDC、电容值在220150 000uF之间铝电解电容器(如EPCOS企业 B43504或B43505)是较为常见。依据不一样电源要求,器件有时会采取串联、并联或其组合形式, 对于功率级超出10KW电源,通常采取体积较大罐形螺旋端子电容器。2、应用于信号电路,关键完成耦合、振荡/同时立即间常数作用:1)耦合举个例子来讲,晶体管放大器发射极有一个自给偏压
17、电阻,它同时又使信号产生压降反馈到输入端形成了输入输出信号耦合,这个电阻就是产生了耦合元件,假如在这个电阻两端并联一个电容,因为合适容量电容器对交流信号较小阻抗,这么就减小了电阻产生耦合效应,故称此电容为去耦电容。2)振荡/同时包含RC、LC振荡器及晶体负载电容全部属于这一范围。3)时间常数这就是常见 R、C 串联组成积分电路。当输入信号电压加在输入端时,电容(C)上电压逐步上升。而其充电电流则伴随电压上升而减小。电流经过电阻(R)、电容(C)特征经过下面公式描述: i = (V/R)e-(t/CR)我们知道了电容作用以后下面来谈谈电容在使用中注意事项A. 什么是好电容。1.电容容量越大越好。
18、大家在电容替换中往往爱用大容量电容。我们知道即使电容越大,为IC提供电流赔偿能力越强。且不说电容容量增大带来体积变大,增加成本同时还影响空气流动和散热。关键在于电容上存在寄生电感,电容放电回路会在某个频点上发生谐振。在谐振点,电容阻抗小。所以放电回路阻抗最小,补充能量效果也最好。但当频率超出谐振点时,放电回路阻抗开始增加,电容提供电流能力便开始下降。电容容值越大,谐振频率越低,电容能有效赔偿电流频率范围也越小。从确保电容提供高频电流能力角度来说,电容越大越好见解是错误,通常电路设计中全部有一个参考值。2.一样容量电容,并联越多小电容越好耐压值、耐温值、容值、ESR(等效电阻)等是电容多个关键参
19、数,对于ESR自然是越低越好。ESR和电容容量、频率、电压、温度等全部相关系。当电压固定时候,容量越大,ESR越低。在板卡设计中采取多个小电容并连多是出和PCB空间限制,这么有人就认为,越多并联小电阻,ESR越低,效果越好。理论上是如此,不过要考虑到电容接脚焊点阻抗,采取多个小电容并联,效果并不一定突出。3.ESR越低,效果越好。结合我们上面提升供电电路来说,对于输入电容来说,输入电容容量要大一点。相对容量要求,对ESR要求能够合适降低。因为输入电容关键是耐压,其次是吸收MOSFET开关脉冲。对于输出电容来说,耐压要求和容量能够合适降低一点。ESR要求则高一点,因为这里要确保是足够电流经过量。
20、但这里要注意是ESR并不是越低越好,低ESR电容会引发开关电路振荡。而消振电路复杂同时会造成成本增加。板卡设计中,这里通常有一个参考值,此作为元件选择参数,避免消振电路而造成成本增加。4.好电容代表着高品质。“唯电容论”曾经盛极一时,部分厂商和媒体也刻意把这个事情做成一个卖点。在板卡设计中,电路设计水平是关键。和有厂商能够用两相供电做出比部分厂商采取四相供电更稳定产品一样,一味采取高价电容,不一定能做出好产品。衡量一个产品,一定要全方位多角度去考虑,切不可把电容作用有意无意夸大。B. 电容爆浆之面面谈爆浆种类:分两类,输入电容爆浆和输出电容爆浆。对于输入电容来说,就是我是说C1,C1对由电源接
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