1、PCB 入门,印制电路板的设计,下面是利用Protel DXP的印制电路板的大体设计流程。按照流程一步一步地往下做，每一步都保证其正确性，最后就能顺理成章地得到一块正确的印制电路板。,印制电路板的设计流程,绘制电路原理图,规划电路,设置各项参数,载入网络表和元器件封装,比较网络表以及DRC校验,手工调整布线,电路板自动布线,元器件自动布局,手工调整布局,文件保存，打印输出,送加工厂制作,PCB 电路板的基本概念,一般所谓的 PCB 电路板有 Single Layer PCB （单面板） Double Layer PCB （双面板）四层板多层板,单面板是一种单面敷铜，因此只能利用它敷了铜的一面设
2、计电路导线和元件的焊接。,双面板是包括 Top （顶层）和 Bottom （底层）的双面都敷有铜的电路板，双面都可以布线焊接，中间为一层绝缘层，为常用的一种电路板。,如果在双面板的顶层和底层之间加上别的层，即构成了多层板，比如放置两个电源板层构成的四层板，这就是多层板。,通常的 PCB 板，包括顶层、底层和中间层，层与层之间是绝缘层，用于隔离布线层。它的材料要求耐热性和绝缘性好。早期的电路板多使用电木为材料，而现在多使用玻璃纤维为主。,PCB 电路 板的基本概念,一般所谓的 PCB 电路板有 Single Layer PCB（单面板）、Double Layer PCB（双面板）、四层板、多层板
3、等。 单面板是一种单面敷铜，因此只能利用它敷了铜的一面设计电路导线和元件的焊接。 双面板是包括 Top （顶层）和 Bottom （底层）的双面都敷有铜的电路板，双面都可以布线焊接，中间为一层绝缘层，为常用的一种电路板。,如果在双面板的顶层和底层之间加上别的层，即构成了多层板，比如放置两个电源板层构成的四层板，这就是多层板。通常的 PCB 板，包括顶层、底层和中间层，层与层之间是绝缘层，用于隔离布线层。它的材料要求耐热性和绝缘性好。早期的电路板多使用电木为材料，而现在多使用玻璃纤维为主。,在 PCB 电路板布上铜膜导线后，还要在顶层和底层上印刷一层Solder Mask（防焊层），它是一种特殊
4、的化学物质，通常为绿色。该层不粘焊锡，防止在焊接时相邻焊接点的多余焊锡短路。防焊层将铜膜导线覆盖住，防铜膜过快在空气中氧化，但是在焊点处留出位置，并不覆盖焊点。,对于双面板或者多层板，防焊层分为顶面防焊层和底面防焊层两种。 电路板制作最后阶段，一般要在防焊层之上印上一些文字符号，比如元件名称、元件符号、元件管脚和版权等，方便以后的电路焊接和查错等。这一层为 Silkscreen Overlay（丝印层）。多层板的防焊层分 Top Overlay（顶面丝印层）和 Bottom Overlay（底面丝印层）,多层板概念,一般的电路系统设计用双面板和四层板即可满足设计需要，只是在较高级电路设计中，或
5、者有特殊需要，比如对抗高频干扰要求很高情况下才使用六层及六层以上的多层板。多层板制作时是一层一层压合的，所以层数越多，无论设计或制作过程都将更复杂，设计时间与成本都将大大提高。,如果在 PCB 电路板的顶层和底层之间加上别的层，即构成了多层板，比如放置两个电源板层构成多层板。 多层板的 Mid-Layer（中间层）和 Internal Plane（内层）是不相同的两个概念，中间层是用于布线的中间板层，该层均布的是导线，而内层主要用于做电源层或者地线层，由大块的铜膜所构成，其结构如图所示。,多层板剖面图,在图中的多层板共有 6 层设计，最上面为 Top Layer（顶层）；最下为 Bottom
6、Layer( 底层 ) ；中间 4 层中有两层内层，即 InternalPlane1 和 InternalPlane2, 用于电源层；两层中间层，为 MidLayerl 和 MidLayer2 ，用于布导线。,过孔,过孔就是用于连接不同板层之间的导线。过孔内侧一般都由焊锡连通，用于元件的管脚插入。 过孔分为 3 种：从顶层直接通到底层的过孔称为 Thnchole Vias（穿透式过孔）；只从顶层通到某一层里层，并没有穿透所有层，或者从里层穿透出来的到底层的过孔称为 Blind Vias（盲过孔）；只在内部两个里层之间相互连接，没有穿透底层或顶层的过孔就称为 Buried Vias （隐藏式过孔
7、）。,过孔的形状一般为圆形。过孔有两个尺寸，即 Hole Size （钻孔直径）和钻孔加上焊盘后的总的 Diameter （过孔直径），如图所示过孔的形状和尺寸。,铜膜导线,电路板制作时用铜膜制成铜膜导线（ Track ），用于连接焊点和导线。铜膜导线是物理上实际相连的导线，有别于印刷板布线过程中的预拉线（又称为飞线）概念。预拉线只是表示两点在电气上的相连关系，但没有实际连接。,焊盘,焊盘用于将元件管脚焊接固定在印刷板上完成电气连接。焊盘在印刷板制作时都预先布上锡，并不被防焊层所覆盖。 通常焊盘的形状有以下三种，即圆形（Round）、矩形（Rectangle）和正八边形（Octagonal）
8、，如图 所示。,元件的封装,元件的封装是印刷电路设计中很重要的概念。元件的封装就是实际元件焊接到印刷电路板时的焊接位置与焊接形状，包括了实际元件的外型尺寸，所占空间位置，各管脚之间的间距等。,元件封装是一个空间的概念，对于不同的元件可以有相同的封装，同样一种封装可以用于不同的元件。因此，在制作电路板时必须知道元件的名称，同时也要知道该元件的封装形式。 1 元件封装的分类 普通的元件封装有针脚式封装和表面粘着式封装两大类。,针脚式封装的元件必须把相应的针脚插入焊盘过孔中，再进行焊接。因此所选用的焊盘必须为穿透式过孔，设计时焊盘板层的属性要设置成 Multi Layer ，如图所示。,SMT （表
9、面粘着式封装）。这种元件的管脚焊点不只用于表面板层，也可用于表层或者底层，焊点没有穿孔。设计的焊盘属性必须为单如图所示。,2 常见的几种元件的封装 常用的分立元件的封装有二极管类、晶体管类、可变电阻类等。常用的集成电路的封装有 DIP XX 等。 Protel DXP 将常用的封装集成在 Miscellaneous Devices PCB PcbLib 集成库中。, 二极管类 常用的二极管类元件的封装如图所示。, 电阻类 电阻类元件常用封装为 AXIAL XX ，为轴对称式元件封装。如图所示就是一类电阻封装形式。, 晶体管类 常见的晶体管的封装如图 所示， Miscellaneous Devi
10、ces PCB PcbLib 集成库中提供的有 BCY W3 H.7 等。, 集成电路类 集成电路常见的封装是双列直插式封装，如图 所示为 DIP 14 的封装类型。, 电容类 电容类分为极性电容和无极性电容两种不同的封装，如图所示。,Miscellaneous Devices PCB PcbLib 集成库中提供的极性电容封装有 RB7. 6 15 等，提供的无极性电容的封装有 RAD 0.1 等。,用PROTET设计电路板应注意的问题,印制电路板在电子设备中是一个很重要的部件。电子元器件在电路板上的位置，对产品的稳定性、可靠性以及抗干扰能力和电磁兼容性等于方面有着重要的影响。元器件在电路板上
11、的布置合理，既可以提高产品设计质量，又可以节省时间，从而达到事半功倍的效果。下面是笔者对电子产品在设计过程中的一些看法和想法。,在用PROTEL FOR PCB设计电路时，将PROTEL FOR SCH画出的电路图生成相应的网络表。在NETLIST下面用LOAD装入对应元器件时，应将其移到相应位置 并在其元件的属性中让LOCKED打勾，使其元件不能移动。如果系统中含有大功率元件、大电流I/O驱动电路（继电器、大电流开关等）要尽量使其靠近电路板边沿。对进入印制板的信号要加滤波，从高噪声来的信号也要加滤波，同时用串终端电阻的办法，减小信号反射。,闲置不用的门电路输入端一般不要悬空，以防干扰信号的输
12、入。对多余输入端的处理以不改变电路工作状态及稳定性为原则，可以通过上拉电阻接电源，也可利用一反相器将其输入端接地，其输出高电平可接多余的输入端。,印制板尽量使用45度折线，而不用90度折线布线，最好在拐弯处用圆弧形，以减小高频信号对外的发射与耦合。对A/D类器件，数字部分与模拟部分宁可绕一下，也不要交叉。频率高的导线要短而直。对噪声敏感的线不要与大电流、高速开关并行。元器件的引脚要尽可能的短，去耦电容引脚也要尽可能的短，尤其是高频旁路电容不能有引线。易受干扰的元器件不能放得太靠近，以防相互间的电磁干扰。,抗干扰能力弱、关断时电源变化大的器件，如RAM、ROM存储器，应在芯片的电源线和地线之间直
13、接接入退耦电容。单面板和双面板用单点接电源和单点接地，电源线、地线应尽量粗，同时还要有多个返回地线回路、通常使它通过三倍于电路板的允许电流，以减小环路电阻，电源线、地线的走向和数据信号的方向一致。,在高频情况下，印刷电路板上的引线、过孔、电阻、电容、接插件的分布电感与分布电容不可忽略，电阻对高频信号的反射，引线的分布电容会起作用，当长度大于噪声频率相应波长的1/20时，就会产生天线效应，噪声就会通过引线向外发射。因此要设法必免。,对那些在工作中大电流的负载如继电器、交流接触器、按纽、线圈等元件，它们在运行时都伴有火花，产生电磁干扰，所以必须采用并联RC阻容电路来吸收释放的电流。一般来说R取1-
14、2KW,C取2.2-4.7Uf.，对线圈还要并联继流二极管。,印刷线路组件布局结构设计讨论,印刷板电源、地总线的布线结构选择-系统结构：模拟电路和数字电路在组件布局图的设计和布线方法上有许多相同和不同之处。模拟电路中，由于放大器的存在，由布线产生的极小噪声电压，都会引起输出信号的严重失真，在数字电路中，TTL噪声容限为0.4V0.6V，CMOS噪声容限为Vcc的0.30.45倍，故数字电路具有较强的抗干扰的能力。,良好的电源和地总线方式的合理选择是仪器可靠工作的重要保证，相当多的干扰源是通过电源和地总线产生的，其中地线引起的噪声干扰最大。,印刷电路板图设计的基本原则要求,印刷电路板的设计，从确
15、定板尺寸开始，印刷电路板尺寸因受机箱外壳大小限制，以能恰好安放入外壳内为宜，其次，应考虑印刷电路板与外接元器件（主要是电位器、插口或另外印刷电路板）的连接方式。印刷电路板与外接组件一般是通过塑料导线或金属隔离线进行连接，有时也设计成插座形式。即：在设备内安装一个插入式印刷电路板要留出充当插口的接触位置。安装在印刷电路板上的较大组件，要加金属附件固定，以提高耐振、耐冲击性能。,布线图设计的基本方法,首先要对所选用组件及各种插座的规格、尺寸、面积等有完全的了解；对各部件的位置安排作合理、仔细的考虑，主要是从电磁场兼容性、抗干扰的角度，走线短，交叉少，电源，地的路径及去耦等方面考虑。各部件位置定出后
16、，就是各部件的联机，按照电路图连接有关引脚，完成的方法有多种，印刷线路图的设计有计算机辅助设计与手工设计方法两种。接着，确定印刷电路板所需的尺寸，并按原理图，将各个元器件位置初步确定下来，然后经过不断调整使布局更加合理，印刷电路板中各组件之间的接线安排方式如下：,（）印刷电路中不允许有交叉电路，对于可能交叉的线条，可以用“钻”、“绕”两种办法解决。即，让某引线从别的电阻、电容、三极管脚下的空隙处“钻”过去，或从可能交叉的某条引线的一端“绕”过去，在特殊情况下如果电路很复杂，为简化设计也允许用导线跨接，解决交叉电路问题。,（）电阻、二极管、管状电容器等组件有“立式”，“卧式”两种安装方式。立式指
17、的是组件体垂直于电路板安装、焊接，其优点是节省空间，卧式指的是组件体平行并紧贴于电路板安装，焊接，其优点是组件安装的机械强度较好。这两种不同的安装组件，印刷电路板上的组件孔距是不一样的。,（）同一级电路的接地点应尽量靠近，并且本级电路的电源滤波电容也应接在该级接地点上。特别是本级晶体管基极、发射极的接地点不能离得太远，否则因两个接地点间的铜箔太长会引起干扰与自激，采用这样“一点接地法”的电路，工作较稳定，不易自激。,（）总地线必须严格按高频中频低频一级级地按弱电到强电的顺序排列原则，切不可随便翻来复去乱接，级与级间宁肯可接线长点，也要遵守这一规定。特别是变频头、再生头、调频头的接地线安排要求更
18、为严格，如有不当就会产生自激以致无法工作。调频头等高频电路常采用大面积包围式地线，以保证有良好的屏蔽效果。,（）强电流引线（公共地线，功放电源引线等）应尽可能宽些，以降低布线电阻及其电压降，可减小寄生耦合而产生的自激。,（）阻抗高的走线尽量短，阻抗低的走线可长一些，因为阻抗高的走线容易发笛和吸收信号，引起电路不稳定。电源线、地线、无反馈组件的基极走线、发射极引线等均属低阻抗走线，射极跟随器的基极走线、收录机两个声道的地线必须分开，各自成一路，一直到功效末端再合起来，如两路地线连来连去，极易产生串音，使分离度下降。,印刷板图设计中应注意下列几点,布线方向：从焊接面看，组件的排列方位尽可能保持与原
19、理图相一致，布线方向最好与电路图走线方向相一致，因生产过程中通常需要在焊接面进行各种参数的检测，故这样做便于生产中的检查，调试及检修（注：指在满足电路性能及整机安装与面板布局要求的前提下）。 各组件排列，分布要合理和均匀，力求整齐，美观，结构严谨的工艺要求。,3.电阻,二极管的放置方式:分为平放与竖放两种： （）平放：当电路组件数量不多，而且电路板尺寸较大的情况下，一般是采用平放较好；对于1/4W以下的电阻平放时,两个焊盘间的距离一般取4/10英寸，1/2W的电阻平放时,两焊盘的间距一般取5/10英寸；二极管平放时，1N400X系列整流管,一般取3/10英寸;1N540X系列整流管,一般取45
20、/10英寸。 （）竖放：当电路组件数较多，而且电路板尺寸不大的情况下，一般是采用竖放，竖放时两个焊盘的间距一般取12/10英寸。,电位器、IC座的放置原则 ）电位器：在稳压器中用来调节输出电压，故设计电位器应满足顺时针调节时输出电压升高，反时针调节器节时输出电压降低；在可调恒流充电器中电位器用来调节充电电流的大小，设计电位器时应满中顺时针调节时，电流增大。电位器安放位轩应当满足整机结构安装及面板布局的要求，因此应尽可能放轩在板的边缘，旋转柄朝外。,（）IC座：设计印刷板图时，在使用IC座的场合下，一定要特别注意IC座上定位槽放置的方位是否正确，并注意各个IC脚位是否正确，例如第1脚只能位于IC
21、座的右下角线或者左上角，而且紧靠定位槽（从焊接面看）。,进出接线端布置 （）相关联的两引线端不要距离太大，一般为23/10英寸左右较合适。 （）进出线端尽可能集中在1至2个侧面，不要太过离散。 设计布线图时要注意管脚排列顺序，组件脚间距要合理。,在保证电路性能要求的前提下，设计时应力求走线合理，少用外接跨线，并按一定顺顺序要求走线，力求直观，便于安装，高度和检修。 设计布线图时走线尽量少拐弯，力求线条简单明了。 布线条宽窄和线条间距要适中，电容器两焊盘间距应尽可能与电容引线脚的间距相符； 10设计应按一定顺序方向进行，例如可以由左往右和由上而下的顺序进行。,PCB抄板密技,第一步，拿到一块PC
22、B，首先在纸上记录好所有元气件的型号，参数，以及位置，尤其是二极管，三极管的方向，IC缺口的方向。最好用数码相机拍两张元器件位置的照片。 第二步，拆掉所有器件，并且将PAD孔里的锡去掉。用酒精将PCB清洗干净，然后放入扫描仪内，启动POHTOSHOP，用彩色方式将丝印面扫入，并打印出来备用。,第三步，用水纱纸将TOP LAYER 和BOTTOM LAYER两层轻微打磨，打磨到铜膜发亮，放入扫描仪，启动PHOTOSHOP，用彩色方式将两层分别扫入。注意，PCB在扫描仪内摆放一定要横平树直，否则扫描的图象就无法使用。 第四步，调整画布的对比度，明暗度，使有铜膜的部分和没有铜膜的部分对比强烈，然后将
23、此图转为黑白色，检查线条是否清晰，如果不清晰，则重复本步骤。如果清晰，将图存为黑白BMP格式文件TOP.BMP和BOT.BMP。,第四步，调整画布的对比度，明暗度，使有铜膜的部分和没有铜膜的部分对比强烈，然后将此图转为黑白色，检查线条是否清晰，如果不清晰，则重复本步骤。如果清晰，将图存为黑白BMP格式文件TOP.BMP和BOT.BMP。第五步，将两个BMP格式的文件分别转为PROTEL格式文件，在PROTEL中调入两层，如果两层的PAD和VIA的位置基本重合，表明前几个步骤做的很好，如果有偏差，则重复第三步。,第六步，将TOP.BMP转化为TOP.PCB，注意要转化到SILK层，就是黄色的那层，然后你在TOP 层描线就是了，并且根据第二步的图纸放置器件。画完后将SILK层删掉。第七步，将BOT.BMP转化为BOT.PCB，注意要转化到SILK层，就是黄色的那层，然后你在BOT层描线就是了。画完后将SILK层删掉。,第八步，在PROTEL中将TOP.PCB和BOT.PCB调入，合为一个图就OK了。 第九步，用激光打印机将TOP LAYER， BOTTOM LAYER分别打印到透明胶片上（1：1的比例），把胶片放到那块PCB上，比较一下是否有误，如果没错，你就大功告成了。,
