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  • PCB结构
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    2018-11-06 21:59:22

    第一:前期准备.

    这包括准备元件库和原理图.“工欲善其事,必先利其器”,要做出一块好的板子,除了要设计好原理之外,还要画得好.在进行PCB设计之前,首先要准备好原理图SCH的元件库和PCB的元件库.PCB的元件库要求较高,它直接影响板子的安装;SCH的元件库要求相对比较松,只要注意定义好管脚属性和与PCB元件的对应关系就行.

    PS:注意标准库中的隐藏管脚.之后就是原理图的设计,做好后就准备开始做PCB设计了. 

    第二:PCB结构设计.

    这一步根据已经确定的电路板尺寸和各项机械定位,在PCB 设计环境下绘制PCB板面,并按定位要求放置所需的接插件、按键/开关、螺丝孔、装配孔等等.并充分考虑和确定布线区域和非布线区域(如螺丝孔周围多大范围属于非布线区域). 
    第三:PCB布局.

    布局说白了就是在板子上放器件.这时如果前面讲到的准备工作都做好的话,就可以在原理图上生成网络表(Design-> Create Netlist),之后在PCB图上导入网络表(Design->Load Nets).就看见器件哗啦啦的全堆上去了,各管脚之间还有飞线提示连接.然后就可以对器件布局了.一般布局按如下原则进行: 
    ①. 按电气性能合理分区,一般分为:数字电路区(即怕干扰、又产生干扰)、模拟电路区(怕干扰)、功率驱动区(干扰源); 
    ②. 完成同一功能的电路,应尽量靠近放置,并调整各元器件以保证连线最为简洁;同时,调整各功能块间的相对位置使功能块间的连线最简洁; 
    ③. 对于质量大的元器件应考虑安装位置和安装强度;发热元件应与温度敏感元件分开放置,必要时还应考虑热对流措施; 
    ④. 时钟产生器(如:晶振或钟振)要尽量靠近用到该时钟的器件; 
    ⑤. 在每个集成电路的电源输入脚和地之间,需加一个去耦电容(一般采用高频性能好的独石电容);电路板空间较密时,也可在几个集成电路周围加一个钽电容. 
    ⑥. 继电器线圈处要加放电二极管(1N4148即可); 
    ⑧. 布局要求要均衡,疏密有序,不能头重脚轻或一头沉 


    需要特别注意

    在放置元器件时,一定要考虑元器件的实际尺寸大小(所占面积和高度)、元器件之间的相对位置,以保证电路板的电气性能和生产安装的可行性和便利性同时,应该在保证上面原则能够体现的前提下,适当修改器件的摆放,使之整齐美观,如同样的器件要摆放整齐、方向一致,不能摆得“错落有致” . 这个步骤关系到板子整体形象和下一步布线的难易程度,所以一点要花大力气去考虑.布局时,对不太肯定的地方可以先作初步布线,充分考虑. 

    第四:布线.

    布线是整个PCB设计中最重要的工序.这将直接影响着PCB板的性能好坏.在PCB的设计过程中,布线一般有这么三种境界的划分:首先是布通,这时PCB设计时的最基本的要求.如果线路都没布通,搞得到处是飞线,那将是一块不合格的板子,可以说还没入门.其次是电器性能的满足.这是衡量一块印刷电路板是否合格的标准.这是在布通之后,认真调整布线,使其能达到最佳的电器性能.接着是美观.假如你的布线布通了,也没有什么影响电器性能的地方,但是一眼看过去杂乱无章的,加上五彩缤纷、花花绿绿的,那就算你的电器性能怎么好,在别人眼里还是垃圾一块.这样给测试和维修带来极大的不便.布线要整齐划一,不能纵横交错毫无章法.这些都要在保证电器性能和满足其他个别要求的情况下实现,否则就是舍本逐末了.


    第五:布线优化和丝印.

    “没有最好的,只有更好的”!不管你怎么挖空心思的去设计,等你画完之后,再去看一看,还是会觉得很多地方可以修改的.一般设计的经验是:优化布线的时间是初次布线的时间的两倍.感觉没什么地方需要修改之后,就可以铺铜了(Place->polygon Plane).铺铜一般铺地线(注意模拟地和数字地的分离),多层板时还可能需要铺电源.时对于丝印,要注意不能被器件挡住或被过孔和焊盘去掉.同时,设计时正视元件面,底层的字应做镜像处理,以免混淆层面. 

    第六:网络和DRC检查和结构检查.

    首先,在确定电路原理图设计无误的前提下,将所生成的PCB网络文件与原理图网络文件进行物理连接关系的网络检(NETCHECK),并根据输出文件结果及时对设计进行修正,以保证布线连接关系的正确性; 网络检查正确通过后,对PCB设计进行DRC检查,并根据输出文件结果及时对设计进行修正,以保证PCB布线的电气性能.最后需进一步对PCB的机械安装结构进行检查和确认. 
     

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            可能有一些硬件工程师会画PCB,但是对于PCB的构造,缺模模糊糊,对PCB的板层结构没有清晰地认知,我认为,会画PCB,不仅仅就局限于对简单的PCB的绘制,要在高层的PCB有所提升,但前提要了解PCB板的结构构成,这样才能更好的去绘制PCB。

            下面就讲一下,PCB板的结构基础知识,分为三个系列为PCB材料组成、PCB层叠设计、PCB阻抗计算。对于PCB的信号完整性方面的知识,在后续的系列文章中会有所介绍。

    本次所讲的是PCB的材料组成:

    PCB材料的组成主要有PP半固态片和Core芯板两部分组成,这就构成了所看到的绿色、红色或者黑色等的板子,再加上线路,器件,就构成了电路板。

    Core芯板由铜箔、固态树脂材料和玻璃纤维组成,制作PCB的基础材料,具有一定的硬度及厚度,并且两个表层都有铜箔。如下面左图:

    PP半固态片由半固态树脂材料和玻璃纤维组成,两者组合在一起,主要起到填充的作用,是多层印制板的内层导电图形的粘合材料及绝缘材料。如下面右图:

                       

     所以在制作多层电路板时,需要配合使用Core芯板和PP半固态片,一般在两个Core芯板之间应选用PP半固态片作用填充物,在PP半固态片被层压后,PP半固化的环氧树脂被挤压开来,开始流动并凝固,将多层Core芯板粘合在一起,并形成一层可靠的绝缘体。所以,多层板其实就是Core芯板与PP半固态片压合而成的。如下图所示:顶层和底层采用铜箔,中间采用PP半固化片和Core板:

    当然,我们看到电路板还有一层绿色、红色或者黑色的油,而一般丝印采用白色的油墨进行器件的标识;其中绿色、红色或者黑色等的油作为一层为阻焊层,在焊接时将PCB的焊接部分和非焊接部分分开,同时,这些绿油覆盖在铜色焊盘上面,可以防止铜色焊盘氧化,但是油墨是具有一定的腐蚀性。如果使用的是黑色油墨,因为黑色油墨比绿色腐蚀性更强,使用同样的线宽进行设计,覆盖黑色油墨后得到的走线会更窄。

                           

    详细介绍一下PP半固态片主要为树脂和玻璃纤维组成,其中玻璃纤维布主要填充在树脂内部,可以增加PCB的X-Y方向的机械强度。在选择时主要考虑玻纤布的编制数量和类型,以及是否为低损耗的玻纤布。

    玻璃纤维布有两个编织方向,其中横向的一般称为“纬纱”,纵向的一般称为“经纱”。玻璃纤维布有多种型号,每种型号的经纬向编织数量也不太一样。

    对于玻璃纤维布编织数量较少的规格来说,两两之间玻璃束的间隙会较大,因为间隙处会有树脂填充,这里的DK介电常数【又称为介电系数或电容率,它是表示绝缘能力特性的一个系数,以字母ε表示,在工程应用中,介电常数时常在以相对介电常数的形式被表达,而不是绝对值。常见应用有计算阻抗和时延】会比其他地方要低。如果一对差分线一根走线在玻璃纤维束上,一根走线走在玻璃纤维束的间隙上,那么这两个走线就会存在传输延时偏差,导致差共模转化增大,这就是“玻纤效应”

    低介电常数,一个方面是信号的传递更快,另一个方面是为了不使PCB板太厚。

    低介质损耗角和低铜箔粗糙度,主要是为了使信号在高频的时候衰减减小,更好地符合信号完整性的要求。

    如下为:不同介质厚度及不同的组合方式

    常用树脂包括酚醛树脂、环氧树脂、聚亚酰胺树脂(简称PI)、聚苯醚、聚四氟乙烯(简称PTFE或TEFLON)和BT树脂(简称BT)等,这些都是热固型的树脂。

    应用于单/双面硬板及多层板的包括酚醛树脂、环氧树脂、聚苯醚、BT树脂、聚酰亚胺以及氰酸酯;应用于高速/高频制板的包括聚四氟乙烯PTFE、聚烯烃、聚酯以及热塑树脂等。环氧树脂是目前PCB用途最广泛的底材。如下图所示:

     以上读完,希望会有一定的感悟,仅作为自学的笔记,接下来会出来一篇PCB层叠设计的笔记!

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