13步詳述PCB設計基本流程,從前期準備到項目完成!
一般PCB基本設計流程如下:
前期準備→PCB結構設計→導網(wǎng)表→規則設置→PCB布局→布線(xiàn)→布線(xiàn)優(yōu)化和絲印→網(wǎng)絡(luò )和DRC檢查和結構檢查→輸出光繪→光繪審查→PCB制板生產(chǎn)/打樣資料→PCB板廠(chǎng)工程EQ確認→貼片資料輸出→項目完成。
1:前期準備
這包括準備封裝庫和原理圖。在進(jìn)行PCB設計之前,首先要準備好原理圖SCH的邏輯封裝和PCB的封裝庫。封裝庫可以PADS自帶的庫,但一般情況下很難找到合適的,最好是自己根據所選器件的標準尺寸資料自己做封裝庫。原則上先做PCB的封裝庫,再做SCH的邏輯封裝。PCB的封裝庫要求較高,它直接影響板子的安裝;SCH的邏輯封裝要求相對比較松,只要注意定義好管腳屬性和與PCB封裝的對應關(guān)系就行。PS:注意標準庫中的隱藏管腳。之后就是原理圖的設計,做好后就準備開(kāi)始做PCB設計了。
2:PCB結構設計
這一步根據已經(jīng)確定的電路板尺寸和各項機械定位,在PCB設計環(huán)境下繪制PCB板面,并按定位要求放置所需的接插件、按鍵/開(kāi)關(guān)、螺絲孔、裝配孔等等。并充分考慮和確定布線(xiàn)區域和非布線(xiàn)區域(如螺絲孔周?chē)啻蠓秶鷮儆诜遣季€(xiàn)區域)。
3:導網(wǎng)表
導網(wǎng)表之前建議先導入板框。導入DXF格式的板框或emn格式的板框。
4:規則設置
可以根據具體的PCB設計設置好合理的規則,我們所說(shuō)的規則就是PADS的約束管理器,通過(guò)約束管理器在設計流程中的任意一個(gè)環(huán)節進(jìn)行線(xiàn)寬和安全間距的約束,不符合約束的地方后續DRC檢測時(shí),會(huì )用DRC Markers標記出來(lái)。
一般規則設置放在布局之前,是因為有時(shí)在布局的時(shí)候就要完成一些fanout的工作,因此在fanout之前就要把規則設置好,當設計的項目較大時(shí),可更高效的完成設計。
備注:設置規則是為了更好、更快的完成設計,換句話(huà)說(shuō)是為了方便設計者。
常規的設置有:
1. 普通信號的默認線(xiàn)寬/線(xiàn)距。
2. 選擇和設置過(guò)孔
3. 重要信號和電源的線(xiàn)寬以及顏色設置。
4. 板層設置。
5:PCB布局
一般布局按如下原則進(jìn)行:
(1) 按電氣性能合理分區,一般分為:數字電路區(即怕干擾、又產(chǎn)生干擾)、模擬電路區(怕干擾)、功率驅動(dòng)區(干擾源);
(2) 完成同一功能的電路,應盡量靠近放置,并調整各元器件以保證連線(xiàn)最為簡(jiǎn)潔;同時(shí),調整各功能塊間的相對位置使功能塊間的連線(xiàn)最簡(jiǎn)潔;
(3) 對于質(zhì)量大的元器件應考慮安裝位置和安裝強度;發(fā)熱元件應與溫度敏感元件分開(kāi)放置,必要時(shí)還應考慮熱對流措施;
(4) I/O驅動(dòng)器件盡量靠近印刷板的邊、靠近引出接插件;
(5) 時(shí)鐘產(chǎn)生器(如:晶振或鐘振)要盡量靠近用到該時(shí)鐘的器件;
(6) 在每個(gè)集成電路的電源輸入腳和地之間,需加一個(gè)去耦電容(一般采用高頻性能好的獨石電容);電路板空間較密時(shí),也可在幾個(gè)集成電路周?chē)右粋€(gè)鉭電容。
(7) 繼電器線(xiàn)圈處要加放電二極管(1N4148即可);
(8) 布局要求要均衡,疏密有序,不能頭重腳輕或一頭沉。
需要特別注意,在放置元器件時(shí),一定要考慮元器件的實(shí)際尺寸大?。ㄋ济娣e和高度)、元器件之間的相對位置,以保證電路板的電氣性能和生產(chǎn)安裝的可行 性和便利性同時(shí),應該在保證上面原則能夠體現的前提下,適當修改器件的擺放,使之整齊美觀(guān),如同樣的器件要擺放整齊、方向一致,不能擺得“錯落有致”。
這個(gè)步驟關(guān)系到板子整體形象和下一步布線(xiàn)的難易程度,所以一點(diǎn)要花大力氣去考慮。布局時(shí),對不太肯定的地方可以先作初步布線(xiàn),充分考慮。
6:布線(xiàn)
布線(xiàn)是整個(gè)PCB設計中最重要的工序。這將直接影響著(zhù)PCB板的性能好壞。在PCB的設計過(guò)程中,布線(xiàn)一般有這么三種境界的劃分:
首先是布通,這時(shí)PCB設計時(shí)的最基本的要求。如果線(xiàn)路都沒(méi)布通,搞得到處是飛線(xiàn),那將是一塊不合格的板子,可以說(shuō)還沒(méi)入門(mén)。
其次是電器性能的滿(mǎn)足。這是衡量一塊印刷電路板是否合格的標準。這是在布通之后,認真調整布線(xiàn),使其能達到最佳的電器性能。
接著(zhù)是美觀(guān)。假如你的布線(xiàn)布通了,也沒(méi)有什么影響電器性能的地方, 但是一眼看過(guò)去雜亂無(wú)章的,加上五彩繽紛、花花綠綠的,那就算你的電器性能怎么好,在別人眼里還是垃圾一塊。這樣給測試和維修帶來(lái)極大的不便。布線(xiàn)要整齊劃一,不能縱橫交錯毫無(wú)章法。這些都要在保證電器性能和滿(mǎn)足其他個(gè)別要求的情況下實(shí)現,否則就是舍本逐末了。
布線(xiàn)時(shí)主要按以下原則進(jìn)行:
(1) 一般情況下,首先應對電源線(xiàn)和地線(xiàn)進(jìn)行布線(xiàn),以保證電路板的電氣性能。在條件允許的范圍內,盡量加寬電源、地線(xiàn)寬度,最好是地線(xiàn)比電源線(xiàn)寬,它們的關(guān)系是:地線(xiàn)>電源線(xiàn)>信號線(xiàn),通常信號線(xiàn)寬為:0.2~0.3mm(大約是8-12mil),最細寬度可達0.05~0.07mm(2-3mil),電源線(xiàn)一般為1.2~2.5mm(50-100mil)。對數字電路的PCB可用寬的地導線(xiàn)組成一個(gè)回路,即構成一個(gè)地網(wǎng)來(lái)使用(模擬電路的地則不能這樣使用)。
(2) 預先對要求比較嚴格的線(xiàn)(如高頻線(xiàn))進(jìn)行布線(xiàn),輸入端與輸出端的邊線(xiàn)應避免相鄰平行,以免產(chǎn)生反射干擾。必要時(shí)應加地線(xiàn)隔離,兩相鄰層的布線(xiàn)要互相垂直,平行容易產(chǎn)生寄生耦合。
(3) 振蕩器外殼接地,時(shí)鐘線(xiàn)要盡量短,且不能引得到處都是。時(shí)鐘振蕩電路下面、特殊高速邏輯電路部分要加大地的面積,而不應該走其它信號線(xiàn),以使周?chē)妶?chǎng)趨近于零;
(4) 盡可能采用45°的折線(xiàn)布線(xiàn),不可使用90°折線(xiàn),以減小高頻信號的輻射;(要求高的線(xiàn)還要用雙弧線(xiàn))
(5) 任何信號線(xiàn)都不要形成環(huán)路,如不可避免,環(huán)路應盡量??;信號線(xiàn)的過(guò)孔要盡量少;
(6) 關(guān)鍵的線(xiàn)盡量短而粗,并在兩邊加上保護地。
(7) 通過(guò)扁平電纜傳送敏感信號和噪聲場(chǎng)帶信號時(shí),要用“地線(xiàn)-信號-地線(xiàn)”的方式引出。
(8) 關(guān)鍵信號應預留測試點(diǎn),以方便生產(chǎn)和維修檢測用
(9) 原理圖布線(xiàn)完成后,應對布線(xiàn)進(jìn)行優(yōu)化;同時(shí),經(jīng)初步網(wǎng)絡(luò )檢查和DRC檢查無(wú)誤后,對未布線(xiàn)區域進(jìn)行地線(xiàn)填充,用大面積銅層作地線(xiàn)用,在印制板上把沒(méi)被用上的地方都與地相連接作為地線(xiàn)用?;蚴亲龀啥鄬影?,電源,地線(xiàn)各占用一層。
PCB布線(xiàn)工藝要求(可在規則中設置好)
(1)線(xiàn)
一般情況下,信號線(xiàn)寬為0.3mm(12mil),電源線(xiàn)寬為0.77mm(30mil)或1.27mm(50mil);線(xiàn)與線(xiàn)之間和線(xiàn)與焊盤(pán)之間的距離大于等于0.33mm(13mil),實(shí)際應用中,條件允許時(shí)應考慮加大距離;
布線(xiàn)密度較高時(shí),可考慮(但不建議)采用IC腳間走兩根線(xiàn),線(xiàn)的寬度為0.254mm(10mil),線(xiàn)間距不小于0.254mm(10mil)。特殊情況下,當器件管腳較密,寬度較窄時(shí),可按適當減小線(xiàn)寬和線(xiàn)間距。
(2)焊盤(pán)(PAD)
焊盤(pán)(PAD)與過(guò)渡孔(VIA)的基本要求是:盤(pán)的直徑比孔的直徑要大于0.6mm;例如,通用插腳式電阻、電容和集成電路等,采用盤(pán)/孔尺寸1.6mm /0.8mm(63mil/32mil),插座、插針和二極管1N4007等,采用1.8mm/1.0mm(71mil/39mil)。實(shí)際應用中,應根據實(shí)際元件的尺寸來(lái)定,有條件時(shí),可適當加大焊盤(pán)尺寸;
PCB板上設計的元件安裝孔徑應比元件管腳的實(shí)際尺寸大0.2~0.4mm(8-16mil)左右。
(3)過(guò)孔(VIA)
一般為1.27mm/0.7mm(50mil/28mil);
當布線(xiàn)密度較高時(shí),過(guò)孔尺寸可適當減小,但不宜過(guò)小,可考慮采用1.0mm/0.6mm(40mil/24mil)。
(4)焊盤(pán)、線(xiàn)、過(guò)孔的間距要求
PAD and VIA :≥ 0.3mm(12mil)
PAD and PAD :≥ 0.3mm(12mil)
PAD and TRACK :≥ 0.3mm(12mil)
TRACK and TRACK :≥ 0.3mm(12mil)
密度較高時(shí):
PAD and VIA :≥ 0.254mm(10mil)
PAD and PAD :≥ 0.254mm(10mil)
PAD and TRACK :≥ 0.254mm(10mil)
TRACK and TRACK :≥ 0.254mm(10mil)
7:布線(xiàn)優(yōu)化和絲印
“沒(méi)有最好的,只有更好的”!不管你怎么挖空心思的去設計,等你畫(huà)完之后,再去看一看,還是會(huì )覺(jué)得很多地方可以修改的。一般設計的經(jīng)驗是:優(yōu)化布線(xiàn)的時(shí)間是初次布線(xiàn)的時(shí)間的兩倍。感覺(jué)沒(méi)什么地方需要修改之后,就可以鋪銅了。鋪銅一般鋪地線(xiàn)(注意模擬地和數字地的分離),多層板時(shí)還可能需要鋪電源。時(shí)對于絲印,要注意不能被器件擋住或被過(guò)孔和焊盤(pán)去掉。同時(shí),設計時(shí)正視元件面,底層的字應做鏡像處理,以免混淆層面。
8:網(wǎng)絡(luò )、DRC檢查和結構檢查
出光繪之前,一般需要檢查,每個(gè)公司都會(huì )有自己的Check List,包含了原理、設計、生產(chǎn)等各個(gè)環(huán)節的要求。
9:輸出光繪
光繪輸出前需要保證單板是已經(jīng)完成并符合設計需求的最新版本,光繪輸出文件分別用于板廠(chǎng)制板、鋼網(wǎng)廠(chǎng)制鋼網(wǎng)、焊接廠(chǎng)制作工藝文件等。
輸出的文件有(以四層板為例):
(1)布線(xiàn)層:指常規信號層,主要是布線(xiàn)。
命名為L(cháng)1,L2,L3,L4 ,其中L代表該走線(xiàn)層的層。
(2)絲印層:指設計文件中為加工絲印提供信息的層面,通常頂層和底層都有器件或有標識情況下,就會(huì )有頂層絲印和底層絲印。
命名:頂層命名為SILK_TOP ;底層命名為SILK_BOTTOM 。
(3)阻焊層:指設計文件中為綠油涂布提供加工信息的層面。
命名:頂層命名為SOLD_TOP;底層命名為SOLD_BOTTOM。
(4)鋼網(wǎng)層:指設計文件中為錫膏涂布提供加工信息的層面,通常在頂層和底層都有SMD器件情況下,就會(huì )有鋼網(wǎng)頂層和鋼網(wǎng)底層。
命名:頂層命名為PASTE_TOP ;底層命名為PASTE_BOTTOM。
(5)鉆孔層(包含2個(gè)文件,NC DRILL數控鉆孔文件和DRILL DRAWING鉆孔圖)
分別命名為NC DRILL和DRILL DRAWING。
10:光繪審查
輸出光繪之后要進(jìn)行光繪檢視、Cam350開(kāi)短路等方面的檢查才能發(fā)至板廠(chǎng)制板,后期還需關(guān)注制板工程及問(wèn)題回復。
11:PCB制板資料(Gerber光繪資料+PCB制板要求+拼板圖)
12:PCB板廠(chǎng)工程EQ確認(制板工程及問(wèn)題回復)
13:PCBA貼片資料輸出(鋼網(wǎng)資料、貼片位號圖、元件坐標文件)
到這里一個(gè)項目的PCB設計所有工作流程就完成了。PCB設計是一個(gè)非常細致的工作,所以設計時(shí)要極其細心和耐心,充分考慮各方面的因數,包括設計時(shí)要考慮到生產(chǎn)裝配加工、后期便于維修等問(wèn)題。另外設計時(shí)養成一些好的工作習慣,會(huì )讓你的設計更合理,設計效率更高,生產(chǎn)更容易,性能更好。好的設計運用到日常產(chǎn)品當中,消費者也會(huì )更加放心和信賴(lài)。