電路設計 - PCB設計過程和PCB板生產說明

PCB設計全分析：從資訊準備到佈線檢查的詳盡過程

PCB設計所需的關鍵資訊：

原理圖：生成準確網表的詳細電子文檔。

機械尺寸：清楚地標明定位裝置的具體方向和方向標識，以及具體的高度限制區域。

BOM清單：驗證和檢查原理圖上設備的包裝資訊。

佈線指南：詳細說明特定訊號的具體要求，以及阻抗和層壓等設計標準。

PCB設計的覈心步驟：

1.預處理

準備組件庫和原理圖：俗話說，“要做好工作，你必須首先充分利用你的工具”。 為了製造出高品質的電路板，除了設計原則外，還必須繪製好。 在開始PCB設計之前，您必須首先準備原理圖（SCH）元件庫和PCB元件庫（這是一個關鍵步驟）。 組件庫可以選擇Protel自帶的庫，但通常很難找到準確的一個，最好根據所選設備的標準尺寸數據創建自己的組件庫。 原則上，首先製作PCB元件庫，然後製作SCH元件庫。 PCB元件庫要求較高，直接影響電路板的安裝； SCH元件庫的要求相對寬鬆，只要注意引脚内容的定義，就可以定義與PCB元件的對應關係。 同時，注意標準庫中隱藏的引脚。 完成原理圖設計後，可以開始PCB設計。

製作原理圖庫時，請確保引脚正確連接到輸出/輸入PCB板，並仔細驗證庫檔案。

2.PCB結構設計

根據確定的板尺寸和各種機械定位，在PCB設計環境中繪製PCB的輪廓，放置所需的連接器、按鈕/開關、數碼管、指示器、輸入/輸出埠等，並根據定位要求設定螺孔和安裝孔。 在此過程中，應充分考慮和確定佈線區域和非佈線區域（例如，螺孔周圍是非佈線區域）。 應特別注意設備的實際尺寸（占地面積和高度）、設備之間的相對位置（空間尺寸）以及設備放置的水准，以確保電路板的電力效能、生產和安裝的可行性和便利性。 在確保上述原則得到體現的前提下，可以調整設備，使佈局更加整潔。 如果類似的設備需要整齊地放置在同一方向上，不要隨意放在一起。

3.PCB佈局

確保原理圖佈局之前的準確性至關重要！ 完成原理圖後，需要檢查電網、接地網等是否正確。

佈局需要注意設備級別（特別是挿件等）和設備放置（直接插入水准或垂直放置）的放置，以確保安裝的可行性和便利性。

將設備放置在板上進行佈局。 此時，如果上述所有準備工作都已完成，則可以在原理圖上生成網表（設計->創建網表），然後導入到PCB上（設計->加載網）。 此時，您可以看到完整的設備堆棧，引脚之間有飛線尖端連接，然後是設備佈局。

佈局應遵循以下原則：

確定器件的放置級別：通常，SMD器件應放置在同一側，插入式器件需要根據具體情況確定。 根據電力效能的合理劃分，一般分為數位電路區（易受干擾、干擾產生）、類比電路區（容易受干擾）、電源驅動區（幹擾源）。 將具有相同功能的電路盡可能靠近放置，並調整組件以確保最簡單的連接； 同時，調整功能塊之間的相對位置，使功能塊之間建立最簡潔的連接。 對於質量要求較高的設備，應考慮其安裝位置和安裝强度； 發熱元件應與溫度敏感元件分開放置，必要時應考慮熱對流措施。 時鐘發生器（如晶體或時鐘）應盡可能靠近使用時鐘的設備。 佈局應平衡稀疏，避免頭重腳輕或片面。

4.佈線

佈線是PCB設計中最關鍵的部分，將直接影響PCB的效能。

在PCB設計過程中，佈線通常分為三個層次。 首先是連接，這是PCB設計的基本要求。 如果線路沒有鋪設，到處都是飛線，那麼這將是一塊不合格的板，可以說設計還沒有開始。 二是滿足電力效能，這是PCB板是否合格的重要名額。 連接後，需要仔細調整接線，以實現最佳的電力效能，同時考慮美觀性。 如果接線雖然連接正確，但雜亂而多彩，那麼即使電力性能良好，在別人眼中也是劣質板。 這給測試和維護帶來了極大的不便。 接線應整潔均勻，不得雜亂。 必須在確保電力效能和滿足其他個人要求的同時實現這些目標。

接線應遵循以下原則：

通常，應首先佈線電源線和地線，以確保電路板的電力效能。 在這些條件下，儘量加寬電源線和地線的寬度。 地線比電源線寬。 它們的關係是：接地>電源>訊號線。 通常訊號線的寬度為0.2~0.3mm，最薄的寬度可以為0.05~0.07mm； 電源線通常為1.2~2.5mm。 對於數位電路PCB，可以使用寬接地線形成回路，以形成接地網絡（類比電路的接地不能以這種管道使用）。

對要求苛刻的線路（如高頻線路）進行預處理時，應避免輸入和輸出的邊緣平行相鄰，以避免反射干擾。 如果需要，可以添加一根接地線，兩層相鄰的佈線應相互垂直，因為平行佈線容易發生寄生耦合。 振盪器外殼接地，時鐘線應盡可能短，不要隨意引線過長。 在時鐘振盪電路和特殊的高速邏輯電路部分下方，應新增接地面積，不應走到其他訊號線，以使周圍的電場趨於零。 儘量使用45°折疊線，避免使用90°折疊線以减少高頻訊號的輻射（對於要求苛刻的線路可以使用雙弧）。

避免任何訊號線上的環路，如果不可避免，環路應盡可能小； 訊號線中的過孔數量應盡可能少。 關鍵線路應盡可能短而粗，並在兩側進行保護。 當通過扁平電纜傳輸敏感訊號和雜訊場訊號時，應通過“接地訊號接地”的管道進行選取。 為調試、生產和維護測試的關鍵訊號預留測試點。 完成原理圖接線後，應優化接線。 同時，在初始網絡檢查和DRC檢查正確後，對非佈線區域進行接地，並使用大銅層作為接地，將印刷電路板的未使用區域連接到地，或製作多層板，使電源和接地各占一層。

5.添加淚滴

淚滴是焊盤和電線之間或電線和引線通孔之間的液滴狀連接。 設定淚滴的目的是防止在電路板受到較大外力時，焊盤和電線或電線和引線通孔之間的接觸點斷開。 此外，淚滴的設定還可以使PCB電路板看起來更美觀。 在電路板設計中，為了使焊盤更加堅固，防止機械板生產中焊盤和導體之間的斷裂，焊盤和導線之間通常會設定過渡帶銅膜，其形狀類似於淚滴，囙此通常被稱為淚滴。

6.檢查和驗證

首先檢查隔離層、頂層、底層、頂層絲網印刷和底層絲網印刷。 然後檢查電力規則：檢查通孔（不允許有0個通孔；邊界線寬為0.8）、斷開的網表、最小間距（10 mil）和短路（逐一分析每個參數）。 接下來檢查電源線和地線是否存在干擾（濾波電容器應靠近晶片）。 完成PCB設計後，重新加載網表以檢查其是否未被修改，並確保電路板正常工作。 最後，檢查覈心設備的接線以確保準確性。

PCB設計是電子產品創新的覈心，設計過程的不斷優化和科技的應用將大大提升產品的競爭力，引領電子行業邁向新的高度。