PCB部落格 - Protel 99 SE高頻PCB板設計研究

隨著電子技術的進步, 的複雜性和適用範圍 電路板 (printed circuit boards) have developed rapidly. 從事高頻的設計師 PCB板必須具備相應的基礎理論知識, 並應具有豐富的高頻生產經驗 PCB板s. 也就是說, 無論是繪製原理圖還是設計 PCB板, 應從其所在的高頻工作環境考慮, 這樣一個理想 PCB板 可以設計. 本文主要從高頻PCB的手工佈局和佈線兩個方面研究了基於Protel99SE的高頻PCB設計中的一些問題.

1 €Layout design
Although Protel 99 SE has 這個 function of automatic layout, 它不能完全滿足高頻電路的工作需要. 根據具體情況，通常需要依靠設計師的經驗, 首先使用手動佈局的方法來優化和調整某些組件的位置, 然後結合自動佈局完成了系統的總體設計 PCB板. 佈局是否合理直接影響生活, 穩定性, EMC (electromagnetic compatibility) of the product, 等., 必須從電路板的總體佈局考慮, 佈線的可訪問性和 PCB板, 機械結構, 散熱, EMI ( Electromagnetic interference), 可靠性, 綜合考慮信號完整性等方面. 通常地, 首先放置與機械尺寸相關的固定位置中的零部件, 然後放置特殊和較大的組件, 放置小部件. 同時, 考慮佈線要求, 高頻部件的放置應盡可能緊湊, 訊號線的接線應盡可能短, 從而减少訊號線的交叉干擾.

1.1 Placement of positioning inserts in relation to mechanical dimensions
Power sockets, 開關, 之間的介面 PCB板s, 指示燈, 等. 所有定位挿件是否都與機械尺寸有關. 通常, 電源和 PCB板 放置在 PCB板, 從邊緣到邊緣應該有3毫米到5毫米的距離 PCB板； 訓示發光二極體應根據需要準確放置； 開關和一些微調組件, 如可調電感, 可調電阻, 等. 應放置在靠近 PCB板 便於調整和連接； 需要經常更換的部件必須放置在部件較少的位置，以便於更換.

1.2 Placement of special components
High-power tubes, 變壓器, 整流管和其他加熱裝置在高頻工作時會產生大量熱量, 囙此，在佈局中應充分考慮通風和散熱, 這些組件應該放在 PCB板 空氣易於迴圈的地方. 位置. 大功率整流管和調節管應配備散熱器, 並應遠離變壓器. 怕熱的部件, 例如電解電容器, 還應遠離加熱裝置, 否則電解液會變幹, 導致阻力新增和效能差, 這將影響電路的穩定性. 容易發生故障的組件, 例如調節管, 電解電容, 繼電器, 等., 應考慮到易於維護. 對於經常需要量測的測試點, 在佈置部件時應小心，以確保測試棒易於接觸. 由於電源設備內部產生50 Hz的漏磁場, 當它連接到低頻放大器的某些部件時, 它會干擾低頻放大器. 因此, 它們必須隔離或遮罩. 根據示意圖，放大器的所有電平可以佈置在一條直線上. 這種佈置的優點是，每個電平的接地電流在該電平閉合併流動, 不會影響其他電路的工作. 輸入級和輸出級應盡可能遠，以减少它們之間的寄生耦合干擾. 考慮每個單元功能電路之間的訊號傳輸關係, 低頻電路和高頻電路也應分開, 類比電路和數位電路應該分開. 集成電路應置於 PCB板, 以便於每個引脚與其他設備之間的接線連接. 電感器和變壓器等設備具有磁耦合，應相互正交放置，以减少磁耦合. 此外, 它們都有强大的磁場, 並且應該在它們周圍有一個適當的大空間或磁遮罩，以减少對其他電路的影響.

應在PCB的關鍵部位配寘適當的高頻去耦電容器。 例如，10mF到100mF的電解電容器應連接到PCB電源的輸入端，並且應在集成電路的電源引脚附近連接0.01 pF。 陶瓷電容器。 一些電路還配備了適當的高頻或低頻扼流圈，以减少高頻和低頻電路之間的影響。 在設計和繪製原理圖時應考慮這一點，否則會影響電路的效能。 部件之間的間距應適當，間距應考慮部件之間是否存在擊穿或點火的可能性。 對於具有推挽電路和橋接電路的放大器，應注意元件電力參數的對稱性和結構的對稱性，以便對稱元件的分佈參數盡可能一致。 在完成主要部件的手動佈局後，應採用部件鎖定的方法，以便這些部件在自動佈局期間不會移動。 也就是說，執行“編輯更改”命令或在零部件的特性中選擇“鎖定”以將其鎖定且不再移動。

1.3 Placement of common components
For common components, 例如電阻器, 電容器, 等., 應該從幾個方面考慮, 如部件的有序排列, 佔用空間的大小, 接線的可接近性和焊接的便利性, 等., 並且可以採用自動佈局的方法.

2. Design of wiring
Wiring is the general requirement for realizing high-frequency PCB板 在合理佈局的基礎上進行設計. 路由包括自動路由和手動路由. 通常, 不管關鍵訊號線的數量, 這些訊號線首先手動佈線. 接線完成後, 仔細檢查這些訊號線的接線. 檢驗合格後, 它們是固定的, 然後自動路由其他佈線. 那就是, 手動和自動接線的組合用於完成 PCB板.

在高頻佈線過程中 PCB板, 應特別注意以下方面.

2.1 The direction of wiring
The wiring of the circuit adopts a full straight line according to the flow direction of the signal, 當需要轉彎時，可以用45°折線或圓弧曲線完成, 可以减少高頻訊號的外部發射和互耦. 高頻訊號線的接線應盡可能短. 根據電路的工作頻率, 合理選擇訊號線接線長度, 它可以减少分佈參數，减少訊號損失. 製作雙面面板時, 接線垂直, 間接的, 或彎曲以在兩個相鄰層上相交. 避免相互平行, 可以减少相互干擾和寄生耦合. 高頻訊號線和低頻訊號線應盡可能分開, 必要時應採取遮罩措施，防止相互干擾. 對於接收較弱的訊號輸入端子, 易受外部訊號干擾, 接地線可用作遮罩線圍繞它或遮罩高頻連接器. 應避免在同一水平面上並聯, 否則將引入分佈參數, 這會影響電路. 如果不可避免, 可以在兩條平行線之間引入接地銅箔以形成隔離線. 在數位電路中, 用於差分訊號線, 它們應該成對佈線, 儘量使它們平行並緊密結合在一起, 長度差別不大.

2.2 The form of wiring
In the wiring process of the PCB板, 跡線的寬度由導線和絕緣層基板之間的粘附强度以及流經導線的電流強度决定. 當銅箔的厚度為0時.05毫米，寬度為1mm到1.5mm, 可以通過2A的電流. 溫度不會高於3„. 除了一些特殊的痕迹, 同一層上其他記錄道的寬度應盡可能一致. 高頻電路中的佈線間距將影響分佈電容和電感的大小, 從而影響訊號的遺失, 電路的穩定性和訊號引起的干擾. 在高速開關電路中, 導線的間距將影響訊號的傳輸時間和波形的質量. 因此, 接線間距應大於或等於0.5毫米, 只要允許, the PCB板 接線應使用相對較寬的線路. 印刷線和邊緣之間應該有一定的距離 PCB板 (（不小於板材厚度）), 不僅便於安裝和加工, 同時也提高了絕緣效能. 當遇到只能在線路中以大圓連接的線路時, 使用飛行導線, 那就是, 直接與短線連接，以减少長距離接線引起的干擾. 含有磁敏感元件的電路對周圍磁場更敏感, 當高頻電路工作時，接線的角落很容易輻射電磁波. 同一層佈線不允許有交叉. 對於可能相交的線, 可以使用“鑽孔”和“纏繞”的方法來解决此問題, 那就是, 讓一根導線從其他器件（如電阻器）引脚下方的間隙“鑽”出, 電容器, 3極管, 等., 或者從一條可能與導線一端相交的線“包裹”在其上. 在特殊情况下, 如果電路非常複雜, 為了簡化設計, 也允許使用跳線來解决交叉問題. 當高頻電路的工作頻率較高時, 還需要考慮佈線的阻抗匹配和天線效應.

2.3 Wiring requirements for power cables and ground cables
According to the size of different working current, 儘量新增電源線的寬度. 高頻 PCB板 應盡可能使用大面積地線，並將其放置在 PCB板, 可以减少外部訊號對電路的干擾； 電壓接近接地電壓. 接地管道應根據具體情況選擇. 它不同於低頻電路. 高頻電路的接地線應就近接地或多點接地. 接地線應短而厚，以儘量減少接地阻抗. 允許電流要求可達到工作電流標準的3倍. 揚聲器的接地線應連接到 PCB板, 不得任意接地. 接線過程中, 一些合理的接線應及時鎖定，以避免重複接線. 那就是, 執行EditselectNet命令，並在預接線内容中選擇Locked以將其鎖定，不再移動.

3、焊盤和鍍銅設計

3.1 Pads and Apertures
In the case of ensuring that the wiring spacing does not violate the designed electrical spacing, 墊的設計應更大，以確保足够的環寬度. 通常地, 襯墊的內孔略大於部件的引線直徑, 而且設計太大了, 焊接過程中容易形成虛擬焊接. The outer diameter D of the pad is generally not less than (d+1.2) mm, 其中d是襯墊的內徑. 對於一些人來說 PCB板密度相對較高的, the value of the pad can be (d+1.0) mm. 墊子的形狀通常設定為圓形, 但是DIP封裝集成電路的焊盤採用了跑道形狀, 這可以在有限的空間內新增焊盤的面積, 有利於集成電路的焊接. 接線和焊盤之間的連接應平滑過渡, 那就是, 當進入圓形焊盤的佈線寬度小於圓形焊盤的直徑時, 應使用淚滴設計. 應注意的是，襯墊內徑d的尺寸不同, 並應根據實際元件引線直徑的大小來考慮, 例如組件孔, 安裝孔和槽孔. 還應根據實際部件的安裝方法考慮墊片的孔間距. 例如, 電阻器等部件, 二極體, 管狀電容器有兩種安裝方法：“垂直”和“水准”. 這兩種方法的孔間距不同. 此外, 焊盤孔間距的設計還應考慮組件之間的間隙要求, 特別是特殊部件之間的間隙需要通過墊片之間的孔距來保證. 在高頻中 PCB板, 應儘量減少過孔的數量, 這不僅可以减少分佈電容, 還可以新增 PCB板. 總之, 在高頻設計中 PCB板, 墊子的設計及其形狀, 孔徑和孔間距不能只考慮其特殊性, 同時也滿足了生產工藝的要求. 標準化設計不僅可以降低產品成本, 而且在保證產品品質的同時提高生產效率.

3.2 Copper plating
The main purpose of copper coating is to improve the anti-interference ability of the circuit, 同時, 這對發動機的散熱非常有利 PCB板 以及 PCB板. 然而, 不能使用大面積帶狀銅箔, 因為當 PCB板 使用時間過長, 將產生大量熱量, 帶狀銅箔易膨脹脫落. 銅箔, 並將電網與電路的接地網連接, 使電網具有更好的遮罩效果. 電網的大小由要遮罩的干擾頻率决定. 路由設計完成後, 焊盤和過孔, a DRC (Design Rule Check) should be performed. 檢查結果中詳細列出了設計圖和定義規則之間的差异, 可以找到不符合要求的網絡. 然而, 在運行DRC之前，應在接線之前對DRC進行參數化, 那就是, 執行ToolsDesign規則檢查命令.

4 €Conclusion
The design of high-frequency circuit PCB板 是一個複雜的過程, 涉及多種因素, 這可能直接關係到高頻電路的工作效能. 因此, 設計師需要在實際工作中不斷研究和探索, 積累經驗, and combine new EDA (Electronic Design Automation) technology to design high-frequency circuit PCB板 性能卓越.