資深工程師經(jīng)驗：PCB設(shè)計要注意的問題

作為一個工程師設(shè)計電路是一項必備的硬功夫，但是原理設(shè)計再完美，如果電路板設(shè)計不合理性能將大打折扣，嚴(yán)重時甚至不能正常工作。根據(jù)我的經(jīng)驗，我總結(jié)出以下一些PCB設(shè)計中應(yīng)該注意的地方，希望能對您有所啟示。

　　不管用什么軟件，PCB設(shè)計有個大致的程序，按順序來會省時省力，因此我將按制作流程來介紹一下。(由于protel界面風(fēng)格與windows視窗接近，操作習(xí)慣也相近，且有強(qiáng)大的仿真功能，使用的人比較多，將以此軟件作說明。)

　　原理圖設(shè)計是前期準(zhǔn)備工作，經(jīng)常見到初學(xué)者為了省事直接就去畫PCB板了，這樣將得不償失，對簡單的板子，如果熟練流程，不妨可以跳過。但是對于初學(xué)者一定要按流程來，這樣一方面可以養(yǎng)成良好的習(xí)慣，另一方面對復(fù)雜的電路也只有這樣才能避免出錯。

　　作為一個電子工程師設(shè)計電路是一項必備的硬功夫，但是原理設(shè)計再完美，如果電路板設(shè)計不合理性能將大打折扣，嚴(yán)重時甚至不能正常工作。根據(jù)我的經(jīng)驗，我總結(jié)出以下一些PCB設(shè)計中應(yīng)該注意的地方，希望能對您有所啟示。

　　不管用什么軟件，PCB設(shè)計有個大致的程序，按順序來會省時省力，因此我將按制作流程來介紹一下。(由于protel界面風(fēng)格與windows視窗接近，操作習(xí)慣也相近，且有強(qiáng)大的仿真功能，使用的人比較多，將以此軟件作說明。)

　　原理圖設(shè)計是前期準(zhǔn)備工作，經(jīng)常見到初學(xué)者為了省事直接就去畫PCB板了，這樣將得不償失，對簡單的板子，如果熟練流程，不妨可以跳過。但是對于初學(xué)者一定要按流程來，這樣一方面可以養(yǎng)成良好的習(xí)慣，另一方面對復(fù)雜的電路也只有這樣才能避免出錯。

　　在畫原理圖時，層次設(shè)計時要注意各個文件最后要連接為一個整體，這同樣對以后的工作有重要意義。由于，軟件的差別有些軟件會出現(xiàn)看似相連實(shí)際未連(電氣性能上)的情況。如果不用相關(guān)檢測工具檢測，萬一出了問題，等板子做好了才發(fā)現(xiàn)就晚了。因此一再強(qiáng)調(diào)按順序來做的重要性，希望引起大家的注意。

　　原理圖是根據(jù)設(shè)計的項目來的，只要電性連接正確沒什么好說的。下面我們重點(diǎn)討論一下具體的制板程序中的問題。

　　l、制作物理邊框

　　封閉的物理邊框?qū)σ院蟮脑季?、走線來說是個基本平臺，也對自動布局起著約束作用，否則，從原理圖過來的元件會不知所措的。但這里一定要注意精確，否則以后出現(xiàn)安裝問題麻煩可就大了。還有就是拐角地方最好用圓弧，一方面可以避免尖角劃傷工人，同時又可以減輕應(yīng)力作用。以前我的一個產(chǎn)品老是在運(yùn)輸過程中有個別機(jī)器出現(xiàn)面殼PCB板斷裂的情況，改用圓弧后就好了。

　　2、元件和網(wǎng)絡(luò)的引入

　　把元件和網(wǎng)絡(luò)引人畫好的邊框中應(yīng)該很簡單，但是這里往往會出問題，一定要細(xì)心地按提示的錯誤逐個解決，不然后面要費(fèi)更大的力氣。這里的問題一般來說有以下一些：

　　元件的封裝形式找不到，元件網(wǎng)絡(luò)問題，有未使用的元件或管腳，對照提示這些問題可以很快搞定的。

　　3、元件的布局

　　元件的布局與走線對產(chǎn)品的壽命、穩(wěn)定性、電磁兼容都有很大的影響，是應(yīng)該特別注意的地方。一般來說應(yīng)該有以下一些原則：

　　3.l放置順序

　　先放置與結(jié)構(gòu)有關(guān)的固定位置的元器件，如電源插座、指示燈、開關(guān)、連接件之類，這些器件放置好后用軟件的LOCK功能將其鎖定，使之以后不會被誤移動。再放置線路上的特殊元件和大的元器件，如發(fā)熱元件、變壓器、IC等。最后放置小器件。

　　3.2注意散熱

　　元件布局還要特別注意散熱問題。對于大功率電路，應(yīng)該將那些發(fā)熱元件如功率管、變壓器等盡量靠邊分散布局放置，便于熱量散發(fā)，不要集中在一個地方，也不要高電容太近以免使電解液過早老化。

　　4、布線

　　布線原則

　　走線的學(xué)問是非常高深的，每人都會有自己的體會，但還是有些通行的原則的。

　　◆高頻數(shù)字電路走線細(xì)一些、短一些好

　　◆大電流信號、高電壓信號與小信號之間應(yīng)該注意隔離(隔離距離與要承受的耐壓有關(guān)，通常情況下在2KV時板上要距離2mm，在此之上以比例算還要加大，例如若要承受3KV的耐壓測試，則高低壓線路之間的距離應(yīng)在3.5mm以上，許多情況下為避免爬電，還在印制線路板上的高低壓之間開槽。)

　　◆兩面板布線時，兩面的導(dǎo)線宜相互垂直、斜交、或彎曲走線，避免相互平行，以減小寄生耦合；作為電路的輸人及輸出用的印制導(dǎo)線應(yīng)盡量避兔相鄰平行，以免發(fā)生回授，在這些導(dǎo)線之間最好加接地線。

　　◆走線拐角盡可能大于90度，杜絕90度以下的拐角，也盡量少用90度拐角

　　◆同是地址線或者數(shù)據(jù)線，走線長度差異不要太大，否則短線部分要人為走彎線作補(bǔ)償　　◆走線盡量走在焊接面，特別是通孔工藝的PCB

　　◆盡量少用過孔、跳線

　　◆單面板焊盤必須要大，焊盤相連的線一定要粗，能放淚滴就放淚滴，一般的單面板廠家質(zhì)量不會很好，否則對焊接和RE-WORK都會有問題

　　◆大面積敷銅要用網(wǎng)格狀的，以防止波焊時板子產(chǎn)生氣泡和因為熱應(yīng)力作用而彎曲，但在特殊場合下要考慮GND的流向，大小，不能簡單的用銅箔填充了事，而是需要去走線

　　◆元器件和走線不能太靠邊放，一般的單面板多為紙質(zhì)板，受力后容易斷裂，如果在邊緣連線或放元器件就會受到影響

　　◆必須考慮生產(chǎn)、調(diào)試、維修的方便性

　　對模擬電路來說處理地的問題是很重要的，地上產(chǎn)生的噪聲往往不便預(yù)料，可是一旦產(chǎn)生將會帶來極大的麻煩，應(yīng)該未雨綢緞。對于功放電路，極微小的地噪聲都會因為后級的放大對音質(zhì)產(chǎn)生明顯的影響；在高精度A/D轉(zhuǎn)換電路中，如果地線上有高頻分量存在將會產(chǎn)生一定的溫漂，影響放大器的工作。這時可以在板子的4角加退藕電容，一腳和板子上的地連，一腳連到安裝孔上去(通過螺釘和機(jī)殼連)，這樣可將此分量慮去，放大器及AD也就穩(wěn)定了。

　　另外，電磁兼容問題在目前人們對環(huán)保產(chǎn)品倍加關(guān)注的情況下顯得更加重要了。一般來說電磁信號的來源有3個：信號源，輻射，傳輸線。晶振是常見的一種高頻信號源，在功率譜上晶振的各次諧波能量值會明顯高出平均值?？尚械淖龇ㄊ强刂菩盘柕姆?，晶振外殼接地，對干擾信號進(jìn)行屏蔽，采用特殊的濾波電路及器件等。

　　需要特別說明的是蛇形走線，因為應(yīng)用場合不同其作用也是不同的，在電腦的主板中用在一些時鐘信號上，如PCIClk、AGP-Clk，它的作用有兩點(diǎn)：1、阻抗匹配2、濾波電感。

　　對一些重要信號，如INTELHUB架構(gòu)中的HUBLink，一共13根，頻率可達(dá)233MHZ，要求必須嚴(yán)格等長，以消除時滯造成的隱患，這時，蛇形走線是唯一的解決辦法。

　　一般來講，蛇形走線的線距>=2倍的線寬；若在普通PCB板中，除了具有濾波電感的作用外，還可作為收音機(jī)天線的電感線圈等等。

　　5、調(diào)整完善

　　完成布線后，要做的就是對文字、個別元件、走線做些調(diào)整以及敷銅(這項工作不宜太早，否則會影響速度，又給布線帶來麻煩)，同樣是為了便于進(jìn)行生產(chǎn)、調(diào)試、維修。　　敷銅通常指以大面積的銅箔去填充布線后留下的空白區(qū)，可以鋪GND的銅箔，也可以鋪VCC的銅箔(但這樣一旦短路容易燒毀器件，最好接地，除非不得已用來加大電源的導(dǎo)通面積，以承受較大的電流才接VCC)。包地則通常指用兩根地線(TRAC)包住一撮有特殊要求的信號線，防止它被別人干擾或干擾別人。

　　如果用敷銅代替地線一定要注意整個地是否連通，電流大小、流向與有無特殊要求，以確保減少不必要的失誤。

　　6、檢查核對網(wǎng)絡(luò)

　　有時候會因為誤操作或疏忽造成所畫的板子的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系與原理圖不同，這時檢察核對是很有必要的。所以畫完以后切不可急于交給制版廠家，應(yīng)該先做核對，后再進(jìn)行后續(xù)工作。

　　7、使用仿真功能

　　完成這些工作后，如果時間允許還可以進(jìn)行軟件仿真。特別是高頻數(shù)字電路，這樣可以提前發(fā)現(xiàn)一些問題，大大減少以后的調(diào)試工作量。

　　一、SMT-PCB上元器件的布局

　　1、 當(dāng)電路板放到回流焊接爐的傳送帶上時，元器件的長軸應(yīng)該與設(shè)備的傳動方向垂直，這樣可以防止在焊接過程中出現(xiàn)元器件在板上漂移或 “豎碑”的現(xiàn)象。

　　2、 PCB 上的元器件要均勻分布，特別要把大功率的器件分散開，避免電路工作時PCB 上局部過熱產(chǎn)生應(yīng)力，影響焊點(diǎn)的可靠性。

　　3、 雙面貼裝的元器件，兩面上體積較大的器件要錯開安裝位置，否則在焊接過程中會因為局部熱容量增大而影響焊接效果。

　　4、 在波峰焊接面上不能放置PLCC/QFP 等四邊有引腳的器件。

　　5、 安裝在波峰焊接面上的SMT大器件，其長軸要和焊錫波峰流動的方向平行，這樣可以減少電極間的焊錫橋接。

　　6、 波峰焊接面上的大、小SMT元器件不能排成一條直線，要錯開位置，這樣可以防止焊接時因焊料波峰的 “陰影”效應(yīng)造成的虛焊和漏焊。

　　二、SMT-PCB上的焊盤

　　1、 波峰焊接面上的SMT元器件，其較大元件之焊盤(如三極管、插座等)要適當(dāng)加大，如SOT23 之焊盤可加長0.8-1mm，這樣可以避免因元件的 “陰影效應(yīng)”而產(chǎn)生的空焊。

2、 焊盤的大小要根據(jù)元器件的尺寸確定