Transcript 初级工程师PCB设计技巧

PCB及其
设计技
巧
目
录
第一章：PCB 概述
第二章：PCB 设计流程
及PCB
Layout 设计
第三章： PROTEL 常用操作
第四章： PCB Layout 技巧
第一章：
PCB 概述
第一章： PCB 概述
一、PCB：
Printed Circuit Board——印刷电路
板
二、PCB板的质量的决定因素：
基材的选用；
组成电路各要素的物理特
性。
第一章： PCB 概述
三、PCB的材料分类
1、刚性：
（1）、酚醛纸质层压板
（2）、环氧纸质层压板
（3）、聚酯玻璃毡层压板
（4）、环氧玻璃布层压板
2、挠性
（1）、聚酯薄膜
（2）、聚酰亚胺薄膜
（3）、氟化乙丙烯薄膜
第一章： PCB 概述
四、PCB基板材料种类及用途：
基板种类
组
成
及
用
FR-3
纸基，环氧树脂，难燃
G-10
玻璃布，环氧树脂，一般用途
FR-4
玻璃布，环氧树脂，难燃
G-11
玻璃布，环氧树脂，高温用途
FR-5
玻璃布，环氧树脂，高温并难燃
FR-6
玻璃席，聚脂类，难燃
途
CEM-1
两外层是玻璃布，中间是木浆纸纤维，环氧树脂，
难燃
CEM-3
两外层是玻璃布，中间是玻璃短纤所组成的席，环
氧树脂，难燃
第一章： PCB 概述
五、PCB板的种类：
A、单面板（单面、双面丝印）
B、双面板（单面、双面丝印）
C、四层板（两层走线、电源、GND）
D、六层板（四层走线、电源、GND）
E、八层及以上多层板（n-2层走线、电源、GND）
F、雕刻板
第一章： PCB 概述
六、多层PCB的基本制作工艺流程：
下料
内层钻孔
压合
棕化(黑化)
内层线路曝光
内层测试
内层检修
干膜线路
外层钻孔
黑孔
一次铜
防焊印刷
测试
去膜蚀刻
喷锡
文字印刷
内层蚀刻
成型
测试
二次铜
成品
注：单层和双面PCB的基本工艺流程比多层工艺流程更简单，
是在其基础上减除内层部分流程（即去除虚线框部分）。
第二章：
PCB 设计流程及
PCB Layout 设计
第二章：PCB 设计流程及PCB Layout 设计
一、设计准备：对原理图进行分析和DRC检查；建立标准元件库；建
立特殊元器件；印制板设计文件的建立；转网表。
二、网表输入：将转换好的网表进行输入。
三、规则设置：按照成品规格书的要求，将线宽、线距、层定义、过
孔、全局参数等相关参数设置好。
四、手工布局：根据印制板安装结构尺寸要求画出边框，参照原理图，
结合机构进行布局，检查布局。
五、手工布线：参照原理图进行预布线，检查布线是否符合电路模块
要求；修改布线，并符合相应要求。
（自动布线：根据原理图和已设置好的规则，进行自动布线。要求原
理图无差错、规则设置无误方可进行。）
六、检查完善： PCB制作初步完成，“铺铜”与“补铜”，进行连线、
连通性、间距、“孤岛”、文字标识检查，并对其进行修改，使其
符合要求。
七、CAM输出：检查无误后，生成底片，到此PCB板制作完成。
第二章：PCB 设计流程及PCB Layout 设计
一、设计准备：对原理图进行分析和DRC检查；建立标准元件库；
建立特殊元器件；印制板设计文件的建立；转网表。
图例：
第二章：PCB 设计流程及PCB Layout 设计
原理图规范分析及DRC
检验：
1、原理图使用模块化方
式绘制，这样利于读原
理图，又利于模块化布
局。
2、原理图大部分的PCB封
装要确认下来，个别器
件没有封装，作个标志，
利于我们建库、添加封
装。
3、原理图的DRC检验（见
右图）。
第二章：PCB 设计流程及PCB Layout 设计
二、网表输入：将转换好的网表进行输入。
三、规则设置：按照成品规格书的要求，将线宽、线距、
层定义、过孔、全局参数等相关参数设置好。
PCB布局的一般规则：
a、信号流畅，信号方向保持一致；
b、核心元件为中心；
c、在高频电路中，要考虑元器件的分布参数；
d、特殊元器件的摆放位置；
e、要考虑批量生产时，波峰焊及回流焊的锡流方向及加工
传送PCB的工艺因素。
第二章：PCB 设计流程及PCB Layout 设计
四、手工布局：根据印制板安装结构尺寸要求画
出边框，参照原理图，结合机构进行布局，检查布局。
1、布局前的准备：
a、画出边框；
b、定位孔和对接孔进行位置确认；
c、板内元件局部的高度控制；
d、重要网络的标志。
2、PCB布局的顺序：
a、固定元件；
b、有条件限制的元件；
c、关键元件；
d、面积比较大元件；
e、零散元件。
第二章：PCB 设计流程及PCB Layout 设计
3、参照原理图，结合机构，进
行布局。
4、布局检查：
A、检查元件在二维、三维空间上
是否有冲突。
B、元件布局是否疏密有序，排列
整齐。
C、元件是否便于更换，插件是否
方便。
D、热敏元件与发热元件是否有距
离。
E、信号流程是否流畅且互连最短。
F、插头、插座等机械设计是否矛
盾。
G、元件焊盘是否足够大。
第二章：PCB 设计流程及PCB Layout 设计
五、手工布线：参照原理图进行预布线，检查布线是否
符合电路模块要求；修改布线，并符合相应要求。
1、走线规律：
A、走线方式: 尽量走短线，特别是
小信号。
B、走线形状: 同一层走线改变方向
时，应走斜线。
C、电源线与地线的设计: 40－
100mil，高频线用地线屏蔽。
D、多层板走线方向: 相互垂直，层
间耦合面积最小；禁止平行走线。
E、焊盘设计的控制
2、布线:
首先，进行预连线，看一下项目的可
连通性怎样，并根据原理图及实际情
况进行器件调整，使其更加有利于走
线。
第二章：PCB 设计流程及PCB Layout 设计
3、布线检查：
(1)、间距是否合理，是否满足生产要求。
(2)、电源线和地线的宽度是否合适，电源与地线之间是否紧耦合（低的
波阻抗）。
(3)、对于关键的信号线是否采取了最佳措施，输入线及输出线要明显地
分开。
(4)、模拟电路和数字电路部分，是否有各自独立的地线。
(5)、后加在PCB中的图形（如图标、注标）是否会造成信号短路。
(6)、对一些不理想的线形进行修改。
(7)、在PCB上是否加有工艺线？阻焊是否符合生产工艺的要求，阻焊尺寸
是否合适，字符标志是否压在器件焊盘上，以免影响电装质量。
(8)、多层板中的电源地层的外框边缘是否缩小，如电源地层的铜箔露出
板外容易造成短路。
第二章：PCB 设计流程及PCB Layout 设计

绘制完毕后的PCB图
第二章：PCB 设计流程及PCB Layout 设计
六、检查完善： PCB制作初步完成，“铺铜”与“补
铜”，进行连线、连通性、间距、“孤岛”、文字标识检查，并
对其进行修改，使其符合要求。
检查线路，进行铺铜和补铜处理，重新排列元件标识；通过检查
窗口，对项目进行间距、连通性检查。
第二章：PCB 设计流程及PCB Layout 设计
PCB检查：
1、检查线路设计是否与原理图设计思想一致。
2、检查定位孔与PCB的大小，以及固定键安装位置是否与机构
相吻合。
3、结合EMC知识，看PCB 是否有不符合EMC常规的线路。
4、检查PCB封装是否与实物相对应。
第二章：PCB 设计流程及PCB Layout 设计
七、CAM输出：检查无误后，生成底片，并作
CAM350检查。到此PCB板制作完成。
最后的CAM350检查无误后， PCB设计就完成了，
就可以送底片了。
第三章：
PROTEL 常用操作
第三章：PROTEL 常用操作
1、PCB 设计常用快捷键：



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

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
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


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Page Up ：以鼠标为中心放大
Page Down ：以鼠标为中心缩小
G：锁定栅格大小的选择设置
Q ：mm（毫米）与mil（密尔）的单位切换
L ：打开Document(设计)\Options(选项)对话框中的Layers标签
* ：顶层与底层之间层的切换
+ （-） 逐层切换：“+”与“-”方向相反
J>C ：查找器件
S>N ：选取网络
E>E>A：取消全部选择
End 或 V>R ： 刷新画面
Ctrl + PageDown ：显示整板
Alt＋删除键（回车上面的键）：撤消
Ctrl + Delete ： 删除选中的
第三章：PROTEL 常用操作
2、原理图设计常用快捷键








PageUP：以光标当前位置为中心进行放大
PageDown：以光标当前位置为中心进行缩小
End 或 V>R：刷新工作区
Ctrl + Delete ：删除
Ctrl + F： 查找元件
Ctrl + PageDown： 显示整图
Ctrl + 鼠标左键 ：显示所有图件
Shift + 鼠标左键 ： 显示所有图件
第三章：PROTEL 常用操作
3、PROTEL 常用问题：




复制电路图到word文档
tools->preferences->Graphical Editing，取消Add Template to Clipboard，然后复制。
取消备份DDB文件减肥：
“File”菜单左边一个向下的灰色箭头
取消备份：preference-->create backup files
压缩文件：design utilities-->perform compact after closing
常用rule设置：
Clearance Constraint：不同两个网络的间距；
Routing Via Style：设置过孔参数，具体含义在属性里有图；
Width Constraint:导线宽度设置；
原理图导入PCB时常见问题处理：
footprint not found：确保所有的器件都指定了封装；
node not found：确认没有“footprint not found” 类型的错误；
编辑PCBlib，将对应引脚名改成没有找到的那个node
Net already exist：常见在原理图有多张的情况
design->creat netlist->net labels and port global
第四章：
PCB Layout 设计技巧
第四章：PCB Layout 设计技巧
1、为确保正确实现电路，应遵循的设计准则：



尽量采用地平面作为电
流回路；
将模拟地平面和数字地
平面分开；
模拟电路尽量靠近电路
板边缘放置，数字电路
尽量靠近电源连接端放
置，这样做可以降低由
数字开关引起的di/dt效
应（电流的波动变化率。
如果在电路中的di/dt过
大 会导致某些敏感器件
的误导通 比如IGBT管的
控制极）。
分隔开的地平面有时比连续的地平面有效
第四章：PCB Layout 设计技巧
2、无地平面时的电流回路设计





如果使用走线，应将
其尽量加粗
应避免地环路
如果不能采用地平面，
应采用星形连接策略
数字电流不应流经模
拟器件
高速电流不应流经低
速器件
如果不能采用地平面，可以采用“星形”布线策略来处理电流回
路
第四章：PCB Layout 设计技巧
3、旁路电容或去耦电容
电
源
接
口
电
源
接
口
IC电源输入
在电源走线时，尽可能的降低环路面积；在条件允许的
情况下，铺设地平面层
尽可能保证每个电源输入端都有一个去耦电容
去耦电容应加在电源输入的两端，于电源的正端直接连
接
IC电源输入
第四章：PCB Layout 设计技巧
4、布局规划
模拟电路放置在线路的末端
第四章：PCB Layout 设计技巧
5、印制导线宽度与容许电流：
实际使用中，为了保证散热等因素，印在该基础上增加2
倍左右的宽度
第四章：PCB Layout 设计技巧
6、多层板的常用的叠层顺序：
4 Layer
6 Layer
8 Layer
10 Layer
S
S
S
S
G
G
G
G
P
S
S
S
S
P
G
G
G
P
S
S
S
P
G
S
S
S
G
S
S：信号层
G：底层
P：电源层
第四章：PCB Layout 设计技巧
7、一般PCB 的布线的注意事项：
 专用地线、电源线宽度应大于1mm。
 其走线应成“井”字型排列。
 某些元器件或导线可能有较高的电位差，应加大它们
的间距，避免放电引起意外短路。
 尽量加大电源线宽度，减少环路电阻，电源线、地线
的走向和数据传递方向一致，有助于增强抗干扰能力。
 当频率高于100k时，趋附效应就十分严重，高频电阻
增大。
第四章：PCB Layout 设计技巧
8、高频数字电路PCB布线规则：
 高频数字信号线要用短线。
 主要信号线集中在pcb板中心。
 时钟发生电路应在板的中心附近，时钟扇出应采用菊
链式和并联布线。
 电源线应远离高频数字信号线，或用地线隔开，电路
布局必须减少电流回路，电源的分布必须是低感应的
 输入与输出之间的导线避免平行。
第四章：PCB Layout 设计技巧
9、高速PCB 的布线的常见问题及处理办法：
问题描述
可能原因
解决方法
其他解决方法
过大的上冲
终端阻抗不匹配
终端端接
使用上升时间缓慢的驱动
源
直流电压电平不好
线上负载过大
在接收端端接，重新布
线或检查地平面
过大的串扰
线间耦合过大
使用上升时间缓慢的发 使用能提供更大驱动电流
送驱动器
的驱动源
延时太大
传输线距离太长
替换或重新布线
振荡
阻抗不匹配
在发送端串接阻尼电阻
存在地弹和电源反弹 电感导致阻抗过大 合理使用耦合电容
使用阻抗匹配的驱动源，
变更布线策略
敷铜
1、端接分串行端接和并行端接，并行端接主要是上下拉用电阻，串
行端接主要为了减少反射。
2、阻尼电阻：根据电阻在电路中作用命名，主要为了防止回路构成
等幅震荡，通过在线路中串联或并联电阻来实现
第四章：PCB Layout 设计技巧
10、高速PCB 中过孔设计的注意事项：
 过孔的计算方法：
寄生电容：C=1.41εTD1/(D2-D1)
隔离孔直径D2，过孔焊盘的直径D1，PCB板的厚度T，板基材介电常数为ε
寄生电感：L=5.08h[ln(4h/d)+1]
L指过孔的电感，h是过孔的长度，d是中心钻孔的直径
电容引起的上升时间变化量：T10-90=2.2C(Z0/2)
Z0基材的特性阻抗
等效阻抗：XL=πL/T10-90=3.19Ω
 从成本和信号质量两方面考虑，选择合理尺寸的过孔大小。比如对6-10层的内
存模块PCB设计来说，选用10/20Mil（钻孔/焊盘）的过孔较好，对于一些高密
度的小尺寸的板子，也可以尝试使用8/18Mil的过孔。
 使用较薄的PCB板有利于减小过孔的两种寄生参数。
 PCB板上的信号走线尽量不换层，尽量不要使用不必要的过孔。
 电源和地的管脚要就近打过孔，过孔和管脚之间的引线越短越好，因为它们会
导致电感的增加。
 在信号换层的过孔附近放置一些接地的过孔，以便为信号提供最近的回路。
培训完毕！