電路板是如何設(shè)計(jì)出來(lái)?什么樣的電路板設(shè)計(jì)很厲害?
- 發(fā)表時(shí)間:2021-06-23 15:45:34
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我們先簡(jiǎn)單的描述一下電路板是如何設(shè)計(jì)出來(lái)的
1、首先是選型,選型的意思就是選擇我們電路板電路里面所用到的電子元器件。
電子元器件分為很多種,常見(jiàn)的有電阻、電容、IC等,都有各種耐壓各種封裝的電子元器件,做電路板設(shè)計(jì)首先需要選擇我們應(yīng)該在板子上放什么樣的元電子器件,是插件的還是貼片的電子元件等等。
2、選好每個(gè)電子元器件的型號(hào)之后就可以進(jìn)行電路原理圖的設(shè)計(jì)了。
原理圖設(shè)計(jì)需要用到一些常用的原理圖設(shè)計(jì)軟件,比如orCAD。其實(shí)每個(gè)原理圖設(shè)計(jì)軟件都是大同小異,步驟方法都是差不多的。下面帶你了解原理圖的設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單步驟。
(1)打開(kāi)orCAD設(shè)計(jì)軟件,單擊【File】,選擇【New】,選擇【Project】,新建一個(gè)項(xiàng)目工程文件,如圖所示一個(gè)新的工程文件創(chuàng)建成功了。

(2)原理圖庫(kù)里面沒(méi)有的元件封裝先創(chuàng)建一個(gè)原理圖庫(kù),方法是單擊【File】,選擇【New】,選擇【Library】,然后根據(jù)電子元器件的數(shù)據(jù)手冊(cè)放置對(duì)應(yīng)的引腳即可。

(3)從軟件自帶的元器件庫(kù)里面調(diào)用封裝庫(kù),在原理圖繪圖區(qū)域合適的位置擺放元件符號(hào),單擊【Place】,然后單【Part】即可放置元器件,如圖所示。

(4)將各個(gè)元件用導(dǎo)線連接起來(lái),使得每個(gè)元器件之間形成一個(gè)個(gè)的電路回路,如圖所示。

USB轉(zhuǎn)TTL
最后給每個(gè)元器件添加上封裝信息就可以完成原理圖的設(shè)計(jì)過(guò)程了,設(shè)計(jì)好了原理圖之后就生產(chǎn)一個(gè).asc的網(wǎng)表文件,原理圖的設(shè)計(jì)就是為了得到這個(gè)網(wǎng)表文件,而這個(gè)網(wǎng)表文件是PCB各個(gè)元件連接的橋梁,至關(guān)重要,關(guān)乎設(shè)計(jì)的成敗。
3、PCB設(shè)計(jì)(PrintedCircuitBoard,也就是印制電路板的意思),最后進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)就可以完成整個(gè)電路板的設(shè)計(jì)過(guò)程了。
PCB設(shè)計(jì)可以大致分為五個(gè)步驟:元器件封裝庫(kù)設(shè)計(jì)、元件布局、布線、優(yōu)化、DRC檢查。下面就是一個(gè)設(shè)計(jì)好的簡(jiǎn)單的PCB文件,通過(guò)這個(gè)設(shè)計(jì)好的文件相關(guān)的資料發(fā)送到板廠就可以幫我們做出來(lái)這個(gè)電路板了。
單板PCB
需要PCB外發(fā)做回來(lái)的電路板是空的,也就是沒(méi)有貼電子元器件的,這個(gè)時(shí)候就需要我們自己或者讓工廠將電子元器件焊接到空的電路板上就可以完成電路板的制作了。
接下來(lái)看下如何布線電路板設(shè)計(jì)算是很厲害的
1、如果設(shè)計(jì)的電路系統(tǒng)中包含F(xiàn)PGA器件,則在繪制原理圖前必需使用Quartus II軟件對(duì)管腳分配進(jìn)行驗(yàn)證。(FPGA中某些特殊的管腳是不能用作普通IO的)
2、4層板從上到下依次為:信號(hào)平面層、地、電源、信號(hào)平面層;6層板從上到下依次為:信號(hào)平面層、地、信號(hào)內(nèi)電層、信號(hào)內(nèi)電層、電源、信號(hào)平面層。6層以上板(優(yōu)點(diǎn)是:防干擾輻射),優(yōu)先選擇內(nèi)電層走線,走不開(kāi)選擇平面層,禁止從地或電源層走線(原因:會(huì)分割電源層,產(chǎn)生寄生效應(yīng))。
3、多電源系統(tǒng)的布線:如FPGA+DSP系統(tǒng)做6層板,一般至少會(huì)有3.3V+1.2V+1.8V+5V。
3.3V一般是主電源,直接鋪電源層,通過(guò)過(guò)孔很容易布通全局電源網(wǎng)絡(luò)。
5V一般可能是電源輸入,只需要在一小塊區(qū)域內(nèi)鋪銅。且盡量粗(你問(wèn)我該多粗——能多粗就多粗,越粗越好)

1.2V和1.8V是內(nèi)核電源(如果直接采用線連的方式會(huì)在面臨BGA器件時(shí)遇到很大困難),布局時(shí)盡量將1.2V與1.8V分開(kāi),并讓1.2V或1.8V內(nèi)相連的元件布局在緊湊的區(qū)域,使用銅皮的方式連接,如下圖:

總之,因?yàn)殡娫淳W(wǎng)絡(luò)遍布整個(gè)PCB,如果采用走線的方式會(huì)很復(fù)雜而且會(huì)繞很遠(yuǎn),使用鋪銅皮的方法是一種很好的選擇!
4、鄰層之間走線采用交叉方式:既可減少并行導(dǎo)線之間的電磁干擾(高中學(xué)的哦),又方便走線(參考資料1)。如下圖為某PCB中相鄰兩層的走線,大致是一橫一豎。

5、模擬數(shù)字要隔離,怎么個(gè)隔離法?布局時(shí)將用于模擬信號(hào)的器件與數(shù)字信號(hào)的器件分開(kāi),然后從ad芯片中間一刀切!

模擬信號(hào)鋪模擬地,模擬地/模擬電源與數(shù)字電源通過(guò)電感/磁珠單點(diǎn)連接。

6、基于PCB設(shè)計(jì)軟件的PCB設(shè)計(jì)也可看做是一種軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程,軟件工程最注重“迭代開(kāi)發(fā)”的思想,我覺(jué)得PCB設(shè)計(jì)中也可以引入該思想,減少PCB錯(cuò)誤的概率。
(1) 原理圖檢查,尤其注意器件的電源和地(電源和地是系統(tǒng)的血脈,不能有絲毫疏忽)
(2) PCB封裝繪制(確認(rèn)原理圖中的管腳是否有誤)
(3) PCB封裝尺寸逐一確認(rèn)后,添加驗(yàn)證標(biāo)簽,添加到本次設(shè)計(jì)封裝庫(kù)
(4) 導(dǎo)入網(wǎng)表,邊布局邊調(diào)整原理圖中信號(hào)順序(布局后不能再使用OrCAD的元件自動(dòng)編號(hào)功能)
(5) 手工布線(邊布邊檢查電源地網(wǎng)絡(luò),前面說(shuō)過(guò):電源網(wǎng)絡(luò)使用鋪銅方式,所以少用走線)
總之,PCB設(shè)計(jì)中的指導(dǎo)思想就是邊繪制封裝布局布線邊反饋修正原理圖(從信號(hào)連接的正確性、信號(hào)走線的方便性考慮)。
7、晶振離芯片盡量近,且晶振下盡量不走線,鋪地網(wǎng)絡(luò)銅皮。多處使用的時(shí)鐘使用樹(shù)形時(shí)鐘樹(shù)方式布線。
8、連接器上信號(hào)的排布對(duì)布線的難易程度影響較大,因此要邊布線邊調(diào)整原理圖上的信號(hào)(但千萬(wàn)不能重新對(duì)元器件編號(hào))
9、多板接插件的設(shè)計(jì):
(1) 使用排線連接:上下接口一致
(2) 直插座:上下接口鏡像對(duì)稱(chēng),如下圖

10、模塊連接信號(hào)的設(shè)計(jì):
(1) 若2個(gè)模塊放置在PCB同一面,如下:管教序號(hào)大接小小接大(鏡像連接信號(hào))

(2) 若2個(gè)模塊放在PCB不同面,則管教序號(hào)小接小大接大
這樣做能放置信號(hào)像上面的右圖一樣交叉。當(dāng)然,上面的方法不是定則,我總是說(shuō),凡事隨需而變(這個(gè)只能自己領(lǐng)悟),只不過(guò)在很多情況下按這種方式設(shè)計(jì)很管用罷了。
11、電源地回路的設(shè)計(jì):

上圖的電源地回路面積大,容易受電磁干擾

上圖通過(guò)改良——電源與地線靠近走線,減小了回路面積,降低了電磁干擾(679/12.8,約54倍)。因此,電源與地盡量應(yīng)該靠近走線!而信號(hào)線之間則應(yīng)該盡量避免并行走線,降低信號(hào)之間的互感效應(yīng)。
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