电路设计

PCB多层板设计技巧

2019-07-14 09:21发布

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     pcb的制作有正负片之分，正片就是我们平常理解的那样，画线的地方有铜皮，没画线的就没有。负片则是画线的地方没有铜皮，没画线的地方才有铜皮。
     双面板的底层和顶层都是正片做的。在多层板里面，对于地平面和电源平面这样大块铜皮的层，一般用负片在制作，负片的数据量小，只需要将整个平面做一定的切割。正片就是layer，负片就是plane。在protel的层设置里面就有add layer和add plane两种新建层的命令。在正片可以走线，敷铜，放置过孔和元件等，在负片上只能通过画line来切割平面，切割开的每个部分可以单独设置net，不能在负片上走线、敷铜。当然也可以用正片加敷铜来实现地平面和电源平面，但是无疑负片更适合，数据量更小，pcb工厂也方便加工，添加过孔后也不用rebuild。敷铜的每一个改变都需要rebuild，使得软件运行速度很慢。
乱七八糟的说了这么多，总结起来就一句话：多层板的电源层和地层用plane，信号层用layer。
      选用四层板不仅是电源和地的问题，高速数字电路对走线的阻抗有要求，二层板不好控制阻抗。33R电阻一般加在驱动器端，也是起阻抗匹配作用的；布线时要先布数据地址线，和需要保证的高速线； 　　在高频的时候，PCB板上的走线都要看成传输线。传输线有其特征阻抗，学过传输线理论的都知道，当传输线上某处出现阻抗突变(不匹配)时，信号通过就会发生反射，反射对原信号造成干扰，严重时就会影响电路的正常工作。采用四层板时，通常外层走信号线，中间两层分别为电源和地平面，这样一方面隔离了两个信号层，更重要的是外层的走线与它们所靠近的平面形成称为“微带”(microstrip) 的传输线，它的阻抗比较固定，而且可以计算。对于两层板就比较难以做到这样。这种传输线阻抗主要于走线的宽度、到参考平面的距离、敷铜的厚度以及介电材料的特性有关，有许多现成的公式和程序可供计算。
　　33R电阻通常串连放在驱动的一端(其实不一定33欧，从几欧到五、六十欧都有，视电路具体情况) ，其作用是与发送器的输出阻抗串连后与走线的阻抗匹配，使反射回来(假设解收端阻抗没有匹配) 的信号不会再次反射回去(吸收掉)，这样接收端的信号就不会受到影响。接收端也可以作匹配，例如采用电阻并联，但在数字系统比较少用，因为比较麻烦，而且很多时候是一发多收，如地址总线，不如源端匹配易做。
　　这里说的高频，不一定是时钟频率很高的电路，是不是高频不止看频率，更重要是看信号的上升下降时间。通常可以用上升(或下降) 时间估计电路的频率，一般取上升时间倒数的一半，比如如果上升时间是1ns，那么它的倒数是1000MHz，也就是说在设计电路是要按500MHz的频带来考虑。有时候要故意减慢边缘时间，许多高速IC其驱动器的输出斜率是可调的. 下就以四层板设计为例，阐述多层板布线时所应该注意的事项 1、 3点以上连线，尽量让线依次通过各点，便于测试，线长尽量短。
2、 引脚之间尽量不要放线，特别是集成电路引脚之间和周围。
3、 不同层之间的线尽量不要平行，以免形成实际上的电容。
4、 布线尽量是直线，或45度折线，避免产生电磁辐射。 　
5、 地线、电源线至少10-15mil以上（对逻辑电路）。 　　
6、 尽量让铺地多义线连在一起，增大接地面积。线与线之间尽量整齐。 　
7、 注意元件排放均匀，以便安装、插件、焊接操作。文字排放在当前字符层，位置合理，注意朝向，避免被遮挡，便于生产。 　　
8、 元件排放多考虑结构，贴片元件有正负极应在封装和最后标明，避免空间冲突。 　　
9、 目前印制板可作4—5mil的布线，但通常作6mil线宽，8mil线距，12/20mil焊盘。布线应考虑灌入电流等的影响。 　
10、功能块元件尽量放在一起，斑马条等LCD附近元件不能靠之太近。 　
11、过孔要涂绿油（置为负一倍值）。 　
12、电池座下最好不要放置焊盘、过空等，PAD和VIL尺寸合理。 　
13、布线完成后要仔细检查每一个联线（包括NETLABLE）是否真的连接上（可用点亮法）。 　　14、振荡电路元件尽量靠近IC，振荡电路尽量远离天线等易受干扰区。晶振下要放接地焊盘。 　　
15、多考虑加固、挖空放元件等多种方式，避免辐射源过多。 　
16、设计流程： 　　
  • A：设计原理图；
  • B：确认原理；
  • C：检查电器连接是否完全；
  • D：检查是否封装所有元件，是否尺寸正确；
  • E：放置元件；
  • F：检查元件位置是否合理（可打印1：1图比较）；
  • G：可先布地线和电源线；
  • H：检查有无飞线（可关掉除飞线层外其他层）；
  • I：优化布线；
  • J：再检查布线完整性；
  • K：比较网络表，查有无遗漏；
  • L：规则校验，有无不应该的错误标号；
  • M：文字说明整理；
  • N：添加制板标志性文字说明；
  • O：综合性检查 结束语：四层板的两个中间层实际上多用做电源层和地层，注意电源、地平面的安排，电源、地就近打过孔与电源、地平面相连。

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