印制电路板设计思路与技巧的研究

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  摘 要:目前随着电子技术的快速发展,电器产品的功能越来越全面,集成电路的规模越来越大,器件的尺寸却越来越小,要求电子线路也就越来越复杂。电路中的电磁干扰和电磁兼容性问题,变成了主要问题。因此,一个好的电器产品,除了产品自身的功能以外,电路设计和电磁兼容设计的技术水平,对产品的质量和技术性能指标起到了至关重要的作用,于是电路设计得好坏也对设计师的技术水平要求越来越高。那么,对于电磁兼容得设计,实际上也就是从电磁场理论开始,即从电磁感应认识开始。本文主要利用电磁相关知识,对当前电子线路设计技巧和电磁兼容设计方法方面做一些探讨。
  关键词:电磁干扰;电磁兼容;Protel
  引言
  电磁干扰:是指系统通过传导或者辐射,发射电磁波并影响其他系统或本系统内其他子系统的正常工作。电磁兼容:设备在同一电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁干扰的能力。印制电路板,即PCB板是电子元器件电气连接的提供者。Protel是绘制原理图和印制电路板设计软件工具,是完整的、全方位的电路设计系统。
  在进行印制电路板设计时,多数设计者注重于印制板的"布通率",对印制板的功能实现的最大化以及抗干扰能力等有所忽略,从而造成了电子产品的质量下降和电子器件作用的发挥。因此,印制板的设计思想和方法非常重要,以下主要从两方面对设计思路与技巧进行研究。
  1 Protel软件应用中的问题及解决的方法
  Protel软件以其简单、易学、实用、功能完善等优点,目前在我国电子设计人员中广泛使用,得到了设计者的首肯。虽然Protel 具备了更加丰富的功能,但在使用过程中经常会出现一些意想不到的问题。接下来首先说说在应用中经常出现的几个问题及解决方法。
  (1)在安装Protel软件时,系统提示输入Access Code,即输入密码,此时要输入正确的Access Code,字母的大小写也要严格区分。
  (2)设计一个原理图,元器件库的选择很重要。当不知道自己要设计的元件在哪个库(Prote提供30000种元件),此时可以执行Desing中的Add/Remove Library,加入Miscellaneous和Prote Dos Schematic Libtaties(一般的元件可以在这2个库中找到)。但在实际设计过程中,这些只是通用元器件,一些特殊的元器件还需要自己制作完成。
  (3)原理图设计好后,一定要对原理图进行校验检查,检查设计中的问题,以免引起后期PCB图设计错误。其一,执行软件中Tools中ERC进行电气校验时,即元件标号重复。此时执行Tools中Annotate 命令,在第1个下拉选框中选中Reset Designators后回车,然后再次执行Tools中Annotate 命令,并在下拉选框中选中All Parts后回车。Protel会马上按照一定的顺序将所有的元件进行自动标注,避免元件标号的重复的错误。其二、在Tools中进行进行erc电器规则检测。如果出现错误时,原理图中对应错误点会出现绿色的提示,进行修改,再次检测,直到无误。
  (4)由原理图向PCB图的转化。共有两种操作方法:第一种方法,利用传统的网络表(执行Desing\Creat Netlist)完成这两者之间的过渡。第二种方法,利用同步器(Synchronizer)直接将原理图转换成PCB。第一种方法可靠性强,但操作起来稍微复杂一些;第二种方法方便快捷,不用生成网络表,只要新建一个PCB文档,规划好尺寸并在编辑完原理图后执行Design中Update PCB即可。
  (5)在PCB中无法正常显示汉字。可以在安装时运行汉化软件包补丁,安装后即可使用。
  2 印制电路板的布局方法
  在遵循基本的布局要求的前提下,结合电路中主要器件的相关工艺和性能要求,设计时主要考虑一下几点:
  (1)印制板的整体布局应根据原理图将强弱电分开、模拟和数字分开、高频信号和低频信号分开,输入输出部分尽可能隔开,为了减小电磁干扰必须尽可能使元件的走线最短。
  (2)带高压的元器件,应放置在调试时手不易触及到的地方,以减少危险。
  (3)某些元器件或导线存在较高电位差时,放置距离应加大,以免放电、击穿引起短路。
  (4)发热元器件应放置在印制板通风好的地方,不要把几个发热元件放在一起,并考虑使用散热装置。
  (5)留出固定支架、定位螺钉和连接插座的位置。对于放置在印制板边上的元件,离板B边缘至少要有5mm。
  (6)放置退耦电容在每个集成电路附近。由于Protel软件在自动放置元件时不考虑退耦电容与被退耦的集成电路间的位置关系,是由软件任意放置,于是使两者相距太远,电路达不到退耦效果。因此,设计者必须提前手工将电容放置在集成电路附近。
  (7)模拟地线、数字地线等接往公共地线时要设计高频环形电感。实际中,装配环形电感用的是中心孔穿有导线的环形磁氧体,在电路原理图上对它一般不予设计,由此形成的网络表就不包含这类元件,布线时就会忽略它。因此,在原理图中把它当作电感设计,在PCB元件库中单独为它定义一个元件封装,布线前手工放置公共地线汇合点的合适位置即可。
  3 印制电路板的布线技巧
  (1)元器件管脚的焊盘直径大小的设置。通常管脚焊盘直径设置比管脚直径稍大一点,但当有的器件承受的电流和电压较大时,可增大焊盘直径。
  (2)印制板中布线所用的过孔越少越好。一个过孔可带来约0.5 pF的分布电容,减少过孔数能显著提高速度。
  (3)采用多层板设计。由于当前设计的电路集成度较高,布线密度大,因此要采用多层板设计。通过合理选择层数来可降低印板尺寸,利用多层板得设计,实现中间层屏蔽作用,更好地实现就近接地,有效缩短信号的传输长度,大幅度地降低信号间的交叉干扰等。这些设计这些都对电路的可靠工作提供了保障。当前Protel软件能提供 4个电源层和16个铜线层。但是,板层数越高,同时制造工艺越复杂,成本越高。
  (4)"铺地"设计。对于特别重要的信号线或部分电路单元可以应用地线平铺包围的设计。此方法可以利用Protel软件外轮廓线功能实现。它可自动地对所选定的重要信号线进行所谓的"铺地"处理。
  (5)电源、地的布线設计。电源、地是信号线的参考平面,也是回流通道,它们产生的噪声也会直接串入以其为参考平面的信号。因此,印制板的电源线和地线的布线线条要尽量"粗而短"。
  4 结束语
  总之,当今的电器产品与我们的生产、生活息息相关,密不可分。于是,对于设计者在进行印制电路板的设计与制作时,以上的设计技巧与方法,可使电路原理图、PCB的设计进一步规范化,对产品的性能、可靠性、安全性提供更一步的保障。但还需要我们不断的实践,才会得到更多切实可行的好方法,从而提高工作效率。由于本人学识有限,免存在不妥之处,望各位指正,多提宝贵意见,以利改正和提高。
  参考文献:
  [1]赵景波 Protel 2004电路设计从基础到实践。北京。电子工业出版社2007
  [2]江思明 电路工程设计--Protel99实例。北京。电子科技大学出版社2000
  [3]白同云 电磁兼容设计(第2版)。北京。北京邮电大学出版社有限公司2011
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