基于AltiumDesigner的電路板設(shè)計第5章電路板設(shè)計課件

1、第五章 電路板設(shè)計電子系統(tǒng)設(shè)計叢書元器件的識別與選用實用電路分析與應(yīng)用基于Altium Designer的電路板設(shè)計電路板的焊接組裝與調(diào)試 主 講 人：聯(lián)系方式：第五章 電路板設(shè)計5.1 元器件在PCB板上的安裝5.2 PCB板的組成結(jié)構(gòu)5.3 創(chuàng)建PCB5.4 PCB設(shè)計菜單解讀5.5 設(shè)置設(shè)計規(guī)則5.6 布局5.7 布線5.8 覆銅5.9 原理圖與PCB圖的同步更新5.10 后處理5.1 元器件在PCB板上的安裝5.1.1 元器件的布局在確定特殊元件的位置時要遵守以下原則：（1）盡可能縮短高頻元件之間的連線，設(shè)法減少它們的分布參數(shù)和相互之間的電磁干擾，易受干擾的元件不能相互挨得太近，輸入和

2、輸出元件應(yīng)盡量遠(yuǎn)離。（2）某些元件或?qū)Ь€之間可能有較高的電位差，應(yīng)加大它們之間的距離，以免放電導(dǎo)致意外短路。帶強電的元件應(yīng)盡量布置在調(diào)試時人體不必接觸到的地方。（3）重量超過15g的元件，應(yīng)當(dāng)使用支架加以固定，然后焊接。那些又大又重、發(fā)熱量大的元件不宜裝在電路扳上，而應(yīng)裝在整機的機箱底板上且應(yīng)考慮散熱問題，熱敏元件應(yīng)遠(yuǎn)離發(fā)熱元件。（4）對于電位器、可調(diào)電感線圈、可變電容器、微動開關(guān)等可調(diào)元件的布局應(yīng)考慮整機的結(jié)構(gòu)要求。（5）應(yīng)留出電路板的定位孔和固定支架所占用的位置。 5.1 元器件在PCB板上的安裝5.1.1 元器件的布局根據(jù)電路的功能單元對電路的全部元器件進(jìn)行布局時，要符合以下原則：（1）

3、按照電路中各個功能單元的位置，使布局便于信號流通，并使信號盡可能保持一致的方向。（2）以每個功能單元的核心元件為中心，圍繞它們來進(jìn)行布局。元件應(yīng)均勻、整齊、緊湊地排列在PCB上，盡量減少和縮短各個元件之間的引線和連接。（3）一般元器件應(yīng)該排布在PCB的一面，并且每個元器件的引出腳要單獨占用一個焊盤，兩焊盤之間應(yīng)有一定距離的阻焊。（4）元器件的排布不能上下交叉，如圖5-1-1所示。相鄰的兩個元器件之間要保持一定間距，間距不得過小，避免相互碰接。如果相鄰元器件的電位差較高，則應(yīng)當(dāng)保持安全距離。一般環(huán)境中的間隙安全電壓是200V/mm。 4.1 創(chuàng)建元件封裝庫5.1 元器件在PCB板上的安裝5.1.

4、1 元器件的布局（5）元器件兩端焊盤的跨距應(yīng)該稍大于元器件本體的軸向尺寸，如圖5-1-2所示。引線不能齊根彎折，彎角時應(yīng)該留出一定距離（至少2rnm），以免損壞元器件。圖5-1-2 元器件引腳轉(zhuǎn)折處需要與元件體保留距離4.1 創(chuàng)建元件封裝庫5.1 元器件在PCB板上的安裝5.1.1 元器件的布局（6）對于高頻電路，要考慮元件之間的分布參數(shù)。一般電路應(yīng)盡可能使元件平行排列，均勻布置，疏密一致。這樣，不但美觀，而且焊接容易，易于批量生產(chǎn)。（7）位于電路板邊緣的元件，離電路板邊緣一般不小于2mm，電路板的最佳形狀為矩形，長寬比為3:2或4:3。電路板面尺寸大于200mm150mm時，應(yīng)考慮電路板的機

5、械強度。 4.1 創(chuàng)建元件封裝庫5.1 元器件在PCB板上的安裝5.1.1 元器件的布局布局后要進(jìn)行以下嚴(yán)格的檢查：（1）印制電路板尺寸是否與加工圖紙尺寸相符？能否符合PCB制造工藝要求？有無定位標(biāo)志？（2）元件在二維、三維空間上有無沖突？（3）元件布局是否疏密有序？排列整齊？是否全部布完？（4）需經(jīng)常更換的元件能否方便地更換？插件板插入設(shè)備是否方便？（5）熱敏元件與發(fā)熱元件之間是否有適當(dāng)?shù)木嚯x？（6）調(diào)整可調(diào)元件是否方便？（7）在需要散熱的地方，是否裝了散熱器？空氣流動是否通暢？（8）信號流程是否順暢且互連最短？（9）插頭、插座等與機械設(shè)計是否矛盾？（10）線路的干擾問題是否有所考慮？ 4.

6、1 創(chuàng)建元件封裝庫5.1 元器件在PCB板上的安裝5.1.2 元器件的安裝方式4.1 創(chuàng)建元件封裝庫5.1 元器件在PCB板上的安裝5.1.2 元器件的安裝方式4.1 創(chuàng)建元件封裝庫5.1 元器件在PCB板上的安裝5.1.2 元器件的安裝方式圖5-1-3 不規(guī)則排列4.1 創(chuàng)建元件封裝庫5.1 元器件在PCB板上的安裝5.1.3 元器件的排列格式圖5-1-4 規(guī)則排列4.1 創(chuàng)建元件封裝庫5.1 元器件在PCB板上的安裝5.1.3 元器件的排列格式4.1 創(chuàng)建元件封裝庫5.2 PCB板的組成結(jié)構(gòu)圖5-2-1 PCB板組成結(jié)構(gòu)圖5-3-1 創(chuàng)建PCB5.3.1 創(chuàng)建PCB文件5.3 創(chuàng)建PCB圖

7、5-3-2 處于編輯狀態(tài)的PCB5.3.1 創(chuàng)建PCB文件5.3 創(chuàng)建PCB5.3.1 創(chuàng)建PCB文件5.3 創(chuàng)建PCB圖5-3-3 “層堆棧管理器”對話框圖5-3-4 添加信號層5.3.1 創(chuàng)建PCB文件5.3 創(chuàng)建PCB圖5-3-5 MidLayer1屬性對話框5.3.1 創(chuàng)建PCB文件5.3 創(chuàng)建PCB圖5-3-6 增加層后的PCB界面5.3.1 創(chuàng)建PCB文件5.3 創(chuàng)建PCB圖5-3-7 “查看配置”對話框5.3.1 創(chuàng)建PCB文件5.3 創(chuàng)建PCB5.3.2 電路板物理邊界規(guī)劃5.3 創(chuàng)建PCB提示：坐標(biāo)值可在工作窗口左下方看出，按快捷鍵“Q”可切換顯示公制和英制單位，設(shè)計邊界時一

8、般用公制，便于認(rèn)知，正常畫圖時，一般使用英制，因為元器件的封裝單位常用英制。提示：由于默認(rèn)捕獲柵格為20mil，雖然通過快捷鍵“Q”切換顯示為公制單位，但無法捕獲到100mm坐標(biāo)點，這時可單擊“應(yīng)用程序”工具欄中的“ ”按鈕，選擇公制單位的捕獲柵格，如0.500mm、1.000mm等，則可捕獲到100mm坐標(biāo)點。該參數(shù)也可在“板參數(shù)選項”中更改，單擊“設(shè)計”丨“板參數(shù)選項”菜單，彈出如圖5-3-8所示對話框，修改相關(guān)參數(shù)即可。圖5-3-8 “板參數(shù)選項”對話框5.3.2 電路板物理邊界規(guī)劃5.3 創(chuàng)建PCB圖5-3-9 物理邊界的邊框5.3.2 電路板物理邊界規(guī)劃5.3 創(chuàng)建PCB圖5-3-1

9、0 從新定義后的外形5.3.2 電路板物理邊界規(guī)劃5.3 創(chuàng)建PCB5.3.3 電路板電氣邊界規(guī)劃5.3 創(chuàng)建PCB提示：一般情況下將電路板的電氣邊界與物理邊界大小相同，只需畫出電氣邊界即可，如果物理邊界大于電氣邊界，則需兩個都畫出。圖5-4-1 PCB界面中的主菜單1主菜單5.4 PCB設(shè)計菜單解讀圖5-4-1 PCB界面中的主菜單1主菜單5.4 PCB設(shè)計菜單解讀圖5-4-2 工具欄2工具欄5.4 PCB設(shè)計菜單解讀圖5-4-3 Pcb面板3工作面板5.4 PCB設(shè)計菜單解讀圖5-5-1 “PCB規(guī)則和約束編輯器”對話框5.5 設(shè)置設(shè)計規(guī)則1線之間距離圖5-5-2 線間距定義5.5 設(shè)置設(shè)

10、計規(guī)則1線之間距離5.5 設(shè)置設(shè)計規(guī)則提示：最小距離由電路板生產(chǎn)商的制造工藝決定，一般不可小于4mil，密集布線的電路板制造快板比較困難（如24小時生成出所需電路板），在限時類競賽中最好不設(shè)計該類電路板。提示：在設(shè)計需要耐高壓的電路板時，筆者實驗測得兩線之間的空氣耐壓通常為500V/mm1kV/mm（由空氣濕度而定），為了安全可靠，查書籍建議采用200V/mm，如兩線間需有1kV的耐壓，間距達(dá)到5mm即可。圖5-5-3 線寬度定義2線的寬度5.5 設(shè)置設(shè)計規(guī)則提示：最小線寬由電路板生產(chǎn)商的制造工藝決定，一般不可小于4mil。圖5-5-4 自動布線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)定義3自動布線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)5.5 設(shè)置設(shè)

11、計規(guī)則圖5-5-5 過孔大小定義4過孔大小5.5 設(shè)置設(shè)計規(guī)則提示：最小過孔由電路板生產(chǎn)商的制造工藝決定，一般不可小于12mil。技巧：如需切換顯示參數(shù)的單位（公制與英制之間），在PCB界面下，英文字符輸入模式，按快捷鍵“Q”即可切換單位。圖5-5-6 規(guī)定連接電源板層的方式5連接電源板層的方式5.5 設(shè)置設(shè)計規(guī)則圖5-5-7 電源板層的安全距離6電源板層的安全距離5.5 設(shè)置設(shè)計規(guī)則圖5-5-8 覆銅和焊點的連接方式7覆銅和焊點的連接方式5.5 設(shè)置設(shè)計規(guī)則圖5-5-9 測試點參數(shù)設(shè)置8測試點設(shè)計規(guī)則5.5 設(shè)置設(shè)計規(guī)則1測試點樣式圖5-5-10 測試點用法設(shè)置8測試點設(shè)計規(guī)則5.5 設(shè)置設(shè)

12、計規(guī)則2測試點的使用方法圖5-5-11 平行線規(guī)則設(shè)置9高頻電路設(shè)計規(guī)則5.5 設(shè)置設(shè)計規(guī)則1平行布線圖5-5-12 網(wǎng)絡(luò)布線長度規(guī)則設(shè)置9高頻電路設(shè)計規(guī)則5.5 設(shè)置設(shè)計規(guī)則2網(wǎng)絡(luò)布線長度9高頻電路設(shè)計規(guī)則5.5 設(shè)置設(shè)計規(guī)則3等長網(wǎng)絡(luò)布線圖5-5-13 等長網(wǎng)絡(luò)布線長度規(guī)則設(shè)置圖5-5-14 菊花鏈支線長度規(guī)則設(shè)置9高頻電路設(shè)計規(guī)則5.5 設(shè)置設(shè)計規(guī)則4菊狀鏈支線長度圖5-5-15 SMD焊盤下放置過孔設(shè)置9高頻電路設(shè)計規(guī)則5.5 設(shè)置設(shè)計規(guī)則5SMD焊盤下放置過孔圖5-5-16 電路板上允許的過孔數(shù)設(shè)置9高頻電路設(shè)計規(guī)則5.5 設(shè)置設(shè)計規(guī)則6過孔數(shù)限制圖5-6-1 “工程更改順序”對話框

13、5.6.1 導(dǎo)入元件5.6 布局圖5-6-2 執(zhí)行更改后有錯的“工程更改順序”對話框5.6.1 導(dǎo)入元件5.6 布局5.6.1 導(dǎo)入元件5.6 布局圖5-6-3 執(zhí)行更改后無錯的“工程更改順序”對話框5.6.1 導(dǎo)入元件5.6 布局圖5-6-4 導(dǎo)入元件的PCB窗口5.6.2 元件布局5.6 布局圖5-6-5 元件布局菜單5.6.2 元件布局5.6 布局圖5-6-6 移動元件注意：當(dāng)按住左鍵時，鼠標(biāo)指針將自動捕獲元件在封裝中的坐標(biāo)原點，即畫封裝時，窗口中（0mm，0mm）位置，故筆者強調(diào)一定要將封裝畫在坐標(biāo)原點附近，如將元件1腳放在坐標(biāo)原點上，或?qū)⒃行姆旁谧鴺?biāo)原點上，否則在該處鼠標(biāo)指針無法

14、指示在元件上，出現(xiàn)一按住鼠標(biāo)左鍵不放，元件就自動“跑走”的現(xiàn)象。提示：對于疊放在一起的元件，當(dāng)鼠標(biāo)指針放在元件重疊處，按左鍵時，將出現(xiàn)一個選框，選框包括了所有重疊在一起的元件，從中選取任意一個元件按住鼠標(biāo)不放，即可將所選中的元件拖走。 5.6.2 元件布局5.6 布局圖5-6-7 放置元件5.6.2 元件布局5.6 布局圖5-6-8 基本布局好的PCB板5.6.2 元件布局5.6 布局圖5-6-9 對齊菜單5.6.2 元件布局5.6 布局圖5-6-10 布局好的PCB板5.6.2 元件布局5.6 布局提示：在PCB窗口下對其元件的操作方法與在原理圖窗口下對其元件符號的方法類似，讀者可參考第三章

15、相關(guān)內(nèi)容，此處未過多講解。提示：在PCB窗口下，按下工具欄的 按鈕，這時光標(biāo)就會變成十字形，只要點取電路板上的元件，則相應(yīng)的電路圖元件就會放大顯示在原理圖窗口中，便于設(shè)計者對比查找。提示：未畫導(dǎo)線的電路板中，有電氣連接的引腳通過飛線顯示在PCB窗口中，如圖5-6-10所示，可以執(zhí)行“察看”丨“連接”下的所需菜單，來顯示和隱藏飛線。5.7.1 布線的基本原則5.7 布線（1）印制導(dǎo)線的布設(shè)應(yīng)盡可能的短，在高頻回路中更應(yīng)如此；同一元件的各條地址線或數(shù)據(jù)線應(yīng)盡可能保持一樣長；印制導(dǎo)線的拐彎應(yīng)呈圓角，因為直角或尖角在高頻電路和布線密度高的情況下會影響電氣性能；當(dāng)雙面布線時，兩面的導(dǎo)線應(yīng)互相垂直、斜交或

16、彎曲走線，避免相互平行，以減小寄生耦合；作為電路的輸入和輸出用的印制導(dǎo)線應(yīng)盡量避免相鄰平行，最好在這些導(dǎo)線之間加地線。5.7.1 布線的基本原則5.7 布線（2）印制電路板導(dǎo)線的寬度應(yīng)滿足電氣性能要求而又便于生產(chǎn)，最小寬度主要由導(dǎo)線與絕緣基板間的黏附強度和流過的電流值決定，但最小不易小于0.2mm，在高密度、高精度的印制線路中，導(dǎo)線寬度和間距一般可取0.3mm；導(dǎo)線寬度在大電流情況下還要考慮其溫升，單面板實驗表明，當(dāng)銅箔厚度為50m，通過電流為2A時，選用1mm1.5mm寬度導(dǎo)線就可以滿足設(shè)計要求而不致引起溫升；印制導(dǎo)線的公共地線應(yīng)盡可能的粗，通常使用大于2mm3mm的線條，這在帶有微處理器的

17、電路中尤為重要，因為當(dāng)?shù)鼐€過細(xì)時，由于流過的電流的變化，引起地電位變動，微處理器時序信號的電平變得不穩(wěn)，會使噪聲容限劣化；在DIP封裝的IC腳間走線，當(dāng)兩腳間通過2根線時，焊盤直徑可設(shè)為50mil、線寬與線距均為10mil，當(dāng)兩腳間通過1根線時，焊盤直徑可設(shè)為64mil、線寬與線距均為12mil。5.7.1 布線的基本原則5.7 布線（3）印制導(dǎo)線的間距。相鄰導(dǎo)線間距必須能滿足電氣安全要求，而且為了便于操作和生產(chǎn)，間距也應(yīng)盡量寬。最小間距至少要能適應(yīng)承受的電壓。這個電壓一般包括工作電壓、附加波動電壓及其它原因引起的峰值電壓。如果有關(guān)技術(shù)條件允許導(dǎo)線之間存在某種程度的金屬殘粒，則其間距就會減小。

18、因此設(shè)計者在考慮電壓時應(yīng)把這種因素考慮進(jìn)去。在布線密度較低時，信號線的間距可適當(dāng)加大，對高、低電平懸殊的信號線應(yīng)盡可能地縮短且加大間距。5.7.1 布線的基本原則5.7 布線（4）印制電路板中不允許有交叉電路，對于可能交叉的線條，可以用“鉆”、“繞”2種辦法解決，即讓某引線從別的電阻、電容、三極管腳下的空隙處鉆過去，或從可能交叉的某條引線的一端繞過去。在特殊情況下，如果電路很復(fù)雜，為簡化設(shè)計也允許用導(dǎo)線跨接，解決交叉電路問題。5.7.1 布線的基本原則5.7 布線（5）印制導(dǎo)線的屏蔽與接地。印制導(dǎo)線的公共地線，應(yīng)盡量布置在印制電路板的邊緣部分。在印制電路板上應(yīng)盡可能多地保留銅箔做地線，這樣得到

19、的屏蔽效果比一長條地線要好，傳輸線特性和屏蔽作用也將得到改善，另外還起到了減小分布電容的作用。印制導(dǎo)線的公共地線最好形成環(huán)路或網(wǎng)狀，這是因為當(dāng)在同一塊板上有許多集成電路時，由于圖形上的限制產(chǎn)生了接地電位差，從而引起噪聲容限的降低，當(dāng)做成回路時，接地電位差減小。另外接地和電源的圖形應(yīng)盡可能與數(shù)據(jù)的流動方向平行，這是抑制噪聲能力增強的秘訣；多層印制電路板可采取其中若干層作屏蔽層，電源層、地線層均可視為屏蔽層，一般地線層和電源層在多層印制電路板的內(nèi)層，信號線設(shè)計在內(nèi)層或外層。還要注意的是，數(shù)字區(qū)與模擬區(qū)盡可能進(jìn)行隔離，并且數(shù)字地與模擬地要分離，最后接于電源地。5.7.2 自動布線5.7 布線圖5-7

20、-1 自動布線策略5.7.2 自動布線5.7 布線圖5-7-2 自動布線信息5.7.3 手工布線5.7 布線圖5-7-4 手工布線過程提示：在放置導(dǎo)線之前首先要選中準(zhǔn)備放置導(dǎo)線的信號層，例如選中Top層。5.7.3 手工布線5.7 布線圖5-7-5 “交互式網(wǎng)絡(luò)布線”對話框5.7.3 手工布線5.7 布線圖5-7-6 修改后的畫線5.7.4 常用布線操作5.7 布線1拆除不合理的導(dǎo)線圖5-7-7 “取消布線”菜單5.7.4 常用布線操作5.7 布線2修改導(dǎo)線轉(zhuǎn)角模式圖5-7-8 轉(zhuǎn)角模式5.7.4 常用布線操作5.7 布線3更改當(dāng)前布線層4設(shè)置導(dǎo)線線跡圖5-7-9 “線跡”對話框5.7.4 常

21、用布線操作5.7 布線5放置焊盤圖5-7-10 放置焊盤5.7.4 常用布線操作5.7 布線5放置焊盤圖5-7-11 焊盤屬性對話框5.7.4 常用布線操作5.7 布線5放置焊盤圖5-7-12 放置好的焊盤5.7.4 常用布線操作5.7 布線6放置過孔圖5-7-13 放置過孔5.7.4 常用布線操作5.7 布線6放置過孔圖5-7-14 過孔屬性對話框5.7.4 常用布線操作5.7 布線7添加淚滴圖5-7-15 “淚滴選項”對話框5.7.4 常用布線操作5.7 布線7添加淚滴圖5-7-16 添加淚滴后的焊盤5.7.4 常用布線操作5.7 布線8放置文字說明圖5-7-17 放置字符串5.7.4 常

22、用布線操作5.7 布線8放置文字說明圖5-7-18 字符串屬性對話框5.7.4 常用布線操作5.7 布線8放置文字說明圖5-7-19 放置好的字符串5.7.5 銅導(dǎo)線承受電流5.7 布線（1）不要采用直徑最小的走線。（2）對于布線時應(yīng)用多寬的走線，可用如下公式粗略計算：（3）若采用1 Oz的銅導(dǎo)線，電流每增大1A，走線直徑應(yīng)加大30mils。若采用1/2 Oz銅導(dǎo)線，電流每增加1A，走線直徑應(yīng)加大60mils。提示：在PCB設(shè)計加工中常用Oz（盎司）作為銅皮的厚度單位。1 Oz銅厚定義為一平方英尺面積內(nèi)銅箔的重量為一盎司，對應(yīng)的物理厚度為35。5.7.5 銅導(dǎo)線承受電流5.7 布線（4）傳送開

23、關(guān)電流的走線應(yīng)該更粗大。通孔問題：采用微通孔的設(shè)計：每個通孔最高只能容許1A電流。14mil直徑或較大的通孔：每個通孔最高只能容許2A電流。40mil直徑或較大的通孔：每個通孔最高只能容許5A電流。若要提高散熱能力，可利用焊錫填滿通孔。5.8 覆銅圖5-8-1 電路板中的覆銅5.8.1 覆銅5.8 覆銅圖5-8-2 “多邊形覆銅”對話框5.8.1 覆銅5.8 覆銅圖5-8-3 放置覆銅后的效果5.8.1 覆銅5.8 覆銅圖5-8-4 確認(rèn)是否重建覆銅5.8.2 分區(qū)域覆銅5.8 覆銅圖5-8-5 多個參考電壓的覆銅區(qū)分5.8.2 分區(qū)域覆銅5.8 覆銅建議：覆銅與導(dǎo)線之間的距離應(yīng)比導(dǎo)線之間的距離設(shè)計得寬，如導(dǎo)線之間常用10mil，而覆銅與導(dǎo)線之間使用20mil，這有利于提高電路板生產(chǎn)的成品率，降低覆銅與導(dǎo)線錯誤導(dǎo)聯(lián)的概率。5.8.3 填充5.8 覆銅圖5-8-6 放置矩形填充后的效果5.8.3 填充5.8 覆銅圖5-8-7 “填充”對話框5.8.4 接地守則5.8 覆銅覆銅的電氣特性常設(shè)置為地，對于接地，應(yīng)遵守如下規(guī)則：（1）接地層必須完全沒有電流流入才可作為真正的參考。（2）應(yīng)避免噪聲較多的電流流入主要的接地層。頂層應(yīng)另有獨立的走線。（3）所有敏