在講解PCB布線完成后的檢查工作之前,先為大家介紹三種PCB的特殊走線技巧。將從直角走線,差分走線,蛇形線三個(gè)方面來(lái)闡述PCB LAYOUT的走線:
一、直角走線(三個(gè)方面)
直角走線的對(duì)信號(hào)的影響就是主要體現(xiàn)在三個(gè)方面:一是拐角可以等效為傳輸線上的容性負(fù)載,減緩上升時(shí)間;二是阻抗不連續(xù)會(huì)造成信號(hào)的反射;三是直角尖端產(chǎn)生的EMI,到10GHz以上的RF設(shè)計(jì)領(lǐng)域,這些小小的直角都可能成為高速問(wèn)題的重點(diǎn)對(duì)象。
二、差分走線(“等長(zhǎng)、等距、參考平面”)
何為差分信號(hào)(Differential Signal)?通俗地說(shuō)就是驅(qū)動(dòng)端發(fā)送兩個(gè)等值、反相的信號(hào),接收端通過(guò)比較這兩個(gè)電壓的差值來(lái)判斷邏輯狀態(tài)“0”還是“1”。而承載差分信號(hào)的那一對(duì)走線就稱(chēng)為差分走線。差分信號(hào)和普通的單端信號(hào)走線相比,最明顯的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在以下三方面:
1、抗干擾能力強(qiáng),因?yàn)閮筛罘肿呔€之間的耦合很好,當(dāng)外界存在噪聲干擾時(shí),幾乎是同時(shí)被耦合到兩條線上,而接收端關(guān)心的只是兩信號(hào)的差值,所以外界的共模噪聲可被完全抵消。
2、能有效抑制EMI,同樣的道理,由于兩根信號(hào)的極性相反,他們對(duì)外輻射的電磁場(chǎng)可以相互抵消,耦合的越緊密,泄放到外界的電磁能量越少。
3、時(shí)序定位精確,由于差分信號(hào)的開(kāi)關(guān)變化是位于兩個(gè)信號(hào)的交點(diǎn),而不像普通單端信號(hào)依靠高低兩個(gè)閾值電壓判斷,因而受工藝,溫度的影響小,能降低時(shí)序上的誤差,同時(shí)也更適合于低幅度信號(hào)的電路。目前流行的LVDS(low voltage differential signaling)就是指這種小振幅差分信號(hào)技術(shù)。
三、蛇形線(調(diào)節(jié)延時(shí))
蛇形線是Layout中經(jīng)常使用的一類(lèi)走線方式。其主要目的就是為了調(diào)節(jié)延時(shí),滿(mǎn)足系統(tǒng)時(shí)序設(shè)計(jì)要求。其中最關(guān)鍵的兩個(gè)參數(shù)就是平行耦合長(zhǎng)度(Lp)和耦合距離(S),很明顯,信號(hào)在蛇形走線上傳輸時(shí),相互平行的線段之間會(huì)發(fā)生耦合,呈差模形式,S越小,Lp越大,則耦合程度也越大??赡軙?huì)導(dǎo)致傳輸延時(shí)減小,以及由于串?dāng)_而大大降低信號(hào)的質(zhì)量,其機(jī)理可以參考對(duì)共模和差模串?dāng)_的分析。下面是給Layout工程師處理蛇形線時(shí)的幾點(diǎn)建議:
1、盡量增加平行線段的距離(S),至少大于3H,H指信號(hào)走線到參考平面的距離。通俗的說(shuō)就是繞大彎走線,只要S足夠大,就幾乎能完全避免相互的耦合效應(yīng)。
2、減小耦合長(zhǎng)度Lp,當(dāng)兩倍的Lp延時(shí)接近或超過(guò)信號(hào)上升時(shí)間時(shí),產(chǎn)生的串?dāng)_將達(dá)到飽和。
3、帶狀線(Strip-Line)或者埋式微帶線(Embedded Micro-strip)的蛇形線引起的信號(hào)傳輸延時(shí)小于微帶走線(Micro-strip)。理論上,帶狀線不會(huì)因?yàn)椴钅4當(dāng)_影響傳輸速率。
4、高速以及對(duì)時(shí)序要求較為嚴(yán)格的信號(hào)線,盡量不要走蛇形線,尤其不能在小范圍內(nèi)蜿蜒走線。
5、可以經(jīng)常采用任意角度的蛇形走線,能有效的減少相互間的耦合。
6、高速PCB設(shè)計(jì)中,蛇形線沒(méi)有所謂濾波或抗干擾的能力,只可能降低信號(hào)質(zhì)量,所以只作時(shí)序匹配之用而無(wú)其它目的。
7、有時(shí)可以考慮螺旋走線的方式進(jìn)行繞線,仿真表明,其效果要優(yōu)于正常的蛇形走線。
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手術(shù)很重要,術(shù)后恢復(fù)也必不可少!講完了PCB布線,那么布完線就完事了嗎?很顯然,不是!PCB布線后檢查工作也很必須,那么如何對(duì)PCB設(shè)計(jì)中布線進(jìn)行檢查,為后來(lái)設(shè)計(jì)鋪好路呢?請(qǐng)看下文!
通用PCB設(shè)計(jì)圖檢查項(xiàng)目
1)電路分析了沒(méi)有?為了平滑信號(hào)電路劃分成基本單元沒(méi)有?
2)電路允許采用短的或隔離開(kāi)的關(guān)鍵引線嗎?
3)必須屏蔽的地方,有效地屏蔽了嗎?
4)充分利用了基本網(wǎng)格圖形沒(méi)有?
5)印制電路板的尺寸是否為最佳尺寸?
6)是否盡可能使用選擇的導(dǎo)線寬度和間距?
7)是否采用了優(yōu)選的焊盤(pán)尺寸和孔的尺寸?
8)照相底版和簡(jiǎn)圖是否合適?
9)使用的跨接線是否最少?跨接線要穿過(guò)元件和附件嗎?
l0)裝配后字母看得見(jiàn)嗎?其尺寸和型號(hào)正確嗎?
11)為了防止起泡,大面積的銅箔開(kāi)窗口了沒(méi)有?
12)有工具定位孔嗎?
PCB電氣特性檢查項(xiàng)目:
1)是否分析了導(dǎo)線電阻、電感、電容的影響?尤其是對(duì)關(guān)鍵的壓降相接地的影析了嗎?
2)導(dǎo)線附件的間距和形狀是否符合絕緣要求?
3)在關(guān)鍵之處是否控制和規(guī)定了絕緣電阻值?
4)是否充分識(shí)別了極性?
5)從幾何學(xué)的角度衡量了導(dǎo)線間距對(duì)泄漏電阻、電壓的影向嗎?
6)改變表面涂覆層的介質(zhì)經(jīng)過(guò)鑒定了嗎?
PCB物理特性檢查項(xiàng)目:
1)所有焊盤(pán)及其位置是否適合總裝?
2)裝配好的印制電路板是否能滿(mǎn)足沖擊和振功條件?
3)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)元件的間距是多大?
4)安裝不牢固的元件或較重的部件固定好了嗎?
5)發(fā)熱元件散熱冷卻正確嗎?或者與印制電路板和其它熱敏元件隔離了嗎?
6)分壓器和其它多引線元件定位正確嗎?
7)元件安排和定向便于檢查嗎?
8)是否消除了印制電路板上和整個(gè)印制電路板組裝件上的所有可能產(chǎn)生的干擾?
9)定位孔的尺寸是否正確?
10)公差是否完全及合理?
11)控制和簽定過(guò)所有涂覆層的物理特性沒(méi)有?
12)孔和引線直徑比是否公能接受的范圍內(nèi)?
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PCB機(jī)械設(shè)計(jì)因素:
雖然印制電路板采取機(jī)械方法支撐元件,但它不能作為整個(gè)設(shè)備的結(jié)構(gòu)件來(lái)使用。在印制版的邊沿部分,至少每隔5英寸進(jìn)行一定的文撐。選擇和設(shè)計(jì)印制電路板必須考慮的因素如下;
1)印制電路板的結(jié)構(gòu)——尺寸和形狀。
2)需要的機(jī)械附件和插頭(座)的類(lèi)型。
3)電路與其它電路及環(huán)境條件的適應(yīng)性。
4)根據(jù)一些因素,例如受熱和灰塵來(lái)考慮垂直或水平安裝印制電路板。
5)需要特別注意的一些環(huán)境因素,例如散熱、通風(fēng)、沖擊、振動(dòng)、濕度?;覊m、鹽霧以及輻射線。
6)支撐的程度。
7)保持和固定。
8)容易取下來(lái)。
PCB印制電路板的安裝要求:
至少應(yīng)該在印制電路板三個(gè)邊沿邊緣1英寸的范圍內(nèi)支撐。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),厚度為0.031——0.062英寸的印制電路板支撐點(diǎn)的間距至少應(yīng)為4英寸;厚度大于0.093英寸的印制電路板,其支撐點(diǎn)的間距至少應(yīng)為5英寸。采取這一措施可提高印制電路板的剛性,并破壞印制電路板可能出現(xiàn)的諧振。
某種印制電路板通常要在考慮下列因素之后,才能決定它們所采用的安裝技術(shù)。
1)印制電路板的尺寸和形狀。
2)輸入、輸出端接數(shù)。
3)可以利用的設(shè)備空間。
4)所希望的裝卸方便性。
5)安裝附件的類(lèi)型。
6)要求的散熱性。
7)要求的可屏蔽性。
8)電路的類(lèi)型及與其它電路的相互關(guān)系。
印制電路板的撥出要求:
1)不需要安裝元件的印制電路板面積。
2)插拔工具對(duì)兩印制電路板間安裝距離的影響。
3)在印制電路板設(shè)計(jì)中要專(zhuān)門(mén)準(zhǔn)備安裝孔和槽。
4)插撥工具要放在設(shè)備中使用時(shí),尤其是要考慮它的尺寸。
5)需要一個(gè)插拔裝置,通常用鉚釘把它永久性地固定在印制電路板組裝件上。
6)在印制電路板的安裝機(jī)架中,要求特殊設(shè)計(jì)如負(fù)載軸承凸緣。
7)所用插拔工具與印制電路板的尺寸、形狀和厚度的適應(yīng)性。
8)使用插拔工具所涉及的成本,既包括工具的價(jià)錢(qián),也包括所增加的支出。
9)為了緊固和使用插拔工具,而要求在一定程度上可進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部。
PCB機(jī)械方面的考慮:
對(duì)印制線路組裝件有重要影響的基材特性是:吸水性、熱膨張系數(shù)、耐熱特性、抗撓曲強(qiáng)度、抗沖擊強(qiáng)度、抗張強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度和硬度。
所有這些特性既影響印制電路板結(jié)構(gòu)的功能,也影響印制電路板結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)率。
對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合來(lái)說(shuō),印制線路板的介質(zhì)基襯是下述幾種基材當(dāng)中的一種:
1)酚醛浸漬紙。
2)丙烯酸—聚酯浸漬無(wú)規(guī)則排列的玻璃氈。
3)環(huán)氧浸漬紙。
4)環(huán)氧浸漬玻璃布。
每種基材可以是阻燃的或是可燃的。上述1、2、3是可以沖制的。金屬化孔印制電路板最常用的材料是環(huán)氧—玻璃布,它的尺寸穩(wěn)定性適合
于高密度線路使用,并且能使金屬化孔中產(chǎn)生裂紋的情況最少發(fā)生。
環(huán)氧—玻璃布層壓板的一個(gè)缺點(diǎn)是:在印制電路板的常用厚度范圍內(nèi)難以沖制,由于這個(gè)原因,所有的孔通常都是鉆出來(lái)的,并采用仿型
銑作業(yè)以形成印制電路板的外形。
PCB電氣考慮:
在直流或低頻交流場(chǎng)合中,絕緣基材最重要的電氣特性是:絕緣電阻、抗電孤性和印制導(dǎo)線電阻以及擊穿強(qiáng)度。
而在高頻和微波場(chǎng)合中則是:介電常致、電容、耗散因素。
而在所有應(yīng)用場(chǎng)合中,印制導(dǎo)線的電流負(fù)載能力都是重要的。
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導(dǎo)線圖形:
PCB布線路徑和定位
印制導(dǎo)線在規(guī)定的布線規(guī)則的制約下,應(yīng)該走元件之間最短的路線。盡可能限制平行導(dǎo)線之間的耦合。良好的設(shè)計(jì),要求布線的層數(shù)最少
,在相應(yīng)于所要求的封裝密度下,也要求采用最寬的導(dǎo)線和最大的焊盤(pán)尺寸。因?yàn)閳A角和平滑的內(nèi)圃角可能會(huì)避免可能產(chǎn)生的一些電氣和
機(jī)械方面的問(wèn)題,所以應(yīng)該避免在導(dǎo)線中出現(xiàn)尖角和急劇的拐角。
PCB寬度和厚度:
剛性印制電路板蝕刻的銅導(dǎo)線的載流量。對(duì)于1盎司和2盎司的導(dǎo)線,考慮到蝕刻方法和銅箔厚度的正常變化以及溫差,允許降低標(biāo)稱(chēng)值的
10%(以負(fù)載電流計(jì));對(duì)于涂覆了保護(hù)層的印制電路板組裝件(基材厚度小于0.032英寸,銅箔厚度超過(guò)3盎司)則元件都降低15%;對(duì)于
浸焊過(guò)的印制電路板則允許降低30%.
PCB導(dǎo)線間距:
必須確定導(dǎo)線的最小間距,以消除相鄰導(dǎo)線之間的電壓擊穿或飛弧。間距是可變的,它主要取決于下列因素:
1)相鄰導(dǎo)線之間的峰值電壓。
2)大氣壓力(最大工作高度)。
3)所用涂覆層。
4)電容耦合參數(shù)。
關(guān)鍵的阻抗元件或高頻元件一般都放得很靠近,以減小關(guān)鍵的級(jí)延遲。變壓器和電感元件應(yīng)該隔離,以防止耦合;電感性的信號(hào)導(dǎo)線應(yīng)該
成直角地正交布設(shè);由于磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生任何電氣噪聲的元件應(yīng)該隔離,或者進(jìn)行剛性安裝,以防止過(guò)分振動(dòng)。
PCB導(dǎo)線圖形檢查:
1)導(dǎo)線是否在不犧牲功能的前提下短而直?
2)是否遵守了導(dǎo)線寬度的限制規(guī)定?
3)在導(dǎo)線間、導(dǎo)線和安裝孔間、導(dǎo)線和焊盤(pán)間……必須保證的最小導(dǎo)線間距留出來(lái)沒(méi)有?
4)是否避免了所有導(dǎo)線(包括元件引線)比較靠近的平行布設(shè)?
5)導(dǎo)線圖形中是否避免了銳角(90℃或小于90℃)?
PCB設(shè)計(jì)項(xiàng)目檢查項(xiàng)目列表:
1.檢查原理圖的合理性及正確性;
2.檢查原理圖的元件封裝的正確性;
3.強(qiáng)弱電的間距,隔離區(qū)域的間距;
4.原理圖和PCB圖對(duì)應(yīng)檢查,防止網(wǎng)絡(luò)表丟失;
5.元件的封裝和實(shí)物是否相符;
6.元件的放置位置是否合適:
A.元件是否便于安裝與拆卸;
B.對(duì)溫度敏感元件是否距發(fā)熱元件太近;
C.可產(chǎn)生互感元件距離及方向是否合適;
D.接插件之間的放置是否對(duì)應(yīng)順暢;
E.便于拔插;
F.輸入輸出;
G.強(qiáng)電弱電;
H.數(shù)字模擬是否交錯(cuò);
I.上風(fēng)側(cè)和下風(fēng)側(cè)元件的安排;
7.具有方向性的元件是否進(jìn)行了錯(cuò)誤的翻轉(zhuǎn)而不是旋轉(zhuǎn);
8.元件管腳的安裝孔是否合適,能否便于插入;
9.檢查每一個(gè)元件的空腳是否正常,是否為漏線;
10.檢查同一網(wǎng)絡(luò)表在上下層布線是否有過(guò)孔,焊盤(pán)通過(guò)孔相連,防止斷線,確保線路的完整性;
11.檢查上下層字符放置是否正確合理,不要放上元件蓋住字符,以便于焊接或維修人員操作;
12.非常重要的上下層線的連接不要僅僅用直插的元件的焊盤(pán)連接,最好也用過(guò)孔連接;
13.插座中電源和信號(hào)線的安排要保證信號(hào)的完整性和抗干擾性;
14.注意焊盤(pán)和焊孔的比例合適;
15.各插頭盡可能放在PCB板的邊緣且便于操作;
16.查看元件標(biāo)號(hào)是否與元件相符,各元件擺放盡可能朝同一方向且擺放整齊;
17.在不違反設(shè)計(jì)規(guī)則的情況下,電源和地線應(yīng)盡可能加粗;
18.一般情況下,上層走橫線,下層走豎線,且倒角不小于90度;
19.PCB上的安裝孔大小和分布是否合適,盡可能減小PCB彎曲應(yīng)力;
20.注意PCB上元件的高低分布和PCB的形狀和大小,確保方便裝配。
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