1. 從原理圖到PCB的設(shè)計流程建立元件參數(shù)——>輸入原理網(wǎng)表->設(shè)計參數(shù)設(shè)置->手工布局->手工布線->驗證設(shè)計——>復(fù)查->CAM輸出。2. 參數(shù)設(shè)置相鄰導(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)盡量寬些。最小間距至少要能適合承受的電壓,在布線密度較低時,信號線的間距可適當?shù)丶哟?,對高、低電平懸殊的信號線應(yīng)盡可能地短且加大間距,一般情況下將走線間距設(shè)為8mil。焊盤內(nèi)孔邊緣到印制板邊的距離要大于1mm,這樣可以避免加工時導(dǎo)致焊盤缺損。當與焊盤連接的走線較細時,要將焊盤與走線之間的連接設(shè)計成水滴狀,這樣的好處是焊盤不容易起皮,而是走線與焊盤不易斷開。3. 元器件布局實踐證明,即使電路原理圖設(shè)計正確,印制電路板設(shè)計不當,也會對電子設(shè)備的可靠性產(chǎn)生不利影響。例如,如果印制板兩條細平行線靠得很近,則會形成信號波形的延遲,在傳輸線的終端形成反射噪聲;由于電源、地線的考慮不周到而引起的干擾,會使產(chǎn)品的性能下降,因此,在設(shè)計印制電路板的時候,應(yīng)注意采用正確的方法。每一個開關(guān)電源都有四個電流回路:◆ 電源開關(guān)交流回路◆ 輸出整流交流回路◆ 輸入信號源電流回路◆ 輸出負載電流回路輸入回路通過一個近似直流的電流對輸入電容充電,濾波電容主要起到一個寬帶儲能作用;類似地,輸出濾波電容也用來儲存來自輸出整流器的高頻能量,同時消除輸出負載回路的直流能量。所以,輸入和輸出濾波電容的接線端十分重要,輸入及輸出電流回路應(yīng)分別只從濾波電容的接線端連接到電源;如果在輸入/輸出回路和電源開關(guān)/整流回路之間的連接無法與電容的接線端直接相連,交流能量將由輸入或輸出濾波電容并輻射到環(huán)境中去。電源開關(guān)交流回路和整流器的交流回路包含高幅梯形電流,這些電流中諧波成分很高,其頻率遠大于開關(guān)基頻,峰值幅度可高達持續(xù)輸入/輸出直流電流幅度的5倍,過渡時間通常約為50ns。這兩個回路最容易產(chǎn)生電磁干擾,因此必須在電源中其它印制線布線之前先布好這些交流回路,每個回路的三種主要的元件濾波電容、電源開關(guān)或整流器、電感或變壓器應(yīng)彼此相鄰地進行放置,調(diào)整元件位置使它們之間的電流路徑盡可能短。
尤其在使用高速數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)時,攔截大量信息所需要的時間顯著低于攔截低速數(shù)據(jù)傳輸所需要的時間。數(shù)據(jù)雙絞線中的絞合線對在低頻下可以靠自身的絞合來抵抗外來干擾及線對之間的串音,但在高頻情況下(尤其在頻率超過250MHz以上時),僅靠線對絞合已無法達到抗干擾的目的,只有屏蔽才能夠抵抗外界干擾。電纜屏蔽層的作用就像一個法拉第護罩,干擾信號會進入到屏蔽層里,但卻進入不到導(dǎo)體中。因此,數(shù)據(jù)傳輸可以無故障運行。由于屏蔽電纜比非屏蔽電纜具有較低的輻射散發(fā),因而防止了網(wǎng)絡(luò)傳輸被攔截。屏蔽網(wǎng)絡(luò)(屏蔽的電纜及元器件)能夠顯著減小進入到周圍環(huán)境中而可能被攔截的電磁能輻射等級。不同干擾場的屏蔽選擇干擾場主要有電磁干擾及射頻干擾兩種。電磁干擾(EMI)主要是低頻干擾,馬達、熒光燈以及電源線是通常的電磁干擾源。射頻干擾(RFI)是指無線頻率干擾,主要是高頻干擾。無線電、電視轉(zhuǎn)播、雷達及其他無線通訊是通常的射頻干擾源。對于抵抗電磁干擾,選擇編織屏蔽最為有效,因其具有較低的臨界電阻;對于射頻干擾,箔層屏蔽最有效,因編織屏蔽依賴于波長的變化,它所產(chǎn)生的縫隙使得高頻信號可自由進出導(dǎo)體;而對于高低頻混合的干擾場,則要采用具有寬帶覆蓋功能的箔層加編織網(wǎng)的組合屏蔽方式。通常,網(wǎng)狀屏蔽覆蓋率越高,屏蔽效果就越好。
隨著PCB設(shè)計復(fù)雜度的逐步提高,對于信號完整性的分析除了反射,串擾以及EMI之外,穩(wěn)定可靠的電源供應(yīng)也成為設(shè)計者們重點研究的方向之一。尤其當開關(guān)器件數(shù)目不斷增加,核心電壓不斷減小的時候,電源的波動往往會給系統(tǒng)帶來致命的影響,于是人們提出了新的名詞:電源完整性,簡稱PI(powerintegrity)。當今國際市場上,IC設(shè)計比較發(fā)達,但電源完整性設(shè)計還是一個薄弱的環(huán)節(jié)。因此本文提出了PCB板中電源完整性問題的產(chǎn)生,分析了影響電源完整性的因素并提出了解決PCB板中電源完整性問題的優(yōu)化方法與經(jīng)驗設(shè)計,具有較強的理論分析與實際工程應(yīng)用價值。二、電源噪聲的起因及分析對于電源噪聲的起因我們通過一個與非門電路圖進行分析。圖1中的電路圖為一個三輸入與非門的結(jié)構(gòu)圖,因為與非門屬于數(shù)字器件,它是通過“1”和“0”電平的切換來工作的。隨著IC技術(shù)的不斷提高,數(shù)字器件的切換速度也越來越快,這就引進了更多的高頻分量,同時回路中的電感在高頻下就很容易引起電源波動。如在圖1中,當與非門輸入全為高電平時,電路中的三極管導(dǎo)通,電路瞬間短路,電源向電容充電,同時流入地線。此時由于電源線和地線上存在寄生電感,我們由公式V=LdI/dt可知,這將在電源線和地線上產(chǎn)生電壓波動,如圖2中所示的電平上升沿所引入的ΔI噪聲。當與非門輸入為低電平時,此時電容放電,將在地線上產(chǎn)生較大的ΔI噪聲;而電源此時只有電路的瞬間短路所引起的電流突變,由于不存在向電容充電而使電流突變相對于上升沿來說要小。從對與非門的電路進行分析我們知道,造成電源不穩(wěn)定的根源主要在于兩個方面:一是器件高速開關(guān)狀態(tài)下,瞬態(tài)的交變電流過大;
1、PCB分板機對于運轉(zhuǎn)問題的原因:蓄電池沒有充足電力,蓄電池和啟動電機之間的連接斷開。蓄電池或接線卡子出現(xiàn)的氧化的現(xiàn)象;電磁開關(guān)與兩大接線柱接觸不良或是導(dǎo)流片被嚴重燒蝕;電刷出現(xiàn)磨損、折斷或是電刷卡在刷架中;電刷整流器間存在油污或是整流片的嚴重燒蝕。2、繞組部分短路或斷路:有三個原因會出現(xiàn)這種情況,一是電樞繞組或是換向器片出現(xiàn)脫焊現(xiàn)象,二是軸承或銅套出現(xiàn)磨損導(dǎo)致轉(zhuǎn)子掃膛,三是在安裝的時候4個電刷的位置裝錯了或是新?lián)Q的軸套間隙過大。PCB分板機啟動時空轉(zhuǎn):撥叉安裝不正確,撥叉滑柱裝置在挪動襯套內(nèi)讓電動機齒輪不可能與撥叉一同轉(zhuǎn)動。3.PCB分板機啟動電機就會轉(zhuǎn)動。電磁開關(guān)鐵芯和接盤推桿間間的間隙太大會造成單向離合器打滑,無法帶動飛輪齒圈轉(zhuǎn)動。啟動電機齒輪一旦嚴重磨損,就會無法與飛輪齒圈很好地磨合。電磁開關(guān)常吸常開,是指在按下啟動開關(guān)后,電磁開關(guān)的鐵芯剛被吸上去就會馬上脫下來,脫下來后又會被吸上去,然后又馬上脫下來,達不到啟動發(fā)起機的效果1。呈現(xiàn)這種毛病現(xiàn)象的常見緣由是堅持線圈斷路。
產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)表:網(wǎng)絡(luò)表是電路原理圖設(shè)計(SCH)與印制電路板設(shè)計(PCB)之間的一座橋梁,它是電路板自動的靈魂。網(wǎng)絡(luò)表可以從電路原理圖中獲得,也可從印制電路板中提取出來。(3)印制電路板的設(shè)計:印制電路板的設(shè)計主要是針對PROTEL99的另外一個重要的部分PCB而言的,在這個過程中,我們借助PROTEL99提供的強大功能實現(xiàn)電路板的版面設(shè)計,完成高難度的等工作。但在實踐中,具體主要以下面細分步驟為主:一、電路版設(shè)計的先期工作1、利用原理圖設(shè)計工具繪制原理圖,并且生成對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)表。當然,有些特殊情況下,如電路版比較簡單,已經(jīng)有了網(wǎng)絡(luò)表等情況下也可以不進行原理圖的設(shè)計,直接進入PCB設(shè)計系統(tǒng),在PCB設(shè)計系統(tǒng)中,可以直接取用零件封裝,人工生成網(wǎng)絡(luò)表。2、手工更改網(wǎng)絡(luò)表將一些元件的固定用腳等原理圖上沒有的焊盤定義到與它相通的網(wǎng)絡(luò)上,沒任何物理連接的可定義到地或保護地等。將一些原理圖和PCB封裝庫中引腳名稱不一致的器件引腳名稱改成和PCB封裝庫中的一致,特別是二、三極管等。二、畫出自己定義的非標準器件的封裝庫建議將自己所畫的器件都放入一個自己建立的PCB庫專用設(shè)計文件。三、設(shè)置PCB設(shè)計環(huán)境和繪制印刷電路的版框含中間的鏤空等1、進入PCB系統(tǒng)后的第Y步就是設(shè)置PCB設(shè)計環(huán)境,包括設(shè)置格點大小和類型,光標類型,版層參數(shù),布線參數(shù)等等。大多數(shù)參數(shù)都可以用系統(tǒng)默認值,而且這些參數(shù)經(jīng)過設(shè)置之后,符合個人的習慣,以后無須再去修改。2、規(guī)劃電路版,主要是確定電路版的邊框,包括電路版的尺寸大小等等。在需要放置固定孔的地方放上適當大小的焊盤。對于3mm的螺絲可用6.5~8mm的外徑和3.2~3.5mm內(nèi)徑的焊盤對于標準板可從其它板或PCBizard中調(diào)入。注意-在繪制電路版地邊框前,一定要將當前層設(shè)置成KeepOut層,即禁止布線層。四、打開所有要用到的PCB庫文件后,調(diào)入網(wǎng)絡(luò)表文件和修改零件封裝這一步是非常重要的一個環(huán)節(jié),網(wǎng)絡(luò)表是PCB自動布線的靈魂,也是原理圖設(shè)計與印象電路版設(shè)計的接口,只有將網(wǎng)絡(luò)表裝入后,才能進行電路版的布線。在原理圖設(shè)計的過程中,ERC檢查不會涉及到零件的封裝問題。因此,原理圖設(shè)計時,零件的封裝可能被遺忘,在引進網(wǎng)絡(luò)表時可以根據(jù)設(shè)計情況來修改或補充零件的封裝。當然,可以直接在PCB內(nèi)人工生成網(wǎng)絡(luò)表,并且指定零件封裝。
專業(yè)FPC柔性版如果阻抗變化只發(fā)生一次,例如線寬從8mil變到6mil后,一直保持6mil寬度這種情況,要達到突變處信號反射噪聲不超過電壓擺幅的5%這一噪聲預(yù)算要求,FPC柔性版阻抗變化必須小于10%。這有時很難做到,以 FR4板材上微帶線的情況為例,我們計算一下。如果線寬8mil,線條和參考平面之間的厚度為4mil,特性阻抗為46.5歐姆。線寬變化到6mil后特性阻抗變成54.2歐姆,阻抗變化率達到了20%。反射信號的幅度必然超標。至于對信號造成多大影響,還和信號上升時間和驅(qū)動端到反射點處信號的時延有關(guān)。但至少這是一個潛在的問題點。幸運的是這時可以通過阻抗匹配端接解決問題。如果阻抗變化發(fā)生兩次,例如線寬從8mil變到6mil后,拉出2cm后又變回8mil。那么在2cm長6mil寬線條的兩個端點處都會發(fā)生反射,一次是阻抗變大,發(fā)生正反射,接著阻抗變小,發(fā)生負反射。如果兩次反射間隔時間足夠短,兩次反射就有可能相互抵消,從而減小影響。假設(shè)傳輸信號為1V,第Y次正反射有0.2V被反射,1.2V繼續(xù)向前傳輸,第二次反射有 -0.2*1.2 = 0.24v被反射回。再假設(shè)6mil線長度極短,兩次反射幾乎同時發(fā)生,那么總的反射電壓只有0.04V,小于5%這一噪聲預(yù)算要求。因此,這種反射是否影響信號,有多大影響,和阻抗變化處的時延以及信號上升時間有關(guān)。研究及實驗表明,只要阻抗變化處的時延小于信號上升時間的20%,反射信號就不會造成問題。如果信號上升時間為1ns,那么阻抗變化處的時延小于0.2ns對應(yīng)1.2英寸,反射就不會產(chǎn)生問題。也就是說,對于本例情況,6mil寬走線的長度只要小于3cm就不會有問題。