PCB设计的基本概念

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为方便电路的安装和维修等，在印刷板的上下两表面印刷上所需要的标志图案和文字代号等，例如元件标号和标称值、元件外廓形状和厂家标志、生产日期等等。不少初学者设计丝印层的有关内容时，只注意文字符号放置得整齐美观，忽略了实际制出的PCB效果。他们设计的印板上，字符不是被元件挡住就是侵入了助焊区域被抹赊，还有的把元件标号打在相邻元件上，如此种种的设计都将会给装配和维修带来很大不便。正确的丝印层字符布置原则是：”不出歧义，见缝插针，美观大方”。 特殊性

Protel封装库内有大量SMD封装，即表面焊装器件。这类器件除体积小巧之外的最大特点是单面分布元引脚孔。因此，选用这类器件要定义好器件所在面，以免“丢失引脚（Missing Plns）”。另外，这类元件的有关文字标注只能随元件所在面放置。 网格状填充区（External Plane ）和填充区（Fill)

正如两者的名字那样，网络状填充区是把大面积的铜箔处理成网状的，填充区仅是完整保留铜箔。初学者设计过程中在计算机上往往看不到二者的区别，实质上，只要你把图面放大后就一目了然了。正是由于平常不容易看出二者的区别，所以使用时更不注意对二者的区分，要强调的是，前者在电路特性上有较强的抑制高频干扰的作用，适用于需做大面积填充的地方，特别是把某些区域当做屏蔽区、分割区或大电流的电源线时尤为合适。后者多用于一般的线端部或转折区等需要小面积填充的地方。 Pad

焊盘是PCB设计中最常接触也是最重要的概念，但初学者却容易忽视它的选择和修正，在设计中千篇一律地使用圆形焊盘。选择元件的焊盘类型要综合考虑该元件的形状、大小、布置形式、振动和受热情况、受力方向等因素。Protel在封装库中给出了一系列不同大小和形状的焊盘，如圆、方、八角、圆方和定位用焊盘等，但有时这还不够用，需要自己编辑。例如，对发热且受力较大、电流较大的焊盘，可自行设计成“泪滴状”，在大家熟悉的彩电PCB的行输出变压器引脚焊盘的设计中，不少厂家正是采用的这种形式。一般而言，自行编辑焊盘时除了以上所讲的以外，还要考虑以下原则：

（1）形状上长短不一致时要考虑连线宽度与焊盘特定边长的大小差异不能过大；

（2）需要在元件引角之间走线时选用长短不对称的焊盘往往事半功倍；

（3）各元件焊盘孔的大小要按元件引脚粗细分别编辑确定，原则是孔的尺寸比引脚直径大0．2- 0．4毫米。

PCB放置焊盘：

1 ．放置焊盘的方法

可以执行主菜单中命令 Place/Pad ，也可以用组件放置工具栏中的 Place Pad 按钮。

进入放置焊盘（ Pad ）状态后，鼠标将变成十字形状，将鼠标移动到合适的位置上单击就完成了焊盘的放置。

2 ．焊盘的属性设置

焊盘的属性设置有以下两种方法：

● 在用鼠标放置焊盘时，鼠标将变成十字形状，按 Tab 键，将弹出 Pad （焊盘属性）设置对话框.

7-24 焊盘属性设置对话框

● 对已经在 PCB 板上放置好的焊盘，直接双击，也可以弹出焊盘属性设置对话框。在焊盘属性设置对话在框中有如下几项设置：

● Hole Size ：用于设置焊盘的内直径大小。

● Rotation ：用一设置焊盘放置的旋转角度。

● Location ：用于设置焊盘圆心的 x 和 y 坐标的位置。

● Designator 文本框：用于设置焊盘的序号。

● Layer 下拉列表：从该下拉列表中可以选择焊盘放置的布线层。

● Net 下拉列表：该下拉列表用于设置焊盘的网络。

● Electrical Type 下拉列表：用于选择焊盘的电气特性。该下拉列表共有 3 种选择方式： Load （节点）、 Source （源点）和 Terminator （终点）。

● Testpoint 复选项：用于设置焊盘是否作为测试点，可以做测试点的只有位于顶层的和底层的焊盘。

● Locked 复选项：选中该复选项，表示焊盘放置后位置将固定不动。

● Size and Shape 选项区域：用于设置焊盘的大小和形状

● X-Size 和 Y-Size ：分别设置焊盘的 x 和 y 的尺寸大小。

● Shape 下拉列表：用于设置焊盘的形状，有 Round （圆形）、 Octagonal （八角形）和 Rectangle

（长方形）。

● Paste Mask Expansions 选项区域：用于设置助焊层属性。

● Solder Mask Expansions 选项区域：用于设置阻焊层属性。 abc Mask

这些膜不仅是PcB制作工艺过程中必不可少的，而且更是元件焊装的必要条件。按“膜”所处的位置及其作用，“膜”可分为元件面（或焊接面）助焊膜（TOp or Bottom 和元件面（或焊接面）阻焊膜（TOp or BottomPaste Mask）两类。顾名思义，助焊膜是涂于焊盘上，提高可焊性能的一层膜，也就是在绿色板子上比焊盘略大的各浅色圆斑。阻焊膜的情况正好相反，为了使制成的板子适应波峰焊等焊接形式，要求板子上非焊盘处的铜箔不能粘锡，因此在焊盘以外的各部位都要涂覆一层涂料，用于阻止这些部位上锡。可见，这两种膜是一种互补关系。由此讨论，就不难确定菜单中

类似“solder Mask En1argement”等项目的设置了。 有两重含义

自动布线时供观察用的类似橡皮筋的网络连线，在通过网络表调入元件并做了初步布局后，用“Show 命令就可以看到该布局下的网络连线的交叉状况，不断调整元件的位置使这种交叉最少，以获得最大的自动布线的布通率。这一步很重要，可以说是磨刀不误砍柴功，多花些时间，值！另外，自动布线结束，还有哪些网络尚未布通，也可通过该功能来查找。找出未布通网络之后，可用手工补偿，实在补偿不了就要用到“飞线”的第二层含义，就是在将来的印板上用导线连通这些网络。要交待的是，如果该电路板是大批量自动线生产，可将这种飞线视为0欧阻值、具有统一焊盘间距的电阻元件来进行设计.

印刷电路板（Printed circuit board，PCB）几乎会出现在每一种电子设备当中。如果在某样设备中有电子零件，那么它们也都是镶在大小各异的PCB上。除了固定各种小零件外，PCB的主要功能是提供上头各项零件的相互电气连接。随着电子设备越来越复杂，需要的零件越来越多，PCB上头的线路与零件也越来越密集了。标准的PCB长得就像这样。裸板（上头没有零件）也常被称为「印刷线路板Printed Wiring Board（PWB）」。

板子本身的基板是由绝缘隔热、并不易弯曲的材质所制作成。在表面可以看到的细小线路材料是铜箔，原本铜箔是覆盖在整个板子上的，而在制造过程中部分被蚀刻处理掉，留下来的部分就变成网状的细小线路了。这些线路被称作导线（conductor pattern）或称布线，并用来提供PCB上零件的电路连接。

为了将零件固定在PCB上面，我们将它们的接脚直接焊在布线上。在最基本的PCB（单面板）上，零件都集中在其中一面，导线则都集中在另一面。这么一来我们就需要在板子上打洞，这样接脚才能穿过板子到另一面，所以零件的接脚是焊在另一面上的。因为如此，PCB的正反面分别被称为零件面（Component Side）与焊接面（Solder Side）。

如果PCB上头有某些零件，需要在制作完成后也可以拿掉或装回去，那么该零件安装时会用到插座（Socket）。由于插座是直接焊在板子上的，零件可以任意的拆装。下面看到的是ZIF（Zero Insertion Force，零拨插力式）插座，它可以让零件（这里指的是CPU）可以轻松插进插座，也可以拆下来。插座旁的固定杆，可以在您插进零件后将其固定。

如果要将两块PCB相互连结，一般我们都会用到俗称「金手指」的边接头（edge connector）。金手指上包含了许多裸露的铜垫，这些铜垫事实上也是PCB布线的一部分。通常连接时，我们将其中一片PCB上的金手指插进另一片PCB上合适的插槽上（一般叫做扩充槽Slot）。在计算机中，像是显示卡，声卡或是其它类似的界面卡，都是借着金手指来与主机板连接的。

PCB上的绿色或是棕色，是阻焊漆（solder mask）的颜色。这层是绝缘的防护层，可以保护铜线，也可以防止零件被焊到不正确的地方。在阻焊层上另外会印刷上一层丝网印刷面（silk screen）。通常在这上面会印上文字与符号（大多是白色的），以标示出各零件在板子上的位置。丝网印刷面也被称作图标面（legend）。 PCB的中文名称为印制电路板又称印刷电路板、印刷线路板是重要的电子部件是电子元器件的支撑体?是电子元器件电气连接的提供者。由于它是采用电子印刷术制作的故被称为“印刷”电路板。

PCB打样就是指印制电路板在批量生产前的试产主要应用为电子工程师在设计好电路?并完成PCB Layout之后向工厂进行小批量试产的过程即为PCB打样。而PCB打样的生产数量一般没有具体界线一般是工程师在产品设计未完成确认和完成测试之前都称之为PCB打样 。

PCB多层电路板怎么设计

PCB电路板的工艺要求如下：

1. 厚度：PCB电路板的厚度通常是0.4mm-3.2mm，应保证板材厚度尺寸误差范围内。

2. 线路宽度和间距：线路宽度和间距应根据设计需求，选择合适的数值，以保证电路板的正常工作。

3. 铜箔厚度：一般来说，铜箔厚度为1oz(35um)和2oz(70um)，铜箔应均匀附着在PCB电路板表面，并且覆盖整个板面。

4. 焊盘直径：PCB电路板的焊盘直径取决于元件引脚直径，应保证焊盘在引脚焊接后有足够的锡量，以保证焊点牢固。

5. 主要器件间距：在选择主要器件的位置和尺寸时，应保证与其他组件的间距符合要求，以确保信号传输的质量和稳定性，减少信号干扰和串扰的可能性。

6. 焊接技术：PCB电路板焊接时，应使用符合要求的焊接设备，并在焊盘上涂上适量的焊膏，以确保引脚焊接良好，无松动现象。

以上是PCB电路板的一些基本工艺要求，不同的电路板类型和设计要求可能会有所不同，因此在制作PCB电路板时，应根据具体情况进行调整。

1.层数的选择和叠加原则

确定多层?PCB?板的层叠结构需要考虑较多的因素。从布线方面来说，层数越多越利于布线 但是制层数越多越利于布线，但是制层数越多越利于布线 板成本和难度也会随之增加。对于生产厂家来说，层叠结构对称与否?PCB?板制造时需要关注的焦 层叠结构对称与否是 板成本和难度也会随之增加 层叠结构对称与否 点，所以层数的选择需要考虑各方面的需求，以达到最佳的平衡。

对于有经验的设计人员来说，在完成元器件的预布局后，会对?PCB?的布线瓶颈处进行重点分析 结 完成元器件的预布局后的布线瓶颈处进行重点分析 颈处进行重点分析。结 完成元器件的预布局后工具分析电路板的布线密度；再综合有特殊布线要求的信号线如差分线、敏感信号线 有特殊布线要求的信号线如差分线 合其他?EDA?工具分析电路板的布线密度有特殊布线要求的信号线如差分线、敏感信号线等 的数量和种类来确定信号层的层数 然后根据电源的种类、来确定信号层的层数； 根据电源的种类、 隔离和抗干扰的要求来确定内电层的数目。来确定信号层的层数 根据电源的种类 隔离和抗干扰的要求来确定内电层的数目 这样，整个电路板的板层数目就基本确定了。

确定了电路板的层数后，接下来的工作便是合理地排列各层电路的放置顺序。在这一步骤中，需要考虑的因素主要有以下两点：

（1）特殊信号层的分布

（2）电源层和地层的分布

如果电路板的层数越多，特殊信号层、地层和电源层的排列组合的种类也就越多，如何来确定哪种组合方式最优也越困难，但总的原则有以下几条：

地层，利用内电层的大铜膜来为信号层提供屏蔽:

（1）信号层应该与一个内电层相邻（内部电源 地层），利用内电层的大铜膜来为信号层提供屏蔽。

（2）内部电源层和地层之间应该紧密耦合，也就是说，内部电源层和地层之间的介质厚度应该取较）内部电源层和地层之间应该紧密耦合，也就是说， 小的值，以提高电源层和地层之间的电容，增大谐振频率。小的值，以提高电源层和地层之间的电容，增大谐振频率。

（3）电路中的高速信号传输层应该是信号中间层，并且夹在两个内电层之间。这样两个内电层的铜膜可以为高速信号传输提供电磁屏蔽，同时也能有效地将高速信号的辐射限制在两个内电层之间，不对外造成干扰。

（4）避免两个信号层直接相邻。相邻的信号层之间容易引入串扰，从而导致电路功能失效;在两信号层之间加入地平面可以有效地避免串扰。

（5）多个接地的内电层可以有效地降低接地阻抗;例如，A?信号层和?B?信号层采用各自单独的地平 面，可以有效地降低共模干扰。

（6）兼顾层结构的对称性。

2.常用的层叠结构

下面通过?4?层板的例子来说明如何优选各种层叠结构的排列组合方式：

对于常用的?4?层板来说，有以下几种层叠方式（从顶层到底层）：

（1）Siganl_1（Top），GND（Inner_1），POWER（Inner_2），Siganl_2（Bottom）。

（2）Siganl_1（Top），POWER（Inner_1），GND（Inner_2），Siganl_2（Bottom）。

（3）POWER（Top），Siganl_1（Inner_1），GND（Inner_2），Siganl_2（Bottom）。

显然，方案?3?电源层和地层缺乏有效的耦合，不应该被采用。

那么方案?1?和方案?2?应该如何进行选择呢？

一般情况下，设计人员都会选择方案?1?作为?4?层板的结构。原因并非方案?2?不可被采用，而是一般的?PCB?板都只在顶层放置元器件，所以采用方案?1?较为 妥当。但是当在顶层和底层都需要放置元器件，而且内部电源层和地层之间的介质厚度较大，耦合不佳时，就需要考虑哪一层布置的信号线较少。对于方案?1?而言，底层的信号线较少，可以采用大面积 的铜膜来与?POWER?层耦合；反之，如果元器件主要布置在底层，则应该选用方案?2?来制板。

在完成?4?层板的层叠结构分析后， 下面通过一个?6?层板组合方式的例子来说明?6?层板层叠结构的排列 组合方式和优选方法：

（1）Siganl_1（Top），GND（Inner_1），Siganl_2（Inner_2），Siganl_3（Inner_3），POWER（In）。 方案?1?采用了?4?层信号层和?2?层内部电源/接地层，具有较多的信号层，有利于元器件之间的布线工作，但是该方案的缺陷也较为明显，表现为以下两方面：

① 电源层和地线层分隔较远，没有充分耦合

② 信号层?Siganl_2（Inner_2）和?Siganl_3（Inner_3）直接相邻，信号隔离性不好，容易发生串扰

（2）Siganl_1（Top），Siganl_2（Inner_1），POWER（Inner_2），GND（Inner_3），Siganl_3（In）。

方案?2?相对于方案?1， 电源层和地线层有了充分的耦合， 比方案?1?有一定的优势， 但是Siganl_1?（Top） 和?Siganl_2（Inner_1）以及?Siganl_3（Inner_4）和?Siganl_4（Bottom）信号层直接相邻，信号隔 离不好，容易发生串扰的问题并没有得到解决。

），GND（Inner_1）， ），Siganl_2（Inner_2）， ），POWER（Inner_3），），GND（3）Siganl_1（Top）， ） （ ）， （ ）， （ ）， （ ）， （Inner_）。）。

相对于方案?1?和方案?2，方案?3?减少了一个信号层，多了一个内电层，虽然可供布线的层面减少了，但是该方案解决了方案?1?和方案?2?共有的缺陷：

①电源层和地线层紧密耦合

② 每个信号层都与内电层直接相邻，与其他信号层均有有效的隔离，不易发生串扰

③?Siganl_2（Inner_2）和两个内电层?GND（Inner_1）和?POWER（Inner_3）相邻，可以用来传 （ ） （ ） （ ）相邻，两个内电层可以有效地屏蔽外界对?Siganl_2 Inner_2） 输高速信号。 高速信号。 两个内电层可以有效地屏蔽外界对（ ） 层的干扰和?Siganl_2 Inner_2） （ ） 对外界的干扰。

综合各个方面，方案?3?显然是最优化的一种，同时，方案?3?也是?6?层板常用的层叠结构。

通过对以上两个例子的分析，相信读者已经对层叠结构有了一定的认识，但是在有些时候，某一个方案并不能满足所有的要求，这就需要考虑各项设计原则的优先级问题。遗憾的是由于电路板的板层设 计和实际电路的特点密切相关，不同电路的抗干扰性能和设计侧重点各有所不同，所以事实上这些原则并没有确定的优先级可供参考。但可以确定的是，设计原则?2（内部电源层和地层之间应该紧密耦 设计原则 （内部电源层和地层之间应该紧密耦如果电路中需要传输高速信号， 合）在设计时需要首先得到满足，另外如果电路中需要传输高速信号，那么设计原则?3（电路中的高在设计时需要首先得到满足， 如果电路中需要传输高速信号 （ 速信号传输层应该是信号中间层，并且夹在两个内电层之间）就必须得到满足速信号传输层应该是信号中间层，并且夹在两个内电层之间）就必须得到满足。

如下是利用99se设计的多层电路板视频教程。