原理图、印板图设计方法
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使用Protel DXP 2004软件绘制电路原理图和PCB板图(共15分)
说明:选手在E盘根目录上以工位号为名建立文件夹(××为选手工位号,只取后两位),选手竞赛所得的所有文件均存入该文件夹中。
各文件的主文件名包括:
工程库文件:××.prjpcb
原理图文件:Sch××.schdoc
原理图元件库文件:Schib××.schlib
电路板图文件:Pcb××.pcbdoc
元件封装库文件:Plib××.pcblib
(一)原理图设计
1、原理图图纸采用A4图纸。
(1分)
2、绘制电路原理图:元器件形状、管脚分布必须一致。
(4分)
3、元件封装(2分)
按下表中规定的封装参数进行封装,若没有规定则默认即可。
(二)PCB设计
1、印刷板尺寸为4000milX4000mil,采用双面电路板;(1分)
2、电路中的电源线线宽设置为30mil,放在顶层,GND线宽设置为30mil,放在底层,其余线宽为12mil;(1分)
3、对U4及周围部分进行铺铜处理且与网络地相连,要求栅格为15mil,线宽为10mil,铺铜层为底层,网线形式为90度,使用八角环绕焊盘;(1分)
4、所有焊盘设计为泪滴式焊盘;(1分)
5、PCB布局采用分模块分布,共分为3块:热释电检测电路、电源电路、其他电路。
要求元件布局合理,符合PCB设计规则.(4分)。
Altium Designer 20使用教程Altium Designer是原Protel软件开发商Altium公司推出的一体化的电子产品开发系统,主要运行在Windows操作系统。
Altium Designer通过把原理图绘制编辑、印制电路板图(PCB)设计、拓扑逻辑自动布线、信号完整性分析和设计输出等技术的完美融合,为设计者提供了全新的设计解决方案,使设计者可以轻松进行电子线路系统设计。
熟练使用Altium Designer,使电子线路系统设计的质量和效率大大提高。
Altium Designer有很多版本,以下是以Altium Designer 20(简称AD20)为例进行阐述。
1 电子线路系统原理图设计绘制电子线路系统原理图和设计PCB图时,常用的文件类型有四种。
在SchDoc类型上绘制元器件原理图,在SchLib类型中添加或绘制在AD20自带原理图库中找不到的元器件,在PcbDoc类型中设计元器件印制电路板图(PCB),在PcbLib类型中添加或绘制自制的元器件封装。
熟练掌握这四种类型文件的使用方法后,要想进一步设计出高质量的电路板,就需要勤学多练,积累大量电子线路系统设计知识和经验,掌握布线、布板、信号完整性等方面的知识和技巧。
以图1所示的正弦波发生器电路为例,介绍电子线路系统原理图的设计方法。
图1 正弦波发生器电路1)创建工程项目打开AD20软件,在菜单栏点击“文件”,选择下拉列表中的“新的…”选项,然后选择下拉列表中的“项目”选项,弹出界面如图2所示。
输入项目文件名,选择存储路径后点击“Create”,就创建了一个新的工程项目文件。
图2 选择工程项目路径2) 创建原理图文件在菜单栏点击“文件”,选择下拉列表中的“新的…”选项,然后选择下拉列表中的“原理图”选项,创建原理图文件并保存,如图3所示。
图3 创建原理图文件3) 绘制原理图(1)元器件放置①大多数常见的元器件可以在AD20自带的元器件库中找到,比如电阻、电容、光耦等,点击工具条中的元器件图标或在菜单栏点击“放置”,选择下拉列表中的“器件(P)…”选项,然后在弹出元器件库列表中找到需要的元器件,如图4所示,向右滑动可以查看元器件的其它信息。
原理图PCB板设计制作规范标准原理图.PCB板设计制作规文件编号:文件版本:文件制定日期:文件名称:原理图.PCB板设计制作规容:一.目的:为了提高生产效率和生产质量,降低产品成本,需要设计出一块能满足技术要求,功能完善,布局合理且安全可靠,实用美观的电路图样,特制定以下具体要求。
二.围:此PCB设计制作规细则只适用于常禾公司AMP研发使用。
三.定义:导通孔(via) : 一种用于层连接的金属化孔,但其中并不用于插入元件引线或增强材料。
埋孔(Buried via) : 未延伸到印制板表面的一种导通孔。
过孔(Through via): 从印制板的一个表层延展到另一个表层的导通孔。
四.主题:4.1PCB板材要求:确定PCB所选用的板材,一般用FR-4(双面或多层板及玻纤板)或FR-1(单面板),或CM-1(半玻纤板),均要求防火等级在94-V0以上;板材最小铜厚度依电流大小决定,一般选用1~2OZ/Ft2.即当电流较小时使用10Z/Ft2,当电流较大时使用20Z/Ft2.在选用PCB板时一定要注意PCB板的五项安规标识(UL认证标志,生产厂家,厂家型号,UL认证文件号,阻燃等级)是否齐全,同时要求PCB板必须符合RoHS要求。
4.2PCB设计制作要求4.2.1 电子电路绘图使用软件要求统一使用Protel 99 SE, 便于以后其他工程师均可以修改和整理文档资料。
4.2.2在整机原理图中都要求有原理方框总图和原理子图,方框总图要求整机所有功能和信号流程;各原理图要求整齐,信号流程清晰,一目了然,不能将原理功能交叉.混乱绘制,尽量少使用网络标示。
4.2.3在PCB布板时,都要求使用网络布线,可以提高PCB板的正确性。
4.2.4原理图中的序号数值要求和PCB板中的序号数值一一对应;PCB元件值不允许印刷在PCB板中,只允许出现位号,位号大小最小高0.8宽0.14.2.5原理图和PCB板绘制完成后都要求输入公司统一的文件标题(参考图一)在图一中需要注意的是图面版本的问题,版本号统一从XX00开始,XX表示为机种代码,00表示从0版开始,流水号作业,同时需要在图面之中注明更改位置。
CADENCE原理图与PCB设计说明内部资料请勿外传CADENCE原理图与PCB设计说明(第1版)⽬录⽬录序⾔ (1)第⼀章系统简介 (2)1.1 系统组成 (2)1.1.1 库 (2)1.1.2 原理图输⼊ (2)1.1.3 设计转换和修改管理 (2)1.1.4 物理设计与加⼯数据的⽣成 (3)1.1.5 ⾼速PCB规划设计环境 (3)1.2 Cadence设计流程 (3)第⼆章Cadence安装 (4)2.1安装步骤 (4)2.2 LICENSE设置 (7)2.3 库映射 (7)2.4 修改cds.lib⽂件,设置原理图库: (8)2.5 编辑ENV⽂件,设置PCB库: (9)第三章CADENCE库管理 (11)3.1 中兴EDA库管理系统 (11)3.2 CADENCE库结构 (13)3.2.1 原理图(Concept HDL)库结构: (13)3.2.2 PCB库结构: (13)第四章项⽬管理器 (15)4.1 项⽬管理的概念 (15)4.2 创建或打开⼀个项⽬ (15)4.3 原理图库的添加: (16)4.4 填写设计(Design)名称 (17)4.5 增加新的Design(设计) (18)- I -CADENCE原理图与PCB设计说明4.6 项⽬的⽬录结构 (18)第五章原理图设计 (20)5.1 图纸版⾯设置 (20)5.1.1 图纸统⼀格式设置 (20)5.1.2 栅格设置 (22)5.2Concept-HDL的启动 (23)5.3添加元件 (24)5.3.1 逻辑⽅式添加器件 (24)5.3.2 物理⽅式添加器件 (25)5.4画线 (26)5.4.1 Draw⽅式 (26)5.4.2 Route⽅式 (27)5.5 添加信号名 (27)5.6 画总线 (28)5.7 信号名命名规则 (29)5.8 元件位号 (31)5.8.1 元件位号⼿⼯标注 (31)5.8.2 元件位号的⾃动标注 (32)5.8.3 元件位号的⾃动排序 (33)5.9 Cadence属性 (34)5.10 组操作 (36)5.10.1 组定义: (36)5.10.2 组命名 (36)5.10.3 组操作 (37)5.11 常⽤命令 (38)5.11.1 常⽤的快捷键 (38)5.11.2 检查连接关系 (39)5.11.3 点画命令 (39)5.11.4 查找元件和⽹络 (39)5.11.5 两个不同⽹络名的⽹络连接的⽅法 (40)5.11.6 错误检查 (40)5.11.7 检查Cadence原理图单个⽹络名 (40)- II -⽬录5.11.8 对隐藏了电源和地腿的器件定义电源和地信号 (41)5.12 增加新的原理图页 (41)5.13 原理图多页⾯操作 (42)5.14 信号的页区位置交叉标注(Cross Reference) (42)5.14.1 信号的页区位置交叉标注(Cross Reference)的作⽤ (42) 5.14.2 交叉标注需注意的⼏点: (43)5.14.3 信号的交叉标注(Cross Refrence)的⽅法 (43)5.14.4 层次设计中出模块信号的交叉标注 (43)5.14.5 出页信号的交叉标注的要求 (44)5.15 在不同的project下实现原理图拷贝 (44)5.16 打印图纸 (47)5.17 ⾃动⽣成料单 (48)5.18 原理图归档 (50)5.19 原理图评审 (51)第六章从原理图到PCB (52)6.1从原理图到PCB的实现 (52)6.1 .1 原理图到PCB的转换过程: (52)第七章PCB设计 (55)7.1 导⼊数据 (55)7.2 Allegro⽤户界⾯ (55)7.2.1 控制⾯板的作⽤ (56)7.2.2 ⼯具栏的显⽰ (57)7.3 Layout准备 (58)7.3.1 创建PCB图的物理外形 (58)7.3.1.2 在Allegro界⾯下创建板外框: (61) 7.3.2 设置板图尺⼨参数 (62)7.3.3 设置版图的栅格值: (63)7.3.4 设置板图选项 (63)7.3.5 设置PCB板的叠层 (64)7.3.6 设置约束条件 (65)7.3.6.1 设置板的缺省间距: (65)- III -CADENCE原理图与PCB设计说明7.3.6.2 设置扩展的距离规则 (66)7.3.6.3 设置扩展的物理规则 (69)7.3.6.4 编辑属性 (69)7.3.7 可视性和颜⾊设置 (70)7.4 PCB布局 (70)7.5 PCB布线: (73)7.6 添加过孔和替换过孔 (74)7.6.1 添加过孔 (74)7.6.2 替换过孔 (75)7.7 优化⾛线 (76)7.8 覆铜处理 (77)7.8.1 阴版覆铜 (77)7.8.2 阳版覆铜 (78)7.9 分割电源平⾯ (80)7.10 位号标注 (83)7.11 加测试点 (83)7.12 DRC检查 (83)7.13 ⽣成报告⽂件 (84)7.14 V ALOR检查 (85)7.15 ⽣成光绘⽂件和钻孔⽂件 (85)7.15.1 ⽣成光圈⽂件(art-aper.txt),即D码表 (85)7.15.2 ⽣成钻孔⽂件 (86)7.15.3 ⽣成光绘⽂件 (86)7.15.3.1 在Artwork中加⼊所需的层 (86)7.15.3.2 ⽣成光绘⽂件 (90)7.16 PCB评审 (93)第⼋章公司的PCB设计规范 (94)- IV -序⾔序⾔Cadence软件是我们公司统⼀使⽤的原理图设计、PCB设计、⾼速仿真的EDA⼯具。
•印刷电路板设计基础•电路原理图设计基础•印刷电路板制作流程目•电路原理图的设计实例•印刷电路板的制作实例录线路基板元件0302011. 确定设计要求2. 规划电路布局3. 线路设计6. 制造与检测4. 生成设计文件5. 校验与修正元件布局规范线路设计规范材料选择规范010203043. 搭建电路4. 调整与测试元件符号的正确使用清晰简洁的连线标注的完整与清晰抗干扰措施确定功能需求根据功能需求,设计电路原理图,实现电路的逻辑功能。
设计电路原理图电路元件选择准备电路原理图元件布局设计根据电路原理图和元件选择,对印刷电路板上的元件进行布局设计,考虑元件之间的连接和信号干扰问题。
确定板型和尺寸根据产品需求和电路原理图,确定印刷电路板的形状和尺寸。
热设计考虑对于有较大功率元件的电路板,需要考虑热设计问题,如散热片的选用和放置等。
信号线布设电源线布设校验与修正导出生产文件生成CAM文件生成印刷电路板的生产文件总结词详细描述实例一:简单的数字电路原理图设计实例二:复杂的模拟电路原理图设计总结词复杂、精密、涉及多种器件详细描述该设计实例是一个复杂的模拟电路,由放大器、比较器、模拟开关和电阻等器件组成。
电路原理图较为复杂,包含多种器件,且器件之间的连接关系也较为复杂。
设计过程中需要考虑多种参数和约束条件,如信号带宽、电源功耗、热设计等。
实例三:高频电路原理图的设计总结词详细描述材料铜箔基板焊料导线步骤1. 在铜箔基板上画出电路原理图,标明元件位置和连接方式。
3. 调试电路,确保功能正常。
材料铜箔基板焊料4. 在另一面铜箔基板上画出电路原理图,标明元件位置和连接方式。
5. 将焊料涂在铜箔基板和钻孔内,连接元件和导线。
6. 调试电路,确保功能正常。
030102实例三:制作高频电路的印刷电路板32. 将绝缘层覆盖在铜箔基板上,根据元件位置和连接方式钻孔。
3. 将焊料涂在铜箔基板和钻孔内,连接元件和导线。
1. 在铜箔基板上画出高频电路原理图,标明元件位置和连接方式。
一般PCB基本设计流程如下:前期准备->PCB结构设计->PCB布局->布线->布线优化和丝印->网络和DRC检查和结构检查->制版。
第一:前期准备。
这包括准备元件库和原理图。
“工欲善其事,必先利其器”,要做出一块好的板子,除了要设计好原理之外,还要画得好。
在进行PCB设计之前,首先要准备好原理图SCH的元件库和PCB的元件库。
元件库可以用peotel自带的库,但一般情况下很难找到合适的,最好是自己根据所选器件的标准尺寸资料自己做元件库。
原则上先做PCB的元件库,再做SCH的元件库。
PCB的元件库要求较高,它直接影响板子的安装;SCH的元件库要求相对比较松,只要注意定义好管脚属性和与PCB元件的对应关系就行。
PS:注意标准库中的隐藏管脚。
之后就是原理图的设计,做好后就准备开始做PCB设计了。
第二:PCB结构设计。
这一步根据已经确定的电路板尺寸和各项机械定位,在PCB设计环境下绘制PCB板面,并按定位要求放置所需的接插件、按键/开关、螺丝孔、装配孔等等。
并充分考虑和确定布线区域和非布线区域(如螺丝孔周围多大范围属于非布线区域)。
第三:PCB布局。
布局说白了就是在板子上放器件。
这时如果前面讲到的准备工作都做好的话,就可以在原理图上生成网络表(Design->CreateNetlist),之后在PCB图上导入网络表(Design->LoadNets)。
就看见器件哗啦啦的全堆上去了,各管脚之间还有飞线提示连接。
然后就可以对器件布局了。
一般布局按如下原则进行:①.按电气性能合理分区,一般分为:数字电路区(即怕干扰、又产生干扰)、模拟电路区(怕干扰)、功率驱动区(干扰源);②.完成同一功能的电路,应尽量靠近放置,并调整各元器件以保证连线最为简洁;同时,调整各功能块间的相对位置使功能块间的连线最简洁;③.对于质量大的元器件应考虑安装位置和安装强度;发热元件应与温度敏感元件分开放置,必要时还应考虑热对流措施;以上就是PCB设计的主要流程,。
从原理图到PCB的设计流程
在任何开关电源设计中,PCB板的物理设计都是最后一个环节,如果设计方法不当,PCB可能会辐射过多的电磁干扰,造成电源工作不稳定,以下针对各个步骤中所需注意的事项进行分析。
从原理图到PCB的设计流程
建立元件参数——>输入原理网表->设计参数设置->手工布局->手工布线->验证设计——>复查->CAM输出。
2. 参数设置
相邻导线间距必须能满足电气安全要求,而且为了便于操作和生产,间距也应尽量宽些。
最小间距至少要能适合承受的电压,在布线密度较低时,信号线的间距可适当地加大,对高、低电平悬殊的信号线应尽可能地短且加大间距,一般情况下将走线间距设为8mil。
焊盘内孔边缘到印制板边的距离要大于1mm,这样可以避免加工时导致焊盘缺损。
当与焊盘连接的走线较细时,要将焊盘与走线之间的连接设计成水滴状,这样的好处是焊盘不容易起皮,而是走线与焊盘不易断开。
3. 元器件布局
实践证明,即使电路原理图设计正确,印制电路板设计不当,也会对电子设备的可靠性产生不利影响。
例如,如果印制板两条细平行线靠得很近,则会形成信号波形的延迟,在传输线的终端形成反射噪声;由于电源、地线的考虑不周到而引起的干扰,会使产品的性能下降,因此,在设计印制电路板的时候,应注意采用正确的方法。
每一个开关电源都有四个电流回路:
1.电源开关交流回路
2.输出整流交流回路
3.输入信号源电流回路。
原理图、印板图设计方法每次设计一块pcb时都应该按如下的顺序进行,这样可以节省时间,获得最好效果。
1.选择好SCH,PCB等文件的名字(用英文,数字),加上扩展名。
2.原理图先设计好删格大小,图纸大小,选择公制,加好库元件。
按电路功能模块画好图,元件,和线的画法应让人很容易看清楚原理。
尽量均匀,美观,元件里面不要走线,注意不要在管脚中间走线,因为这样是没电器连接关系的。
最好不要让两个元件管脚直接相连,画完后可以自动编号(特殊要求例外),然后加上对应标称值,最好把标称值改为红色,粗体,这样可以和标号区分开。
最好把标号和标称值放在合适位置,一般左边为标号,右边为标称值,或上面为标号,下面没标称值。
过程中习惯性保存!首先保证原理图是完全正确的,进行ERC检查无错,然后打印核对。
其次最好能搞清楚电路原理,对高低压;大小电流;模拟,数字;大小信号;大小功率分块,以便在后面布局时方便。
3.制作PCB元件库对于标准库和自己的常用库里面没有的元件封装进行制作,要注意画俯视图,注意尺寸,焊盘大小,位置,号,内孔大小,方向,(印法好量尺寸)。
名字用英文,容易看为好,最好有标明对应的尺寸,以便下次用时查找(可以使用名字和对应尺寸对应的表格形式保存)。
对于常用的二极管,三极管应该注意标号的表示方法,最好在自己库里面有常用系列的二极管,三极管封装,如9011-9018,1815,D880等。
对发光二极管LED,RAD0.1,RB.1/.2,等常用而标准库没有的元件封装应该都在自己库里面有。
应该很熟悉常用元件(电阻,电容,二极管,三极管)的封状形式。
4.生成网络表在原理图里面加好封装,保存,ERC检查,生成元件清单检查。
生成网络表。
5.建立PCB选择好公制,捕获和可见删格大小,按要求设计好外框(向导或自己画),然后放好固定孔的位置,大小(3.0mm的螺丝可以用3.5mm的内孔焊盘,2.5的可以用3的内孔),边缘的先改好焊盘,孔大小,位置固定。
添加好需要用到的库。
6.布局调用网络表,调入元件,修改部分焊盘大小,设置好布线规则,可以改变标号的大小,粗细,隐藏标称值。
然后先把需要特殊位置的元件放好并琐定。
然后根据功能模块布局,(可以用SCH里面选择过度到PCB里面选择的方式),一般不用X,Y进行元件的翻转,而是用空格旋转,或L键,(因为有些元件是不能翻转的,如集成块,继电器等)。
对于一个功能模块先放中心元件,或大元件,然后放旁边的小元件,(比如集成块先放,然后放直接和集成块两管脚直接相连的元件,再放和集成块一个管脚相连的元件,而且类似的元件尽量放在一起,比较美观也要考虑后面连线的方便性)。
当然一些特殊关系的元件先放,比如一些滤波电容和晶振等需要靠近某些元件的先放好。
还有会干扰的元件先整体考虑要离远点。
高低压模块要间隔6.4mm以上。
要注意留出散热片,接插件,固定架的位置。
一些不能布线的地方可以用FILL。
还要考虑散热,热敏元件。
电阻,二极管的放置方式:分为平放与竖放两种:(1)平放:当电路元件数量不多,而且电路板尺寸较大的情况拢 话闶遣捎闷? 放较好;对于1/4W以下的电阻平放时,两个焊盘间的距离一般取4/10英寸,1/ 2W的电阻平放时,两焊盘的间距一般取5/10英寸;二极管平放时,1N400X系列整流管,一般取3/10英寸;1N540X系列整流管,一般取4~5/10英寸。
(2)竖放:当电路元件数较多,而且电路板尺寸不大的情况下,一般是采用竖放,竖放时两个焊盘的间距一般取1~2/10英寸。
7.布线:先设置好规则里面的内容,VCC,GND 大功率等大电流的线可以设置的宽点(0.5mm-1.5mm),一般1mm可以通过1A的电流。
对于大电压的线间距可以设置大点,一般1mm为1000V。
设置好了,先布VCC,GND 等一些比较重要的线。
注意各个模块的区分。
对单面板最好可以加一些条线。
加过孔,不一定横平竖直,集成块的焊盘间一般不走线,大电流的宽线可以在solder层画上线,以便后面上锡;走线用45度角8.手工修改线:修改一些线的宽度,转角,补泪地或包焊盘(单面板必须做),铺铜,处理地线。
9.检查DRC,EMC 等检查,然后可以打印检查,网络表对比。
元件清单检查。
10.加型号(一般在丝网成)。
11.布线与布线注意的问题:①、电位器的调节一般是顺时针为加大(电压,电流等)②、高频(>20MHz)一般是多点接地。
<10MHz 还是<1MHz单点接地。
其间为混合接地。
③、根据需要,不是所有器件都要按标准封装,可以是跨接或立的焊接。
④、在印制板布线时,应先确定元器件在板上的位置,然后布地线,电源线。
在安排高速信号线时,最好考虑低速信号线。
元气件的位置按电源电压,数字模拟,速度快慢,电流大小等分组。
安全的条件下,电源线应尽量靠近地。
减小差摸辐射的环面积,也有助于减小电路的交扰。
当需要在电路板上布置快速,中速,低速逻辑电路时,高速的应放在靠近边缘连接器范围内,而低速逻辑和存储器,应放在远离连接器范围内。
这样对共阻抗偶合,辐射和交扰的减小都是有利的。
接地最重要的了。
差不多的时候要有备份一下,或有些步骤容易死机,破坏文件的时候要备份。
PCB设计中的过孔问题讨论过孔(via)是多层PCB的重要组成部分之一,钻孔的费用通常占PCB制板费用的30%到40%。
简单的说来,PCB上的每一个孔都可以称之为过孔。
从作用上看,过孔可以分成两类:一是用作各层间的电气连接;二是用作器件的固定或定位。
如果从工艺制程上来说,这些过孔一般又分为三类,即盲孔(blind via)、埋孔(buriedvia)和通孔(through via)。
盲孔位于印刷线路板的顶层和底层表面,具有一定深度,用于表层线路和下面的内层线路的连接,孔的深度通常不超过一定的比率(孔径)。
埋孔是指位于印刷线路板内层的连接孔,它不会延伸到线路板的表面。
上述两类孔都位于线路板的内层,层压前利用通孔成型工艺完成,在过孔形成过程中可能还会重叠做好几个内层。
第三种称为通孔,这种孔穿过整个线路板,可用于实现内部互连或作为元件的安装定位孔。
由于通孔在工艺上更易于实现,成本较低,所以绝大部分印刷电路板均使用它,而不用另外两种过孔。
以下所说的过孔,没有特殊说明的,均作为通孔考虑。
从设计的角度来看,一个过孔主要由两个部分组成,一是中间的钻孔(drill hole),二是钻孔周围的焊盘区,见下图。
这两部分的尺寸大小决定了过孔的大小。
很显然,在高速,高密度的PCB设计时,设计者总是希望过孔越小越好,这样板上可以留有更多的布线空间,此外,过孔越小,其自身的寄生电容也越小,更适合用于高速电路。
但孔尺寸的减小同时带来了成本的增加,而且过孔的尺寸不可能无限制的减小,它受到钻孔(drill)和电镀(plating)等工艺技术的限制:孔越小,钻孔需花费的时间越长,也越容易偏离中心位置;且当孔的深度超过钻孔直径的6倍时,就无法保证孔壁能均匀镀铜。
比如,现在正常的一块6层PCB板的厚度(通孔深度)为50Mil左右,所以PCB厂家能提供的钻孔直径最小只能达到8Mil。
一、过孔的寄生电容过孔本身存在着对地的寄生电容,如果已知过孔在铺地层上的隔离孔直径为D2,过孔焊盘的直径为D1,PCB板的厚度为T,板基材介电常数为ε,则过孔的寄生电容大小近似于:C=1.41εTD1/(D2-D1)过孔的寄生电容会给电路造成的主要影响是延长了信号的上升时间,降低了电路的速度。
举例来说,对于一块厚度为50Mil的PCB 板,如果使用内径为10Mil,焊盘直径为20Mil的过孔,焊盘与地铺铜区的距离为32Mil,则我们可以通过上面的公式近似算出过孔的寄生电容大致是:C=1.41x4.4x0.050x0.020/(0.032-0.020)=0.517pF,这部分电容引起的上升时间变化量为:T10-90=2.2C(Z0/2)=2.2x0.517x(55/2)=31.28ps 。
从这些数值可以看出,尽管单个过孔的寄生电容引起的上升延变缓的效用不是很明显,但是如果走线中多次使用过孔进行层间的切换,设计者还是要慎重考虑的。
二、过孔的寄生电感同样,过孔存在寄生电容的同时也存在着寄生电感,在高速数字电路的设计中,过孔的寄生电感带来的危害往往大于寄生电容的影响。
它的寄生串联电感会削弱旁路电容的贡献,减弱整个电源系统的滤波效用。
我们可以用下面的公式来简单地计算一个过孔近似的寄生电感:L=5.08h[ln(4h/d)+1]其中L指过孔的电感,h是过孔的长度,d是中心钻孔的直径。
从式中可以看出,过孔的直径对电感的影响较小,而对电感影响最大的是过孔的长度。
仍然采用上面的例子,可以计算出过孔的电感为:L=5.08x0.050[ln(4x0.050/0.010)+1]=1.015nH 。
如果信号的上升时间是1ns,那么其等效阻抗大小为:XL=πL/T10-90=3.19Ω。
这样的阻抗在有高频电流的通过已经不能够被忽略,特别要注意,旁路电容在连接电源层和地层的时候需要通过两个过孔,这样过孔的寄生电感就会成倍增加。
三、高速PCB中的过孔设计通过上面对过孔寄生特性的分析,我们可以看到,在高速PCB 设计中,看似简单的过孔往往也会给电路的设计带来很大的负面效应。
为了减小过孔的寄生效应带来的不利影响,在设计中可以尽量做到:1、从成本和信号质量两方面考虑,选择合理尺寸的过孔大小。
比如对6-10层的内存模块PCB设计来说,选用10/20Mil(钻孔/焊盘)的过孔较好,对于一些高密度的小尺寸的板子,也可以尝试使用8/18Mil的过孔。
目前技术条件下,很难使用更小尺寸的过孔了。
对于电源或地线的过孔则可以考虑使用较大尺寸,以减小阻抗。
2、上面讨论的两个公式可以得出,使用较薄的PCB板有利于减小过孔的两种寄生参数。
3、PCB板上的信号走线尽量不换层,也就是说尽量不要使用不必要的过孔。
4、电源和地的管脚要就近打过孔,过孔和管脚之间的引线越短越好,因为它们会导致电感的增加。
同时电源和地的引线要尽可能粗,以减少阻抗。
5、在信号换层的过孔附近放置一些接地的过孔,以便为信号提供最近的回路。
甚至可以在PCB板上大量放置一些多余的接地过孔。
当然,在设计时还需要灵活多变。
前面讨论的过孔模型是每层均有焊盘的情况,也有的时候,我们可以将某些层的焊盘减小甚至去掉。
特别是在过孔密度非常大的情况下,可能会导致在铺铜层形成一个隔断回路的断槽,解决这样的问题除了移动过孔的位置,我们还可以考虑将过孔在该铺铜层的焊盘尺寸减小。
PCB电路设计流程PCB的设计流程分为网表输入、规则设置、元器件布局、布线、检查、复查、输出六个步骤.1. 网表输入网表输入有两种方法,一种是使用PowerLogic的OLE PowerPCB Connection功能,选择Send Netlist,应用OLE功能,可以随时保持原理图和PCB图的一致,尽量减少出错的可能。