7PCB板设计进阶制作洗衣机控制电路PCB板

电路板设计及仿真第七章PCB板设计进阶——制作洗衣机控制电路PCB设计规则PCB设计的高级技巧128.1PCB设计规则PCB设计规则给PCB的布局、布线等过程提供了设计依据，合理地设置设计规则会提高布线的质量与布通率。执行“Design/Rules”菜单命令，进入设计规则设置界面。Protel99SE的PCB共有六种设计规则，相应有六个设计规则选择标签，分别用来给不同的设计过程设置PCB规则。六种设计规则的界面基本相同。8.1.1概述设计规则选择标签每种设计规则的具体分类当前选中规则当前选中规则解释当前规则文字解释当前规则图示已定义规则添加新规则删除规则规则分类编辑规则点击不同的设计规则选择标签，进入相应的设计规则设置界面。在每种设计规则下，又分了多类具体的详细规则，双击选定的具体设计规则或单击“Add…”按钮，进入详细规则的设置界面。设计规则设置界面编辑规则规则应用范围规则名称规则属性值规则最大值规则最小值规则默认值8.1.2PCB设计规则1.布线规则(Routing)布线规则给PCB自动布线器提供了布线时的参考依据，PCB自动布线器根据这些参数进行布线。共有十类自动布线规则。点击布线规则选择标签，进入布线规则设置界面。默认的当前选中规则为安全间距规则。布线设计规则界面共有十类布线设计规则当前选中将要设置的规则给当前选中的规则添加新规则设定同一工作层面上两种（两个）图元之间的最小距离，可以对整个电路板设置一个安全间距，也可以分别对不同的图元间设置不同的安全间距。安全间距规则（ClearanceConstraint）一般PCB板的安全间距可设为8mil～10mil，较稀疏的PCB板可以设置12mil以上。目前4mil以下的安全间距对生产来说是难以实现的。单击“Add…”按钮或双击该选项，进入安全间距设置界面。安全间距规则设置界面图元A的选取范围图元B的选取范围图元A、Ｂ间的最小间距应用规则的网络规则名称根据PCB的设计要求，可以对不同的图元，设定不同的安全间距值。如可以设置顶层导线和元件之间的安全间距为50mil，之后再通过添加规则设置底层所有图元的安全间距为20mil用于设置布线时导线的拐角形状和拐角尺寸。有3种拐角模式，通过“Style”下拉菜单选择：“90Degrees”（90°角）、“45Degrees”（45°角）和“Rounded”（圆角）。单击“Add…”按钮或双击该项进入设置界面拐角模式规则（RoutingCorners）拐角模式规则设置界面拐角模式规则的范围选取拐角角度圆角或45°角的角度缩进值范围设置过孔外径和内径的最小值、最大值及首选值。其中首选值最重要，该值要在最大值、最小值之间。过孔类型规则（RoutingViaStyle）一般信号过孔的内外径通常分别为16mil和30mil，电源和地的过孔内外径稍大些，通常分别为28mil和50mil。过孔的内径最小不能小于8mil。过孔类型规则设置界面外径取值范围内孔径取值范围布线宽度规则（WidthConstraint）设置布线时导线的最大宽度和最小宽度允许值。最小值和最大值用于在线电气规则检查（DRC）过程。而首选值用于手工布线和自动布线过程。设置界面和前面的界面基本相同。不再展示。一般电源线的线宽取20mil～50mil，地线取20mil～80mil，而整个板（优先级最低）的线宽一般取8mil～13mil，最小可以是4mil～6mil。布线设计规则“Routing”中，布线工作层面“RoutingLayers”是必须设置的，安全间距“ClearanceConstraint”和布线宽度“WidthConstraint”必须至少有一项是设置的。小节:2．制造设计规则（Manufacturing）设置与电路板制作有关的规则，共有11类制造设计规则。界面构成与布线设计规则相同，各类规则的编辑和应用范围的设置方法也与布线设计规则类似。点击“Manufacturing”选择标签，进入制造设计规则设置界面。默认的当前选中规则为锐角限制规则。制造设计规则界面共有十一类制造设计规则当前选中将要设置的规则给当前选中的规则添加新规则双击“AcuteAngleConstraint”选项或单击“Add…”按钮，进入锐角限制规则设置界面。锐角限制规则（AcuteAngleConstraint）设定导线间夹角的最小值，如果导线间夹角过小，可能导致拐角尖端过度蚀刻的现象发生。所以导线尽可能拐大于90°的角，不采用直角和锐角。锐角限制规则设置界面双击“HoleSizeConstraint”选项或单击“Add…”按钮，进入孔径尺寸规则设置界面。孔径尺寸限制规则（HoleSizeConstraint）设置孔径尺寸的范围。用绝对值来表示，也可以用百分比来表示。过孔的形状只有圆形一种。孔径尺寸限制规则设置界面绝对值或百分比选择孔径尺寸最小值孔径尺寸最大值过孔的孔径不能太大，最大尺寸不能超过PCB厚的三分之一，一般要比实际元器件孔的孔径小。孔径过小会带来成本的增加，而且由于工艺限制孔径也不能无限制的小。建议采用设计规则中给出的标称孔径和最小孔径作为过孔的选定值（内径28mil，外径50mil）。目前最小到8mil。敷铜与焊盘连接类型规则（PolygonConnectStyle）设定敷铜与焊盘的连接方式。有3种连接方式：（１）辐射状连接（Reliefconnect）：一般有利于元件散热，但成本高。（２）直接连接（directconnect）：成本低，在小功率电路板中使用。（3）不连接（noconnect）。双击该项进入设置界面。敷铜与焊盘连接类型规则设置界面选择连接类型3．元件布局规则设置设置与元件自动布局相关的一些设计规则。共有5类设计规则。点击“Placement”选择标签，进入元件布局规则设置界面。默认的当前选中规则为元件间距限制规则。设定元件之间的最小间距和间距的计算方法。元件间距限制规则（ComponentClearanceConstraint）双击该选项或单击“Add…”按钮，进入元件间距限制规则设置界面。元件间距限制规则设置界面选定范围Ａ选定范围B范围Ａ、Ｂ间的间距间距的计算方式PCB上不同元件相邻的焊盘之间的最小间距不应低于50mil。当采用自动插件和焊接元件时，间距可取50mil～100mil。手工插件和焊接元件时，间距可大些，取100mil～150mil。其它规则设置界面当前默认规则8.1.3设计规则检查Protel99SE提供的设计规则检查功能可以对相关阶段的设计规则进行检查。执行“Tool/DesignRuleCheck”菜单命令，进入设计规则检查界面。共有两个则标签：批次检查标签“Report”、在线规则检查标签“On-line”。批次检查表示启动一次检查一次，并产生报告文件。在线规则检查表示在设计过程中后台实时检查设计情况。两个标签项的界面相似。设计规则检查界面批次检查标签在线检查布线规则检查项选择区制造规则选择区高频电路规则区信号完整性分析选择区元件布局规则区产生报告文件高亮显示违规对象连同子网一齐检查有xx个违规停止检查对内部电源报警启动批次检查功能设计规则选项区域分别对5类设计规则的检查项进行选择，选中某项表示要对该项进行设计规则检查，如果在设计规则中没有对相应的项进行设置，则以灰色显示，表示不能对它进行检查。单击“RunDRC”按钮启动批次设计规则检查功能，并产生检查报告。执行“Tool/Preference”菜单命令，单击“Option”选项卡，选中“OnlineDRC”选项表示在线设计规则检查生效。1．手工交互布线对一些有特殊要求的信号往往要先进行手工布线，如易受干扰的信号导线、一些承载大电流的电源线和地线、时钟信号线等，并将这些已布通的导线锁定。再对其余的信号进行自动布线。手工交互布线常用的方法有对指定网络布线、对指定元件布线和对指定区域布线。8.2.1布线8.2PCB设计的高级技巧2．自动布线在自动布线前，应先锁定已经布通的导线。执行“AutoRoute/All”菜单命令，进入自动布线界面，先选中“Pre-routes”栏的“LockAllPre-routes”项，再单击“RouteAll”，可保护预布线，并完成PCB的布线。执行“Tools/Un-route/Net”菜单命令，删除已布好的某个网络，再在这个网络重新手工布线。执行“Tools/Un-route/Connection”菜单命令，删除两个焊盘之间的导线，再在这两个焊盘之间重新手工布线。3．手工调整1．敷铜“敷铜”就是在电路板上没有布线的地方铺设铜膜。往往将敷铜与地线或电源线连接起来，以提高PCB的抗干扰能力，改善散热条件。执行“Place/PolygonPlane”菜单命令，进入放置敷铜界面。8.2.2敷铜、包地、补泪滴、修改连线关系敷铜界面选择敷铜连接的网络敷铜方式敷铜栅格敷铜线宽敷铜层锁定敷铜敷铜包围焊盘的方式最短敷铜线Protel99SE软件提供了包线（外围线）命令，可以将导线和焊盘用铜膜线包围起来，起到屏蔽的作用。使用时常常将包围线接地，所以习惯上称这种做法为“包地”。执行“Edit/Select/Net”菜单命令，将出现的选择鼠标指针指向需要的网络，单击鼠标左键选择该网络。执行“Tools/OutlineSelectedObjects”菜单命令，完成包线操作。2．包地完成包线图如果要将包线接地，必须选中整个包线，即要选中包线的圆弧部分，进行一次整体修改，使其网络连接为接地，也要选中包线的直线部分，进行一次整体修改，使其网络连接也为接地。再用导线将包线连接到地线上。进行包地操作要注意选取网络时不能使用“Edit/Select/PhysicalConnection”命令，否则会产生不正确的结果。删除包地线时要执行：“Edit/Select/ConnectedCopper”菜单命令选中包线，再按快捷键“Ctrl+Delete”删除包线。钻孔时，应力易集中在导线与焊盘的连接处而使接触处断裂。为了防止这种应力，将过渡区域设计为泪滴形状，称为补泪滴。执行“Edit/Select/Net”菜单命令。选择需要补泪滴的网络，再执行“Tools/Teardrops”菜单命令，进入补泪滴界面。3．补泪滴补泪滴设置界面补泪滴范围包括通孔也补泪滴补泪滴操作泪滴的形状补泪滴在PCB编辑器中，双击需要修改连接关系的元件引脚，进入焊盘属性对话框，在对话框的“Advanced”选项卡的“Net”下拉菜单显示PCB中的所有网络，选择新的网络名即可。4．修改元件引脚的连接关系元件属性对话框图焊盘属性对话框补充1.PCB的布局设计(1)PCB的大小要合适，PCB的尺寸要根据电路实际情况合理设计。(2)PCB的整体布局·PCB的整体布局应按照信号流程安排各个功能电路单元的位置,使整体布局便于信号流通,而且使信号保持一致方向。·各功能单元电路的布局应以主要元件为中心,来围绕这个中心进行布局。(3)特殊元件的位置特殊布局·过重元件应设计固定支架的位置,并注意各部分平衡。·机内可调元件要靠PCB的边沿布局,以便于调节;机外可调元件、接插件和开关件要和外壳一起设计布局。·发热元件的要远离热敏元件,并设计好散热的方式。·PCB的定位孔和固定支架的位置与外壳要一致。1.PCB的布局设计(4)元件的布局规则·各元件布局应均匀、整齐、紧凑,尽量减小和缩短各元件之间的引线和连接。特别是缩短高频元器件之间的连线,减小它们之间的分布参数和相互之间的电磁干扰。·电位差较大的元器件要远离,防止意外放电。1.PCB的布局设计2.PCB的布线设计(1)一般来说若铜箔厚度为0.05,线宽为1mm～115mm的导线大致可通过2A电流数字电路或集成电路线宽大约为0.12mm～0.13mm。(2)导线之间最小宽度。对环氧树脂基板线间宽度可小一些,数字电路和IC的导线间距一般可取到0.15mm～0.18mm。1.PCB的布局设计(3)对数字信号和高频模拟信号由于其中存在谐波,故印制导线拐弯处不要设计成直角或锐角。(4)输出