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本书是综合电子论坛（www.avrw.com）EDA开发与应用栏目内部交流资料，任何网站和其他媒体不得转载。第八章：制定PCB设计规则PCB设计规则，是指构成PCB图各种部件单位尺寸的强制性制约。Protel99SE共有44项规则，其中，在布线方面有10项规则，与电路板制作有关的设计规则11项，与高频设计有关的设计规则6项，与放置有关的设计规则1项，信号完整性分析13项规则，其它规则3项。这么多的规则，怎么使用和制定？本书主要讲解单面PCB板的绘图方法，并且是手工布线，这样，设计规则需要制定4项，即：安全间距、焊盘过孔大小、走线宽度范围，铺铜规则。PCB设计规则是一个非常复杂的概念，PCB设计规则的制定，直接影响电路板的整体性能。说简单一点，设计和绘制低频低阻的电路，比较容易，设计和绘制高频高阻的电路，就需要有很高的电路基础和实际绘图经验了。低频低阻的电路，是指总线速度1MHz以下，输入输出阻抗在10K左右的电路，像8051单片机就是低频低阻电路，就算使用12M晶振，总线速度难以超过1M，8051单片机仅有接晶振的两个管脚频率很高，实际绘图也简单，10mil以上的安全间距就可以振荡了。还有用各种数字电路构成的控制电路，也属于低频低阻电路。当总线速度达到2M以上的时候，走线的分布电容对信号的波形已经有影响了，当一根走线上的频率达到数百兆的时候，一厘米长度的走线对电路性能都有影响，1本书是综合电子论坛（www.avrw.com）EDA开发与应用栏目内部交流资料，任何网站和其他媒体不得转载。高频电路要求分布电容和寄生电感最小，这就要求安全间距足够大，走线足够短，用贴片元件做高频电路比较容易，贴片元件正好符合高频电路的设计规则，常规的分离元件做高频电路比较困难。本书只介绍单面PCB板手工布线需要制定的4项设计规则的方法，读者掌握这些方面之后，参考其它书籍，就可以设计和绘制更复杂的电路。第一节：制定安全间距和走线宽度设计规则安全间距是指PCB板不同电气连接网络之间的最小距离。走线宽度是指PCB板铜膜走线的实际宽度值。安全间距和走线宽度要根据不同的电路结构制定不同的值，安全间距和走线宽度在通常情况下当然是越大越好，但是，太大的安全间距和走线宽度会造成电路不够紧凑，一般情况下，安全间距和走线宽度的制定范围是10mil-20mil之间，当安全间距和走线宽度低于10mil时，制版精度就很高了，国内普通印制板厂安全间距和走线宽度的最小指标是8mil左右，制版精度很高的印制板厂，可以做到5mil的安全间距和走线宽度，当然，制作成本也随之增高。当安全间距和走线宽度大于等于15mil时，制版精度大大降低，别说是国内任何一家印制板厂可以很容易的制作，手工都可以制作了，这就降低了印制板的制作成本。因此，电路绘图人员在制定安全间距和走线宽度设计规则的时候尽量放宽松一些，既方便印制板2本书是综合电子论坛（www.avrw.com）EDA开发与应用栏目内部交流资料，任何网站和其他媒体不得转载。厂，又方便自己。当不需要太高精度的PCB板，制定出要求很高的设计规则，最大的受害者不是印制板厂，而是自己。下面就介绍不同电路制定安全间距、走线宽度和焊盘大小的方法：1、当走线不经过距离100mil的两个焊盘之间如图8-1-1，在整个电路里，走线不经过距离100mil的两个焊盘之间，这时候的安全间距可以制定为20mil，走线宽度也是20mil，焊盘X/Y：70mil。2、当走线经过距离100mil的两个焊盘之间如图8-1-2，当走线经过距离100mil的两个焊盘之间，这时候的安全间距可以制定为15mil-20mil，走线宽度15mil，焊盘X/Y60mil。注意：这样的设计规则有一定问题，但是，影响不大。就是15mil的走线经过距离100mil的两个焊盘之间，焊盘大小是X/Y60mil，那么，焊盘到线的实际间距50mil-（60mil÷2）-（15mil÷2）=7.5mil。如果因为走线过两个焊3本书是综合电子论坛（www.avrw.com）EDA开发与应用栏目内部交流资料，任何网站和其他媒体不得转载。盘需要制定7.5mil的安全间距，而把整个电路的安全间距设置为7.5mil很不值得，PCB的DRC也会报错，这些局部错误，并不影响全局设计，本书称为“局部允许错误”。为了增加焊盘的机械强度，焊盘可以设置为X90mil/Y60mil，这样的焊盘是椭圆的，如图8-1-3，为了更好地显示焊盘，关闭了丝印顶层。4本书是综合电子论坛（www.avrw.com）EDA开发与应用栏目内部交流资料，任何网站和其他媒体不得转载。3、当只有少数走线经过距离100mil的两个焊盘之间当只有少数走线经过距离100mil的两个焊盘之间时，不能因为局部需要小的安全间距和走线宽度，而把整个电路的安全间距和走线宽度设置得很小，也是非常不值得。如图8-1-4，设计规则制定为，安全间距、走线宽度20mil、焊盘X/Y70mil，只有一根走线过两个焊盘之间，这根走线可设置线宽15mil，两个焊盘X70mil/Y60mil，4、相同项目可以制定不同的设计规则以安全间距为例，在一个PCB图里根据不同的网络、焊盘、元件等等对象，可以设置不同的安全间距。这里以万用表交流电源电路为例，说明相同项目制定不同设计规则的情况，如图8-1-5，电路经过铺铜之后，更能理解安全间距的作用。图8-1-5面积比较小，焊盘上的网络号清晰可见，这个电路的安全间距是20mil，又单独设置了网5本书是综合电子论坛（www.avrw.com）EDA开发与应用栏目内部交流资料，任何网站和其他媒体不得转载。络号为AC1和AC2的两个网络的安全间距为40mil，就是图8-1-5左边的四个焊盘、两根走线的网络，它们的安全间距比其它地方的安全间距大了一倍，因为这两个网络直接接220V交流电，总以为20mil的安全间距有问题，就单独设置为40mil，就放心了。这样的设置八成是心理作用，没有测试过220V交流电在最小安全间距为多少的时候会拉弧，干脆把安全间距设置大一些了事。在需要铺铜的高频电路里，这样的设置是很实用的，当某根线或者某个网络需要最小分布电容的时候，单独加大安全间距就可以实现。另外，对不同的网络设置不同的线宽，在手工布线的时候，线宽会自动改变。图8-1-5在本书配套文件：我的电路设计.ddb/电路图2文件夹里有这个图，读者可以打开参考。铺铜操作，在特殊布线章节里详细介绍。6本书是综合电子论坛（www.avrw.com）EDA开发与应用栏目内部交流资料，任何网站和其他媒体不得转载。第二节：制定焊盘大小和焊盘钻孔大小焊盘大小可以在设计规则对话框里设置，本书主要介绍手工布线，焊盘大小也需要手工设置，如果焊盘太多，是不是一个一个地改？没有必要，可以用批量修改，修改速度很快。有关批量修改，在批量修改的章节里详细介绍。焊盘当然是越大越好，焊盘越大，焊盘的机械强度越强，焊接的元件越牢固。实际上不完全是这样的，焊盘的机械强度主要由敷铜板的质量决定，用质量好的敷铜板制出的PCB板，电烙铁连续焊接一分钟，焊盘也不会脱落，用质量差的敷铜板制出的PCB板，拆一次元件焊盘就掉了。焊盘太大也有缺点，浪费焊锡丝、浪费焊接时间，这可不是什么笑话，小帐不可细算。本章第一节，在介绍制定安全间距和走线宽度的时候，已经涉及到焊盘大小，那些焊盘大小的设置是比较合适的。焊盘的大小实际上是由管脚的直径决定的，在一般情况下，焊盘直径是钻孔直径的2倍到3倍之间是比较合适的。下面就举几个常用元件为例，说明如何设置焊盘大小和钻孔尺寸。1、电阻用电子公英制游标卡尺测量1/8W碳膜电阻的管脚直径为0.55mm/21.5mil，21.5mil×2≈40mil，21.5mil×3≈60mil，这样，1/8W碳膜电阻的焊盘大小可以设置为40mil-60mil，7本书是综合电子论坛（www.avrw.com）EDA开发与应用栏目内部交流资料，任何网站和其他媒体不得转载。由于电阻可以排列为间隔100mil一棵，20mil的安全间距允许焊盘大小为80mil，因此，1/8W碳膜电阻的焊盘大小可以设置为60mil-80mil之间，考虑到电阻体积小，不需要太多的机械强度，60mil-70mil之间就比较合适了。1/8W碳膜电阻的管脚直径为0.55mm，不可能钻孔大小设置为0.55mm，一是可能没有0.55mm规格的钻花，二是要考虑到插元件的方便，印制板厂的数控钻床自动换钻头，那些钻头是以0.1mm为一档，由细到粗，最小的钻花好象是0.3mm，然后是0.4mm、0.5mm、0.6mm……，管脚直径为0.55mm，钻孔尺寸可以设置0.6mm或者0.7mm，0.6mm的钻孔尺寸插元件慢一些，焊元件的时候元件不容易掉，0.7mm的钻孔尺寸插元件快一些，焊元件的时候元件容易掉。手工焊接是在插好元件之后，用一块海棉按住，翻过来焊。2、集成电路插座集成电路插座的管脚是扁的，最大直径是0.62mm/24mil，24mil×2≈50mil，24mil×3≈70mil，集成电路插座的焊盘大小可以设置为50mil-70mil，由于两个集成电路插座的管脚距离是100mil，20mil的安全间距允许焊盘大小为80mil，因此，集成电路插座的焊盘大小可以设置为60mil-80mil之间，钻孔尺寸设置为0.7mm-0.8mm。8本书是综合电子论坛（www.avrw.com）EDA开发与应用栏目内部交流资料，任何网站和其他媒体不得转载。3、78057805的管脚也是扁的，最大直径是0.84mm/33mil，33mil×2≈70mil，33mil×3≈90mil，两个7805的管脚距离是100mil，20mil的安全间距允许焊盘大小为80mil，7805的焊盘大小可以设置为70mil-80mil之间，考虑到7805加散热片体积较大，焊盘大小可以设置为X100mil/Y80mil。钻孔尺寸设置为1mm。4、电解电容1000μ/25V电解电容的管脚比7805的管脚还要小一些，1000μ/25V电解电容两个管脚的距离是200mil，20mil的安全间距允许焊盘大小为190mil，电解电容体积大，焊盘需要一定的机械强度，设置为100mil-150mil之间就比较合适了，钻孔尺寸1mm。本章讲解了不同元件的设计规则制定方法，读者千万不要生搬硬套地去计算，设计规则是非常灵活的，要多参考和观察成品电路板，从成品电路板里悟出一些道理，像电阻、瓷片电容、9014三极管、集成电路插座、小电解电容等元件的管脚直径差异不大，归在一个档次里就可以了，焊盘大小60mil-70mil，钻孔尺寸0.7mm-0.8mm都适合这些元件的管脚。7805、1N4001等元件管脚粗一些，归在大一号的焊盘档次就可以了。简单的PCB图，有三、四个档次的焊盘大小9本书是综合电子论坛（www.avrw.com）EDA开发与应用栏目内部交流资料，任何网站和其他媒体不得转载。和钻孔尺寸就够用了。自己绘制的PCB图一旦做出成品，一定要总结经验和教训，每做一次板，就有一次提高，这样就可以逐步掌握PCB的设计规则。10