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印制电路板图的设计

发布时间:2022-06-09 发布时间:
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PCB的质量和合理性,对整机性能影响很大。因此在PCB的设计过程中,首先应认真仔细地分析电路图,收集了解各元器件的外形尺寸,再依据电子设备的功能、技术指标要求,设计出合理实用的PCB。

(1)设计PCB应考虑的几个问题①应依据放置电路板的空间尺寸、空间形状,来确定电路板的尺寸、形状、层数、块数。以恰好能放置在设备内置空间为宜;元器件的排列顺序应从弱信号到强信号,从高电位到低电位,左为输入,右为输出,上为输入,下为输出,轻在上,重在下。

②应考虑PCB与外接部件的连接关系。外接部件一般包括电位器、开关、指汞灯、指示仪表、插口等。PCB与外接部件的连接一般采用塑料导线或金属隔离线连接。连接方式有两种,一是采取焊接,二是采用插座形式,即在PCB上设计一个插座,将外接部件的引线焊于插头上,插入插座即可。或在设备内的某一空间安装一个插座,将外接部件的引线焊于插座上,而将PCB设计成可插式,插入插座即可,这种插入式PCB要留出充当插口的接触。

③合理安排各种可调元器件的位置,力求做到使用、调整方便,安全、可靠。可调元器件包括:电位器、可变电容、电源开关、波段开关、功能选择开关、按钮及各种接口(例如,信号输入、输出插座、接线柱)等。

④在PCB上安装较大元器件(3 cm2或15 g以上),应加装金属附件固定,固定的方法有焊接固定和螺栓固定两种,目的是提高耐振动、耐冲击的性能;变压器及整流电路应尽量远离放大电路、接收天线等,避免产生交流感应。

⑤印制导线宽度应与传导的电流大小相适应。例如,直流电源线传导电流可达几安培,一般按2~3 mm/A左右加宽线条。直流电源线和地线的宽度,要以减小分布电阻,即减小寄生耦合为依据。必要时,可采取环抱接地的方法,即将印制电路板中的空位和边缘部分的铜箔全部保留作为地线的方法。这样贶加大了地线面积,又增强了屏蔽隔离作用。小电流的印制导线主要是考虑其机械强度,一般取宽度为1~1.5 mm,微型设备线条宽度可在0.5 mm以下。

印制导线间距一般取1.5 mm。间距过小抗电强度下降,分布电容增大(高频电路中表现重),容易造成线间击穿和电路工作不稳定等现象。

另外,线间电位差较高时,要注意绝缘强度,应适当增大线间距离。若信号线与高压线平行,可在增加线间距的基础上,在两线之间增加一条地线,以防止高压对信号的泄露;输出信号印制导线与输入信号线平行时,要防止寄生反馈,防止的办法一般是加宽线间距离,或在输出与输入线间加一根地线(直流电源线也可,因其为交流零电位),可起一定隔离作用。

⑥焊点是印制导线与元器件的相连点,焊点的形状、大小与元器件引线的形状、大小等有关,主要依据频率、受力(取决于元器件质量)、通过的电流以及元器件的安装形式、排列方式、疏密程度来确定。在许可的情况下,焊点处应加大面积,一般取焊点直径为3 mm左右。加大焊点处面积,一方面可以增大焊点接触面,提高焊点质量;另一方面又可防止在焊接时损伤印制板。

⑦同一台电子设备的各块印制电路板,其直流电源线、地线和置零线的引出脚要统一,以便于连线和测试,高压引出脚两侧要留有空脚,电流较大的引出端可几脚并用。

一般将公共地线布置在板的边缘,以便于将印制板安装在机壳上;电源、滤波、控制等直流、低频导线和元器件靠边缘布置;高频导线和元器件,布置在板子中间部位,以藏小它们对地或机壳的分布电容。

⑧印制板上应标注必要的字或符号。例如,在晶体三极管的旁边注上e、b、c,在电源线上标注“+”或“一”以及电压值等。这样便于焊接和装调,要注意所标注的字和符号不要把印制导线和元器件短路。

⑨各元器件及各级之间的连线应尽可能短,在不影响散热的条件下,元器件应尽可能紧凑。设计印制电路时,可以先将元器件按电路信号走向成直线排列在纸上(即排件),并力求电路安排紧凑,元器件密集,以压缩引线长度,这对高频和宽带电路十分重要。然后,用铅笔画线(即排线),排件和排线要兼顾合理性和均匀性。

⑩解决导线交叉是设计印制电路要解决的主要问题。在单层板上解决交叉的方法是依靠板上的空位,印制导线只要穿越空位就可避免导线交叉。当单层板不能解决交叉问题时,可采用多层板,例如可采用双面覆铜板解决。

(2) PCB的设计步骤PCB的设计是依据电路原理图、设备空间尺寸以及元器件的外形尺寸进行的。设计的方法一般有两种:手工设计和计算机辅助设计。计算机辅助设计在电路CAD或Protel课程中,已经学过,这里以手工设计为例,简单介绍PCB的设计步骤。

1)确定电路板确定PCB的主要依据是电路原理图、元器件的外形足寸以及放置电路板的空间尺寸、空间形状,并以此来确定电路板的尺寸、形状、层数、块数。

2)确定信号的走向信号的走向应从左到右,从上到下排列,且尽可能使信号流的方向保持一致。正确地确定信号输入、输出端口的位置。

3)确定元器件的位置确定元器件的位置是PCB设计中一个非常重要的环节。确定原则为:以核心元件为中心(例如,半导体器件或集成电路),优先确定特殊元器件的位置,再次确定较大元器件的位置,最后安排其他元器件的位置,微小元器件可插缝隙放置。

在确定元器件的位置时,应尽量避免可能带来干扰的因素,并采取措施,最大限度地抑制PCB上可能产生的干扰。

4)确定元器件间的连接和布线元器件间的连接是PCB设计中又一个非常重要的环节。元器件间的连接就是PCB设计图上,按原理图的电连形式,用线条将元器件各引脚连接起来,完成电路设计的确定功能。元器件间的连接好坏,将直接对电路,特别是高频和甚高频电路的性能产生明显的影响,从而影响整机的性能质量。

5)确定PCB图及元器件安装图确定PCB图是整个设计过程中,最为关键的一步。在这一步中,要确定:焊点的形状、大小;印制导线的形状、宽度;印制导线之间的间距;测试点的位置;电源线及地线。最后,根据确定的PCB图,确定元器件的安装图。

至此,PCB的设计基本完成,然后就是制作、实验和整理资料,通过实验可以发现问题,改进和优化设计方案,以达到或超过技术要求昀指标。整理资料包括元器件安装图的整理、PCB图的整理、工艺的修整以及相关实验资料的整理。


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