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PCB三種特殊布線方法分享及如何檢查PCB布線?

發(fā)布時間:2014-01-01 責任編輯:sherryyu

【導讀】手術(shù)很重要,術(shù)后恢復也必不可少!各種PCB布線完成之后,就ok了嗎?很顯然,不是!PCB布線后檢查工作也很必須,那么如何對PCB設計中布線進行檢查,為后來的PCB設計、電路設計鋪好“路”呢?本文會從PCB設計中的各種特性來教你如何完成PCB布線后的檢查工作,做好最后的把關(guān)工作!

在講解PCB布線完成后的檢查工作之前,先為大家介紹三種PCB的特殊走線技巧。將從直角走線,差分走線,蛇形線三個方面來闡述PCB LAYOUT的走線:

一、直角走線(三個方面)

直角走線的對信號的影響就是主要體現(xiàn)在三個方面:一是拐角可以等效為傳輸線上的容性負載,減緩上升時間;二是阻抗不連續(xù)會造成信號的反射;三是直角尖端產(chǎn)生的EMI,到10GHz以上的RF設計領(lǐng)域,這些小小的直角都可能成為高速問題的重點對象。

PCB三種走線方法

二、差分走線(“等長、等距、參考平面”)

何為差分信號(Differential Signal)?通俗地說就是驅(qū)動端發(fā)送兩個等值、反相的信號,接收端通過比較這兩個電壓的差值來判斷邏輯狀態(tài)“0”還是“1”。而承載差分信號的那一對走線就稱為差分走線。差分信號和普通的單端信號走線相比,最明顯的優(yōu)勢體現(xiàn)在以下三方面:

1、抗干擾能力強,因為兩根差分走線之間的耦合很好,當外界存在噪聲干擾時,幾乎是同時被耦合到兩條線上,而接收端關(guān)心的只是兩信號的差值,所以外界的共模噪聲可被完全抵消。

2、能有效抑制EMI,同樣的道理,由于兩根信號的極性相反,他們對外輻射的電磁場可以相互抵消,耦合的越緊密,泄放到外界的電磁能量越少。

3、時序定位精確,由于差分信號的開關(guān)變化是位于兩個信號的交點,而不像普通單端信號依靠高低兩個閾值電壓判斷,因而受工藝,溫度的影響小,能降低時序上的誤差,同時也更適合于低幅度信號的電路。目前流行的LVDS(low voltage differential signaling)就是指這種小振幅差分信號技術(shù)。

三、蛇形線(調(diào)節(jié)延時)

蛇形線是Layout中經(jīng)常使用的一類走線方式。其主要目的就是為了調(diào)節(jié)延時,滿足系統(tǒng)時序設計要求。其中最關(guān)鍵的兩個參數(shù)就是平行耦合長度(Lp)和耦合距離(S),很明顯,信號在蛇形走線上傳輸時,相互平行的線段之間會發(fā)生耦合,呈差模形式,S越小,Lp越大,則耦合程度也越大??赡軙е聜鬏斞訒r減小,以及由于串擾而大大降低信號的質(zhì)量,其機理可以參考對共模和差模串擾的分析。下面是給Layout工程師處理蛇形線時的幾點建議:

1、盡量增加平行線段的距離(S),至少大于3H,H指信號走線到參考平面的距離。通俗的說就是繞大彎走線,只要S足夠大,就幾乎能完全避免相互的耦合效應。

2、減小耦合長度Lp,當兩倍的Lp延時接近或超過信號上升時間時,產(chǎn)生的串擾將達到飽和。

3、帶狀線(Strip-Line)或者埋式微帶線(Embedded Micro-strip)的蛇形線引起的信號傳輸延時小于微帶走線(Micro-strip)。理論上,帶狀線不會因為差模串擾影響傳輸速率。

4、高速以及對時序要求較為嚴格的信號線,盡量不要走蛇形線,尤其不能在小范圍內(nèi)蜿蜒走線。

5、可以經(jīng)常采用任意角度的蛇形走線,能有效的減少相互間的耦合。

6、高速PCB設計中,蛇形線沒有所謂濾波或抗干擾的能力,只可能降低信號質(zhì)量,所以只作時序匹配之用而無其它目的。

7、有時可以考慮螺旋走線的方式進行繞線,仿真表明,其效果要優(yōu)于正常的蛇形走線。
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手術(shù)很重要,術(shù)后恢復也必不可少!講完了PCB布線,那么布完線就完事了嗎?很顯然,不是!PCB布線后檢查工作也很必須,那么如何對PCB設計中布線進行檢查,為后來設計鋪好路呢?請看下文!

通用PCB設計圖檢查項目

1)電路分析了沒有?為了平滑信號電路劃分成基本單元沒有?

2)電路允許采用短的或隔離開的關(guān)鍵引線嗎?

3)必須屏蔽的地方,有效地屏蔽了嗎?

4)充分利用了基本網(wǎng)格圖形沒有?

5)印制電路板的尺寸是否為最佳尺寸?

6)是否盡可能使用選擇的導線寬度和間距?

7)是否采用了優(yōu)選的焊盤尺寸和孔的尺寸?

8)照相底版和簡圖是否合適?

9)使用的跨接線是否最少?跨接線要穿過元件和附件嗎?

l0)裝配后字母看得見嗎?其尺寸和型號正確嗎?

11)為了防止起泡,大面積的銅箔開窗口了沒有?

12)有工具定位孔嗎?

PCB電氣特性檢查項目:

1)是否分析了導線電阻、電感、電容的影響?尤其是對關(guān)鍵的壓降相接地的影析了嗎?

2)導線附件的間距和形狀是否符合絕緣要求?

3)在關(guān)鍵之處是否控制和規(guī)定了絕緣電阻值?

4)是否充分識別了極性?

5)從幾何學的角度衡量了導線間距對泄漏電阻、電壓的影向嗎?

6)改變表面涂覆層的介質(zhì)經(jīng)過鑒定了嗎?

PCB物理特性檢查項目:

1)所有焊盤及其位置是否適合總裝?

2)裝配好的印制電路板是否能滿足沖擊和振功條件?

3)規(guī)定的標準元件的間距是多大?

4)安裝不牢固的元件或較重的部件固定好了嗎?

5)發(fā)熱元件散熱冷卻正確嗎?或者與印制電路板和其它熱敏元件隔離了嗎?

6)分壓器和其它多引線元件定位正確嗎?

7)元件安排和定向便于檢查嗎?

8)是否消除了印制電路板上和整個印制電路板組裝件上的所有可能產(chǎn)生的干擾?

9)定位孔的尺寸是否正確?

10)公差是否完全及合理?

11)控制和簽定過所有涂覆層的物理特性沒有?

12)孔和引線直徑比是否公能接受的范圍內(nèi)?
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PCB機械設計因素:

雖然印制電路板采取機械方法支撐元件,但它不能作為整個設備的結(jié)構(gòu)件來使用。在印制版的邊沿部分,至少每隔5英寸進行一定的文撐。選擇和設計印制電路板必須考慮的因素如下;

1)印制電路板的結(jié)構(gòu)——尺寸和形狀。

2)需要的機械附件和插頭(座)的類型。

3)電路與其它電路及環(huán)境條件的適應性。

4)根據(jù)一些因素,例如受熱和灰塵來考慮垂直或水平安裝印制電路板。

5)需要特別注意的一些環(huán)境因素,例如散熱、通風、沖擊、振動、濕度?;覊m、鹽霧以及輻射線。

6)支撐的程度。

7)保持和固定。

8)容易取下來。

PCB印制電路板的安裝要求:

至少應該在印制電路板三個邊沿邊緣1英寸的范圍內(nèi)支撐。根據(jù)實踐經(jīng)驗,厚度為0.031——0.062英寸的印制電路板支撐點的間距至少應為4英寸;厚度大于0.093英寸的印制電路板,其支撐點的間距至少應為5英寸。采取這一措施可提高印制電路板的剛性,并破壞印制電路板可能出現(xiàn)的諧振。

某種印制電路板通常要在考慮下列因素之后,才能決定它們所采用的安裝技術(shù)。

1)印制電路板的尺寸和形狀。

2)輸入、輸出端接數(shù)。

3)可以利用的設備空間。

4)所希望的裝卸方便性。

5)安裝附件的類型。

6)要求的散熱性。

7)要求的可屏蔽性。

8)電路的類型及與其它電路的相互關(guān)系。

印制電路板的撥出要求:

1)不需要安裝元件的印制電路板面積。

2)插拔工具對兩印制電路板間安裝距離的影響。

3)在印制電路板設計中要專門準備安裝孔和槽。

4)插撥工具要放在設備中使用時,尤其是要考慮它的尺寸。

5)需要一個插拔裝置,通常用鉚釘把它永久性地固定在印制電路板組裝件上。

6)在印制電路板的安裝機架中,要求特殊設計如負載軸承凸緣。

7)所用插拔工具與印制電路板的尺寸、形狀和厚度的適應性。

8)使用插拔工具所涉及的成本,既包括工具的價錢,也包括所增加的支出。

9)為了緊固和使用插拔工具,而要求在一定程度上可進入設備內(nèi)部。

PCB機械方面的考慮:

對印制線路組裝件有重要影響的基材特性是:吸水性、熱膨張系數(shù)、耐熱特性、抗撓曲強度、抗沖擊強度、抗張強度、抗剪強度和硬度。

所有這些特性既影響印制電路板結(jié)構(gòu)的功能,也影響印制電路板結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)率。

對于大多數(shù)應用場合來說,印制線路板的介質(zhì)基襯是下述幾種基材當中的一種:

1)酚醛浸漬紙。

2)丙烯酸—聚酯浸漬無規(guī)則排列的玻璃氈。

3)環(huán)氧浸漬紙。

4)環(huán)氧浸漬玻璃布。

每種基材可以是阻燃的或是可燃的。上述1、2、3是可以沖制的。金屬化孔印制電路板最常用的材料是環(huán)氧—玻璃布,它的尺寸穩(wěn)定性適合

于高密度線路使用,并且能使金屬化孔中產(chǎn)生裂紋的情況最少發(fā)生。

環(huán)氧—玻璃布層壓板的一個缺點是:在印制電路板的常用厚度范圍內(nèi)難以沖制,由于這個原因,所有的孔通常都是鉆出來的,并采用仿型

銑作業(yè)以形成印制電路板的外形。

PCB電氣考慮:

在直流或低頻交流場合中,絕緣基材最重要的電氣特性是:絕緣電阻、抗電孤性和印制導線電阻以及擊穿強度。

而在高頻和微波場合中則是:介電常致、電容、耗散因素。

而在所有應用場合中,印制導線的電流負載能力都是重要的。
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導線圖形:

PCB布線路徑和定位

印制導線在規(guī)定的布線規(guī)則的制約下,應該走元件之間最短的路線。盡可能限制平行導線之間的耦合。良好的設計,要求布線的層數(shù)最少

,在相應于所要求的封裝密度下,也要求采用最寬的導線和最大的焊盤尺寸。因為圓角和平滑的內(nèi)圃角可能會避免可能產(chǎn)生的一些電氣和

機械方面的問題,所以應該避免在導線中出現(xiàn)尖角和急劇的拐角。

PCB寬度和厚度:

剛性印制電路板蝕刻的銅導線的載流量。對于1盎司和2盎司的導線,考慮到蝕刻方法和銅箔厚度的正常變化以及溫差,允許降低標稱值的

10%(以負載電流計);對于涂覆了保護層的印制電路板組裝件(基材厚度小于0.032英寸,銅箔厚度超過3盎司)則元件都降低15%;對于

浸焊過的印制電路板則允許降低30%.

PCB導線間距:

必須確定導線的最小間距,以消除相鄰導線之間的電壓擊穿或飛弧。間距是可變的,它主要取決于下列因素:

1)相鄰導線之間的峰值電壓。

2)大氣壓力(最大工作高度)。

3)所用涂覆層。

4)電容耦合參數(shù)。

關(guān)鍵的阻抗元件或高頻元件一般都放得很靠近,以減小關(guān)鍵的級延遲。變壓器和電感元件應該隔離,以防止耦合;電感性的信號導線應該

成直角地正交布設;由于磁場運動會產(chǎn)生任何電氣噪聲的元件應該隔離,或者進行剛性安裝,以防止過分振動。

PCB導線圖形檢查:

1)導線是否在不犧牲功能的前提下短而直?

2)是否遵守了導線寬度的限制規(guī)定?

3)在導線間、導線和安裝孔間、導線和焊盤間……必須保證的最小導線間距留出來沒有?

4)是否避免了所有導線(包括元件引線)比較靠近的平行布設?

5)導線圖形中是否避免了銳角(90℃或小于90℃)?

PCB設計項目檢查項目列表:

1.檢查原理圖的合理性及正確性;

2.檢查原理圖的元件封裝的正確性;

3.強弱電的間距,隔離區(qū)域的間距;

4.原理圖和PCB圖對應檢查,防止網(wǎng)絡表丟失;

5.元件的封裝和實物是否相符;

6.元件的放置位置是否合適:

A.元件是否便于安裝與拆卸;

B.對溫度敏感元件是否距發(fā)熱元件太近;

C.可產(chǎn)生互感元件距離及方向是否合適;

D.接插件之間的放置是否對應順暢;

E.便于拔插;

F.輸入輸出;

G.強電弱電;

H.數(shù)字模擬是否交錯;

I.上風側(cè)和下風側(cè)元件的安排;

7.具有方向性的元件是否進行了錯誤的翻轉(zhuǎn)而不是旋轉(zhuǎn);

8.元件管腳的安裝孔是否合適,能否便于插入;

9.檢查每一個元件的空腳是否正常,是否為漏線;

10.檢查同一網(wǎng)絡表在上下層布線是否有過孔,焊盤通過孔相連,防止斷線,確保線路的完整性;

11.檢查上下層字符放置是否正確合理,不要放上元件蓋住字符,以便于焊接或維修人員操作;

12.非常重要的上下層線的連接不要僅僅用直插的元件的焊盤連接,最好也用過孔連接;

13.插座中電源和信號線的安排要保證信號的完整性和抗干擾性;

14.注意焊盤和焊孔的比例合適;

15.各插頭盡可能放在PCB板的邊緣且便于操作;

16.查看元件標號是否與元件相符,各元件擺放盡可能朝同一方向且擺放整齊;

17.在不違反設計規(guī)則的情況下,電源和地線應盡可能加粗;

18.一般情況下,上層走橫線,下層走豎線,且倒角不小于90度;

19.PCB上的安裝孔大小和分布是否合適,盡可能減小PCB彎曲應力;

20.注意PCB上元件的高低分布和PCB的形狀和大小,確保方便裝配。

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