1、第7章電路板新設計基礎Protel DXP課程描述：課程描述： 本章主要介紹印制電路板的基礎知識、印制電路板的布本章主要介紹印制電路板的基礎知識、印制電路板的布局原則和布線原則以及印制電路板的設計流程。局原則和布線原則以及印制電路板的設計流程。 本章的學習是進行印制電路板設計的基礎。作為一個好本章的學習是進行印制電路板設計的基礎。作為一個好的的PCB設計師，應充分了解各種覆銅板、元器件的特性、特設計師，應充分了解各種覆銅板、元器件的特性、特點；并熟練掌握印制電路板的布局原則和布線原則。點；并熟練掌握印制電路板的布局原則和布線原則。 第7章 印制電路板設計基礎Protel DXP 了解印制電路板

2、的概念、種類及作用了解印制電路板的概念、種類及作用 熟悉并初步理解印制電路板的基本組件熟悉并初步理解印制電路板的基本組件 掌握印制電路板的布局、布線原則掌握印制電路板的布局、布線原則 掌握印制電路板設計流程掌握印制電路板設計流程 知識點及技能點Protel DXP所謂印制電路板，也稱印制線路板（所謂印制電路板，也稱印制線路板（Printed Circuit Board，簡稱簡稱PCB）。它是指在絕緣基材上，按預先設計，制成的一）。它是指在絕緣基材上，按預先設計，制成的一定尺寸板，在其上面至少有一個導電圖形或印制元件以及所定尺寸板，在其上面至少有一個導電圖形或印制元件以及所設計好的孔，以實現元器

3、件之間的電氣互連設計好的孔，以實現元器件之間的電氣互連7.1 .1 單層板、雙層板、多層板單層板（單層板（Single-Sided Boards）:單邊布線。單邊布線。雙層板（雙層板（Double-Sided Boards ）：兩面布線。）：兩面布線。多層板（多層板（Multi-Layer Boards ）：頂、底兩個信號層，內）：頂、底兩個信號層，內部電源層，接地層，中間信號層。部電源層，接地層，中間信號層。7.1 電路板設計的基本常識Protel DXP 元件封裝（元件封裝（FootprintFootprint） 元器件的封裝是指實際元器件焊接到電路板時所指示的外觀和焊元器件的封裝是指實際

4、元器件焊接到電路板時所指示的外觀和焊點位置，僅是空間的概念點位置，僅是空間的概念 元器件封裝分為兩大類：針腳式和表面粘著式（元器件封裝分為兩大類：針腳式和表面粘著式（SMDSMD） 元器件封裝的編號：元件類型元器件封裝的編號：元件類型+ +焊點距離（焊點數）焊點距離（焊點數）+ +元件外型尺元件外型尺寸寸 如：如：DIP-16表示雙排插式的元件封裝，兩排各為表示雙排插式的元件封裝，兩排各為8個引腳；個引腳；AXIAL-0.4表示軸狀類元件封裝（如電阻），引腳間距為表示軸狀類元件封裝（如電阻），引腳間距為400mil；RB.2/.4 表示極性電容性元件封裝，引腳間距為表示極性電容性元件封裝，引腳

5、間距為200mil，零件直，零件直徑為徑為400mil。 常用元件的封裝常用元件的封裝電阻：電阻：“AXIAL” 為軸狀包裝方式為軸狀包裝方式，從，從AXIAL-0.3 AXIAL1.0 7.1 .2 元件的封裝類型Protel DXP 常用元件的封裝常用元件的封裝電容：電容：常用的管腳封裝為常用的管腳封裝為RAD（扁平包裝）（扁平包裝）和和RB（筒狀包裝）系列，（筒狀包裝）系列，RAD系列從系列從RAD-0.1到到RAD-0.4，RB系列從系列從 RB5-10.5到到 RB7.6-15。RAD后面的數值表示兩個焊點間的距離。后面的數值表示兩個焊點間的距離。 二極管二極管 三級管三級管 集成電

6、路：集成電路的封裝分為針腳式和表面粘貼式集成電路：集成電路的封裝分為針腳式和表面粘貼式 7.1 .2 元件的封裝類型Protel DXP信號層（信號層（Signal Layer）:放置信號線和電源線。放置信號線和電源線。電源層（電源層（Power LayerPower Layer）和接地層（）和接地層（Ground Ground LayerLayer ）：對信號線進行修正，提供電力。）：對信號線進行修正，提供電力。絲印層（絲印層（Silk screen LayerSilk screen Layer）：注釋信息。）：注釋信息。7.1 .3 電路板的各層Protel DXP焊盤（焊盤（Pad）:放

7、置焊錫，焊接元件。放置焊錫，焊接元件。過孔（過孔（ViaVia）：連同）：連同3 3各層之間的線路。各層之間的線路。 通孔（通孔（Through viaThrough via）：從頂層貫穿到底層。）：從頂層貫穿到底層。 盲孔盲孔(Blind via)(Blind via)：從頂層到內層或從內層到：從頂層到內層或從內層到 底層。底層。 埋孔（埋孔（Buried viaBuried via）：內層到內層。）：內層到內層。 金手指（金手指（edge connectoredge connector）：連接）：連接PCBPCB。7.1 .4 焊盤、過孔、金手指Protel DXP助焊膜助焊膜:幫助焊錫。

8、涂于焊盤上。幫助焊錫。涂于焊盤上。阻焊膜阻焊膜：阻止焊錫。涂于焊盤以外。：阻止焊錫。涂于焊盤以外。7.1 .5 助焊膜和阻焊膜7.1 .6 銅膜導線與飛線銅膜導線也稱印制導線或銅膜走線，用于連接各個焊盤和銅膜導線也稱印制導線或銅膜走線，用于連接各個焊盤和過孔，完成電氣連接，是有寬度、有位置方向（起點和終點）過孔，完成電氣連接，是有寬度、有位置方向（起點和終點）和有形狀（直線或弧線）的線條。和有形狀（直線或弧線）的線條。 銅膜飛線：電路板制成后，遺漏的布線，寧外連接稱為飛銅膜飛線：電路板制成后，遺漏的布線，寧外連接稱為飛線，也稱跳線。線，也稱跳線。Protel DXP網絡狀填充區網絡狀填充區:網

9、絡狀銅箔。電氣上較高的抑制網絡狀銅箔。電氣上較高的抑制高頻干擾，用于大面積填充，如屏蔽區、分割區，高頻干擾，用于大面積填充，如屏蔽區、分割區，大電流的電源線。大電流的電源線。填充區填充區：完整銅箔。用于線端部或轉折區。：完整銅箔。用于線端部或轉折區。7.1 .7 填充區Protel DXP7.2.1 確定確定PCB的尺寸與形狀的尺寸與形狀要進行電路板的設計，首先需要規劃電路板的大小以及確定電路要進行電路板的設計，首先需要規劃電路板的大小以及確定電路板的層數。板的層數。電路板尺寸應合理（恰能放入機殼為宜）。電路板尺寸應合理（恰能放入機殼為宜）。太大：印制線路加長，阻抗增加，成本增加，抗噪能力下降

10、；太大：印制線路加長，阻抗增加，成本增加，抗噪能力下降；太小：鄰線干擾大，不易散熱；太小：鄰線干擾大，不易散熱；在滿足電氣功能要求的前提下，應盡可能選用層數較在滿足電氣功能要求的前提下，應盡可能選用層數較少的電路板少的電路板。電路板最佳形狀為矩形，長寬比為電路板最佳形狀為矩形，長寬比為3：2或或4：3.面積大于面積大于200mm150mm,要考慮承受的機械強度。要考慮承受的機械強度。7.2 電路板設計的基本原則Protel DXPA、元件排列一般性原則、元件排列一般性原則（1）為便于自動焊接，每邊要留出）為便于自動焊接，每邊要留出3.5mm的傳送邊。的傳送邊。（2）在通常情況下，所有的元器件均

11、應布置在印制板的頂層上。）在通常情況下，所有的元器件均應布置在印制板的頂層上。（3）元器件在整個板面上應緊湊的分布，盡量縮短元件間的布線）元器件在整個板面上應緊湊的分布，盡量縮短元件間的布線長度。長度。（4）首先放置與機箱結構有關的元件，便于固定。）首先放置與機箱結構有關的元件，便于固定。（5）將可調元件布置在易調節的位置。）將可調元件布置在易調節的位置。（6）某些元器件或導線之間可能存在較高的電位差，應加大它們）某些元器件或導線之間可能存在較高的電位差，應加大它們之間的距離，以免放電擊穿引起意外短路。之間的距離，以免放電擊穿引起意外短路。（7）高頻元件縮短連線，易受干擾元件相互遠離，盡量遠離

12、輸入）高頻元件縮短連線，易受干擾元件相互遠離，盡量遠離輸入和輸出元件。和輸出元件。（8）帶高壓的元器件應盡量布置在調試時手不易觸及的地方。）帶高壓的元器件應盡量布置在調試時手不易觸及的地方。（9）在保證電氣性能的前提下，元器件在整個板面上應均勻、整）在保證電氣性能的前提下，元器件在整個板面上應均勻、整齊排列，疏密一致，以求美觀。齊排列，疏密一致，以求美觀。 7.2.2 PCB元件布局及散熱元件布局及散熱Protel DXPB、元件排列其他原則、元件排列其他原則（1）信號流向布局原則）信號流向布局原則 保持信號方向一致。保持信號方向一致。（2）抑制熱干擾原則）抑制熱干擾原則自由對流空氣冷卻設備，

13、元件縱向排列；強制空氣冷卻設備，元自由對流空氣冷卻設備，元件縱向排列；強制空氣冷卻設備，元件橫向排列。件橫向排列。發熱小或耐熱性差的元件排在冷氣流上游；發熱量大或耐熱性好發熱小或耐熱性差的元件排在冷氣流上游；發熱量大或耐熱性好的元件排在冷氣流下游。的元件排在冷氣流下游。大功率元件盡量放在大功率元件盡量放在PCB版的左右兩邊或上方。版的左右兩邊或上方。熱敏元件放在溫度最低的區域，可以添加散熱片。熱敏元件放在溫度最低的區域，可以添加散熱片。合理安排元件，便于空氣流動，有利于散熱。合理安排元件，便于空氣流動，有利于散熱。（3）抑制電磁干擾原則。）抑制電磁干擾原則。元件按高頻、中頻、低頻排列。元件按高

14、頻、中頻、低頻排列。（4）提高機械強度原則）提高機械強度原則 7.2.2 PCB元件布局及散熱元件布局及散熱Protel DXP布線和布局是密切相關的兩項工作，布局的好壞直接影響著布線布線和布局是密切相關的兩項工作，布局的好壞直接影響著布線的布通率。布線受布局、板層、電路結構和電性能要求等多種因的布通率。布線受布局、板層、電路結構和電性能要求等多種因素影響，布線結果又直接影響電路板性能。進行布線時只有綜合素影響，布線結果又直接影響電路板性能。進行布線時只有綜合考慮各種因素，才能設計出高質量的印制線路板。考慮各種因素，才能設計出高質量的印制線路板。 A、印制電路板布線的一般原則、印制電路板布線的

15、一般原則（1）導線盡可能短，避免長距離平行走線。）導線盡可能短，避免長距離平行走線。（2）輸入和輸出線應盡量避免相鄰平行，不能避免時，應加大二）輸入和輸出線應盡量避免相鄰平行，不能避免時，應加大二者間距或在二者中間添加地線，以免發生反饋耦合。者間距或在二者中間添加地線，以免發生反饋耦合。（3）同方向信號線應盡量減小平行走線距離。）同方向信號線應盡量減小平行走線距離。（4）印制電路板相鄰兩個信號層的導線應互相垂直、斜交或彎曲）印制電路板相鄰兩個信號層的導線應互相垂直、斜交或彎曲走線，應避免平行，以減少寄生耦合。走線，應避免平行，以減少寄生耦合。（5）印制導線的寬度盡量一致，有利于阻抗匹配。）印制

16、導線的寬度盡量一致，有利于阻抗匹配。7.2.3 PCB布線原則布線原則Protel DXP（6）印制導線的拐彎一般選擇）印制導線的拐彎一般選擇45斜角，或采用圓弧拐角。斜角，或采用圓弧拐角。直角和銳角在高頻電路和布線密度高的情況下會影響電氣性直角和銳角在高頻電路和布線密度高的情況下會影響電氣性能。能。（7）印制導線的最小寬度主要由導線與絕緣基扳間的粘附）印制導線的最小寬度主要由導線與絕緣基扳間的粘附強度和流過它們的電流值決定。分離元件，一般取強度和流過它們的電流值決定。分離元件，一般取0.45mm（18mil）；集成電路，線寬在）；集成電路，線寬在0.21.0mm之間，一般可取之間，一般可取0

17、.25(10mil)；強電流線，使用；強電流線，使用0.45mm線寬。線寬。（8）印制導線的間距主要由最壞情況下的線間絕緣電阻和）印制導線的間距主要由最壞情況下的線間絕緣電阻和擊穿電壓決定。集成電路和數字電路，最小間距可取擊穿電壓決定。集成電路和數字電路，最小間距可取10mil（0.25mm）（9）信號線高、低電平懸殊時，還要加大導線的間距；在）信號線高、低電平懸殊時，還要加大導線的間距；在布線密度比較低時，可加粗導線，信號線的間距也可適當加布線密度比較低時，可加粗導線，信號線的間距也可適當加大。大。（10）印制導線如果需要進行屏蔽，在要求不高時，可采用）印制導線如果需要進行屏蔽，在要求不高時

18、，可采用印制屏蔽線，即包地處理。印制屏蔽線，即包地處理。7.2.3 PCB布線原則布線原則Protel DXPB、印制電路板布線的其他原則、印制電路板布線的其他原則（1）電源、地線的布設）電源、地線的布設低頻電路（小于低頻電路（小于1MHz），采用單點接地；中頻電路），采用單點接地；中頻電路（110MHz）采用多點接地或單點接地（地線長度小于波）采用多點接地或單點接地（地線長度小于波長的長的1/20）；高頻電路（大于）；高頻電路（大于10MHz），采用多點接地。），采用多點接地。盡量加粗地線并大面積敷銅。盡量加粗地線并大面積敷銅。公共地線盡量布置在公共地線盡量布置在PCB板的邊緣。板的邊緣。（

19、2）數字電路和模擬電路的布線）數字電路和模擬電路的布線 數字電路和模擬電路盡量分開，二者的地線也要分開。數字電路和模擬電路盡量分開，二者的地線也要分開。數字電路中將地線做成閉合環路可以明顯提高抗噪能力。數字電路中將地線做成閉合環路可以明顯提高抗噪能力。7.2.3 PCB布線原則布線原則Protel DXP為避免電源電磁干擾，為避免電源電磁干擾，PCB電磁兼容設計的常規做法之一是電磁兼容設計的常規做法之一是在印制板的各個關鍵部位配置適當的去耦電容。去耦電容的在印制板的各個關鍵部位配置適當的去耦電容。去耦電容的一般配置原則是：一般配置原則是：（1）電源輸入端跨接）電源輸入端跨接10100uF的電解

20、電容器。的電解電容器。（2） 原則上每個集成電路芯片都應布置一個原則上每個集成電路芯片都應布置一個0.01pF的瓷片的瓷片電容。電容。（3）對于抗噪能力弱、關斷時電源變化大的元件，在芯片）對于抗噪能力弱、關斷時電源變化大的元件，在芯片的電源線和地線之間接入去耦電容。的電源線和地線之間接入去耦電容。（4）去耦電容引線不能太長，尤其是高頻旁路電容不能有）去耦電容引線不能太長，尤其是高頻旁路電容不能有引線。引線。 7.2.4 去耦電容的配置去耦電容的配置Protel DXP過孔處理的一般原則是：過孔處理的一般原則是：（1）過孔直徑的確定與載流量大小及加工工藝有關）過孔直徑的確定與載流量大小及加工工藝

21、有關 ，一般，一般電路中，過孔的鉆孔直徑設置為電路中，過孔的鉆孔直徑設置為40mil（1mm），焊盤直徑），焊盤直徑22mil（0.56mm）。多層板，使用）。多層板，使用10/20mil(鉆孔鉆孔/焊盤焊盤)的的過孔。過孔。（2）布線設計時應盡量減少過孔數量）布線設計時應盡量減少過孔數量 。處理好過孔與周邊。處理好過孔與周邊導線、元件焊盤的間隙。導線、元件焊盤的間隙。（3）載流量越大，過孔直徑越大）載流量越大，過孔直徑越大 。7.2.5 過孔的應用過孔的應用Protel DXP焊盤尺寸：焊盤尺寸：（1）分離元件和插件大多采用圓形焊盤，直徑）分離元件和插件大多采用圓形焊盤，直徑62mil（1.

22、55mm），內孔直徑），內孔直徑32mil（0.8mm）；）；DIP或或PGA封封裝的集成元件，裝的集成元件，圓形焊盤直徑圓形焊盤直徑50mil（1.25mm），內孔直徑），內孔直徑32mil（0.8mm）；）；（2）扁平封裝的元件采用矩形焊盤，內徑為）扁平封裝的元件采用矩形焊盤，內徑為0，長約為，長約為86.614mil（2.2mm），寬約為），寬約為23.622mil（0.6mm）。）。（3）一般元件的引腳直徑加）一般元件的引腳直徑加0.3mm可作為內孔直徑，且內可作為內孔直徑，且內孔直徑大于等于孔直徑大于等于0.6mm 。補淚滴處理補淚滴處理與焊盤連接的走線較細時，焊盤與走線間的連接設計

23、為水滴與焊盤連接的走線較細時，焊盤與走線間的連接設計為水滴狀。狀。7.2.6 焊盤形狀大小與補淚滴處理焊盤形狀大小與補淚滴處理Protel DXP大面積敷銅主要有兩種作用：大面積敷銅主要有兩種作用：一種是用于屏蔽來減小外界干擾。一種是用于屏蔽來減小外界干擾。一種作用是利于散熱。一種作用是利于散熱。一般大面積敷銅設計成網狀。一般大面積敷銅設計成網狀。 7.2.7 大面積敷銅大面積敷銅Protel DXP按基板材料劃分：剛性印制電路板、柔性印制電路板、剛按基板材料劃分：剛性印制電路板、柔性印制電路板、剛-柔性印柔性印制電路板。制電路板。（1）剛性印制電路板：是以剛性基材制成的印制板。）剛性印制電路

24、板：是以剛性基材制成的印制板。酚醛紙質層壓板。酚醛紙質層壓板。環氧紙質層壓板。環氧紙質層壓板。 聚酯玻璃氈層壓板。聚酯玻璃氈層壓板。 環氧玻璃布層壓板。環氧玻璃布層壓板。（2）柔性印制電路板（軟印制板）：是以軟性絕緣材料為基材的）柔性印制電路板（軟印制板）：是以軟性絕緣材料為基材的印制板，可以折疊、彎曲和卷繞。印制板，可以折疊、彎曲和卷繞。具體材料有：具體材料有： 聚酯薄膜、聚酰亞胺薄膜、氟化乙丙烯薄膜。聚酯薄膜、聚酰亞胺薄膜、氟化乙丙烯薄膜。（3）剛）剛-柔性印制電路板：利用柔性基材，并在不同區域與剛性柔性印制電路板：利用柔性基材，并在不同區域與剛性基材結合制成的印制板，主要用于印制電路的接口部分。剛基材結合制成的印制板，主要用于印制電路的接口部分。剛-柔性印制電路板以下有柔性印制電路板以下有5種類型：種類型： 1型板：有增強層的柔性單面印制電路板。型板：有增強層的柔性單面印