基于Protel 99SE環(huán)境下PCB設計規范與技巧

Protel 99 SE是Altium公司最為代表性和普遍性的一款功能強大、深受電路設計者歡迎使用的EDA設計系統軟件。它是將電路原理圖設計、PCB板圖設計、電路仿真和PLD設計等多個(gè)實(shí)用工具軟件組合后構成的EDA工作平臺，為用戶(hù)提供全線(xiàn)的設計解決方案。從最初的項目模塊規劃到最終形成生產(chǎn)數據都可以按照設計者自己的設計方式實(shí)現。

雖然Protel 99SE軟件擁有如此強大的功能。但是光靠一個(gè)功能強大的軟件是不可能設計出一塊性能優(yōu)良、布局合理的PCB板圖的，在整個(gè)PCB板圖的設計過(guò)程中，主要還需要依靠設計者多年設計板圖的經(jīng)驗和一些先進(jìn)的設計規范與設計技巧。本文正是基于Protel 99 SE軟件這個(gè)平臺，根據一些先進(jìn)的設計規范和本人多年的設計經(jīng)驗來(lái)闡述一下PCB板圖在設計過(guò)程中所必須依據一些設計規范和設計技巧，以便初學(xué)者能更快、更好的設計出理想的PCB板圖，提高整個(gè)電路的性能。

根據PCB板圖的設計流程，本文主要從設計前期準備、PCB板圖布局、布線(xiàn)和設計評審四個(gè)方面將進(jìn)行一一闡述。

1 設計前期準備

在PCB板圖設計之前，硬件項目人員必須準備好以下的材料： (1)要準備需要的元件庫。 “工欲善其事，必先利其器”，要做出一塊好的板子，除了要設計好原理圖之外，還要畫(huà)得好。在進(jìn)行PCB設計之前，首先要準備好原理圖SCH的元件庫和PCB的元件庫。元件庫可以用Protel自帶的庫，但一般情況下很難找到合適的，最好是自己根據所選器件的標準尺寸資料自己做元件庫。原則上先做PCB的元件庫，再做SCH的元件庫。PCB的元件庫要求較高，它直接影響板子的安裝。SCH的元件庫要求相對比較松，只要注意定義好管腳屬性和與PCB元件的對應關(guān)系就行; (2)根據準備好原理圖SCH的元件庫，完成原理圖的設計，明確電路的基本原理和各部分的布線(xiàn)要求，然后要經(jīng)過(guò)相關(guān)人員的技術(shù)評審，以確保整個(gè)原理圖方案的正確合理性和可行性; (3)PCB結構圖，應表明外形尺寸、安裝孔大小及定位尺寸、接插件定位尺寸、禁止布線(xiàn)區域等相關(guān)機械尺寸。

2 PCB板圖布局

在整個(gè)PCB板圖設計過(guò)程中，元件布局是極其重要的，元件布局的好壞從根本上就決定了該PCB板圖的設計水平、性能參數和下一步布線(xiàn)的難易程度，在布局之前首先要確定PCB電路板的坐標原點(diǎn)位置，一般以單板左邊和下邊的延長(cháng)線(xiàn)交匯點(diǎn)或單板左下角的第一個(gè)焊盤(pán)為坐標原點(diǎn)。根據多年設計板圖的經(jīng)驗和標準設計規范可知，布局操作的基本原則如下：

(1)根據結構圖設置板框的尺寸，按結構要素布置安裝孔、接插件等需要定位的器件，并給予這些器件鎖定狀態(tài)，然后按工藝設計規范的要求進(jìn)行尺寸標注，并根據布局區域和元件的特殊要求設置禁止布線(xiàn)區。

(2)按照“先大后小，先難后易”的布置原則，即重要的單元電路、核心元器件等應優(yōu)先布局。布局中應參考原理圖的設計原理，根據信號的流向等規律安排主要元器件;

(3)按照均勻分布、重心平衡、版面美觀(guān)的標準優(yōu)化布局，相同結構的電路部分要盡可能采用“對稱(chēng)式”標準布局;

(4)元件布局時(shí)，應適當考慮使用同一種電源的器件盡量放在一起，以便于將來(lái)的電源分割。完成同一功能的電路，應盡量靠近放置，并調整各元器件以保證連線(xiàn)最為簡(jiǎn)潔。同時(shí)，調整各功能塊間的相對位置使功能塊間的連線(xiàn)最簡(jiǎn)短;

(5)對于質(zhì)量大的元器件應考慮安裝位置和安裝強度，除溫度檢測元件以外的溫度敏感元件應遠離發(fā)熱元件放置，必要時(shí)還應考慮熱對流措施。高電壓、大電流信號與小電流、低電壓的弱信號要分開(kāi)，模擬信號與數字信號要分開(kāi)，高頻信號與低頻信號要分開(kāi)，高頻元器件的間隔要充分;

(6)同類(lèi)型插裝元器件在X或Y方向上應朝一個(gè)方向放置，同一種類(lèi)型的有極性分立元件也要力爭在X或Y方向上保持一致，便于生產(chǎn)和檢驗;

(7)每個(gè)集成電路IC最好加一個(gè)去耦電容，IC去耦電容的布局要盡量靠近IC的電源管腳，并使之與電源和地形成的回路最短;

(8)布局完成后應檢查器件封裝的正確性，并且確認單板、背板和接插件的信號對應關(guān)系，經(jīng)確認無(wú)誤后方可開(kāi)始布線(xiàn)。

3 布線(xiàn)

一個(gè)好的布局是重要的，但是一個(gè)好的布局只是為PCB板圖的設計打下了一個(gè)好的基礎，布線(xiàn)是整個(gè)PCB設計中最重要的工序。這將直接影響著(zhù)PCB板的性能好壞。在PCB的設計過(guò)程中，布線(xiàn)一般有這么三種境界的劃分：首先是布通，這時(shí)PCB設計時(shí)的最基本的要求。如果線(xiàn)路都沒(méi)布通，搞得到處是飛線(xiàn)，那將是一塊不合格的板子，可以說(shuō)還沒(méi)入門(mén)。其次是電器性能的滿(mǎn)足。這是衡量一塊印刷電路板是否合格的標準。這是在布通之后，認真調整布線(xiàn)，使其能達到最佳的電器性能。接著(zhù)是美觀(guān)。假如你的布線(xiàn)布通了，也沒(méi)有什么影響電器性能的地方，但是一眼看過(guò)去雜亂無(wú)章的，加上五彩繽紛、花花綠綠的，那就算你的電器性能怎么好，在別人眼里還是垃圾一塊。這樣給測試和維修帶來(lái)極大的不便。布線(xiàn)要整齊劃一，不能縱橫交錯毫無(wú)章法。這些都要在保證電器性能和滿(mǎn)足其他個(gè)別要求的情況下實(shí)現，否則就是舍本逐末了。布線(xiàn)時(shí)主要按以下原則進(jìn)行：

(1)一般情況下，首先應對電源線(xiàn)和地線(xiàn)進(jìn)行布線(xiàn)，以保證電路板的電氣性能。在條件允許的范圍內，盡量加寬電源、地線(xiàn)寬度，最好是地線(xiàn)比電源線(xiàn)寬。還有就是遵守“20H規則”，由于電源層和地層的電場(chǎng)是變化的，在板的邊緣會(huì )向外輻射電磁干擾，稱(chēng)為邊緣效益。這樣我們通過(guò)將電源層內縮，使得電場(chǎng)只在接地層的范圍內傳導，以一個(gè)H(電源和地之間的介質(zhì)厚度)為單位，若內縮20H則可以把70%的電場(chǎng)限制在接地層邊沿內。

(2) PCB設計中應避免產(chǎn)生銳角和直角，盡可能采用45°的折線(xiàn)布線(xiàn)，不可使用90°折線(xiàn)，以減小高頻信號的輻射，要求高的線(xiàn)還要用雙弧線(xiàn)。

(3)器件去耦規則：在PCB板上增加必要的去耦電容，濾波電源上的干擾信號，使電源穩定。在多層板中，對去耦電容的位置一般要求不太高。但對雙層板，去耦電容的布局及電源布線(xiàn)方式等直接影響到整個(gè)系統的穩定性，一般應該使電流先經(jīng)過(guò)濾波電容再供器件使用，同時(shí)還要充分考慮到期間產(chǎn)生的電源噪聲對下游的器件的影響，一般來(lái)誰(shuí)，采用總線(xiàn)結構設計的電源模式;