如何繪製多層PCB

時間 2021-09-09 02:48:17

1樓:匿名使用者

確定了電路板的層數後,接下來的工作便是合理地排列各層電路的放置順序。在這一步驟中,需要考慮的因素主要有以下兩點。(1)特殊訊號層的分布。

(2)電源層和地層的分布。如果電路板的層數越多,特殊訊號層、地層和電源層的排列組合的種類也就越多,如何來確定哪種組合方式最優也越困難,但總的原則有以下幾條。(1)訊號層應該與乙個內電層相鄰(內部電源/地層),利用內電層的大銅膜來為訊號層提供遮蔽。

(2)內部電源層和地層之間應該緊密耦合,也就是說,內部電源層和地層之間的介質厚度應該取較小的值,以提高電源層和地層之間的電容,增大諧振頻率。內部電源層和地層之間的介質厚度可以在protel的layer stack manager(層堆疊管理器)中進行設定。選擇【design】/【layerstackmanager…】命令,系統彈出層堆疊管理器對話方塊,用滑鼠雙擊prepreg文字,彈出如圖11-1所示對話方塊,可在該對話方塊的thickness選項中改變絕緣層的厚度。

如果電源和地線之間的電位差不大的話,可以採用較小的絕緣層厚度,例如5mil(0.127mm)。(3)電路中的高速訊號傳輸層應該是訊號中間層,並且夾在兩個內電層之間。

這樣兩個內電層的銅膜可以為高速訊號傳輸提供電磁遮蔽,同時也能有效地將高速訊號的輻射限制在兩個內電層之間,不對外造成干擾。(4)避免兩個訊號層直接相鄰。相鄰的訊號層之間容易引入串擾,從而導致電路功能失效。

在兩訊號層之間加入地平面可以有效地避免串擾。(5)多個接地的內電層可以有效地降低接地阻抗。例如,a訊號層和b訊號層採用各自單獨的地平面,可以有效地降低共模干擾。

(6)兼顧層結構的對稱性。1.1.

2 常用的層疊結構下面通過4層板的例子來說明如何優選各種層疊結構的排列組合方式。對於常用的4層板來說,有以下幾種層疊方式(從頂層到底層)。(1)siganl_1(top),gnd(inner_1),power(inner_2),siganl_2(bottom)。

(2)siganl_1(top),power(inner_1),gnd(inner_2),siganl_2(bottom)。(3)power(top),siganl_1(inner_1),gnd(inner_2),siganl_2(bottom)。顯然,方案3電源層和地層缺乏有效的耦合,不應該被採用。

那麼方案1和方案2應該如何進行選擇呢?一般情況下,設計人員都會選擇方案1作為4層板的結構。原因並非方案2不可被採用,而是一般的pcb板都只在頂層放置元器件,所以採用方案1較為妥當。

但是當在頂層和底層都需要放置元器件,而且內部電源層和地層之間的介質厚度較大,耦合不佳時,就需要考慮哪一層布置的訊號線較少。對於方案1而言,底層的訊號線較少,可以採用大面積的銅膜來與power層耦合;反之,如果元器件主要布置在底層,則應該選用方案2來製板。如果採用如圖11-1所示的層疊結構,那麼電源層和地線層本身就已經耦合,考慮對稱性的要求,一般採用方案1。

在完成4層板的層疊結構分析後,下面通過乙個6層板組合方式的例子來說明6層板層疊結構的排列組合方式和優選方法。(1)siganl_1(top),gnd(inner_1),siganl_2(inner_2),siganl_3(inner_3),power(in)。方案1採用了4層訊號層和2層內部電源/接地層,具有較多的訊號層,有利於元器件之間的佈線工作,但是該方案的缺陷也較為明顯,表現為以下兩方面。

層數的選擇和疊加原則確定多層pcb板的層疊結構需要考慮較多的因素。從佈線方面來說,層數越多越利於佈線,但是製板成本和難度也會隨之增加。對於生產廠家來說,層疊結構對稱與否是pcb板製造時需要關注的焦點,所以層數的選擇需要考慮各方面的需求,以達到最佳的平衡。

對於有經驗的設計人員來說,在完成元器件的預布局後,會對pcb的佈線瓶頸處進行重點分析。結合其他eda工具分析電路板的佈線密度;再綜合有特殊佈線要求的訊號線如差分線、敏感訊號線等的數量和種類來確定訊號層的層數;然後根據電源的種類、隔離和抗干擾的要求來確定內電層的數目。這樣,整個電路板的板層數目就基本確定了。

確定了電路板的層數後,接下來的工作便是合理地排列各層電路的放置順序。在這一步驟中,需要考慮的因素主要有以下兩點。(1)特殊訊號層的分布。

(2)電源層和地層的分布。如果電路板的層數越多,特殊訊號層、地層和電源層的排列組合的種類也就越多,如何來確定哪種組合方式最優也越困難,但總的原則有以下幾條。(1)訊號層應該與乙個內電層相鄰(內部電源/地層),利用內電層的大銅膜來為訊號層提供遮蔽。

(2)內部電源層和地層之間應該緊密耦合,也就是說,內部電源層和地層之間的介質厚度應該取較小的值,以提高電源層和地層之間的電容,增大諧振頻率。內部電源層和地層之間的介質厚度可以在protel的layer stack manager(層堆疊管理器)中進行設定。選擇【design】/【layerstackmanager…】命令,系統彈出層堆疊管理器對話方塊,用滑鼠雙擊prepreg文字,彈出如圖11-1所示對話方塊,可在該對話方塊的thickness選項中改變絕緣層的厚度。

如果電源和地線之間的電位差不大的話,可以採用較小的絕緣層厚度,例如5mil(0.127mm)。(3)電路中的高速訊號傳輸層應該是訊號中間層,並且夾在兩個內電層之間。

這樣兩個內電層的銅膜可以為高速訊號傳輸提供電磁遮蔽,同時也能有效地將高速訊號的輻射限制在兩個內電層之間,不對外造成干擾。(4)避免兩個訊號層直接相鄰。相鄰的訊號層之間容易引入串擾,從而導致電路功能失效。

在兩訊號層之間加入地平面可以有效地避免串擾。(5)多個接地的內電層可以有效地降低接地阻抗。例如,a訊號層和b訊號層採用各自單獨的地平面,可以有效地降低共模干擾。

(6)兼顧層結構的對稱性。1.1.

2 常用的層疊結構下面通過4層板的例子來說明如何優選各種層疊結構的排列組合方式。對於常用的4層板來說,有以下幾種層疊方式(從頂層到底層)。(1)siganl_1(top),gnd(inner_1),power(inner_2),siganl_2(bottom)。

(2)siganl_1(top),power(inner_1),gnd(inner_2),siganl_2(bottom)。(3)power(top),siganl_1(inner_1),gnd(inner_2),siganl_2(bottom)。顯然,方案3電源層和地層缺乏有效的耦合,不應該被採用。

那麼方案1和方案2應該如何進行選擇呢?一般情況下,設計人員都會選擇方案1作為4層板的結構。原因並非方案2不可被採用,而是一般的pcb板都只在頂層放置元器件,所以採用方案1較為妥當。

但是當在頂層和底層都需要放置元器件,而且內部電源層和地層之間的介質厚度較大,耦合不佳時,就需要考慮哪一層布置的訊號線較少。對於方案1而言,底層的訊號線較少,可以採用大面積的銅膜來與power層耦合;反之,如果元器件主要布置在底層,則應該選用方案2來製板。如果採用如圖11-1所示的層疊結構,那麼電源層和地線層本身就已經耦合,考慮對稱性的要求,一般採用方案1。

在完成4層板的層疊結構分析後,下面通過乙個6層板組合方式的例子來說明6層板層疊結構的排列組合方式和優選方法。(1)siganl_1(top),gnd(inner_1),siganl_2(inner_2),siganl_3(inner_3),power(in)。方案1採用了4層訊號層和2層內部電源/接地層,具有較多的訊號層,有利於元器件之間的佈線工作,但是該方案的缺陷也較為明顯,表現為以下兩方面。

① 電源層和地線層分隔較遠,沒有充分耦合。② 訊號層siganl_2(inner_2)和siganl_3(inner_3)直接相鄰,訊號隔離性不好,容易發生串擾。(2)siganl_1(top),siganl_2(inner_1),power(inner_2),gnd(inner_3),siganl_3(in)。

方案2相對於方案1,電源層和地線層有了充分的耦合,比方案1有一定的優勢,但是siganl_1(top)和siganl_2(inner_1)以及siganl_3(inner_4)和siganl_4(bottom)訊號層直接相鄰,訊號隔離不好,容易發生串擾的問題並沒有得到解決。

(3)siganl_1(top),gnd(inner_1),siganl_2(inner_2),power(inner_3),gnd(inner_)。相對於方案1和方案2,方案3減少了乙個訊號層,多了乙個內電層,雖然可供佈線的層面減少了,但是該方案解決了方案1和方案2共有的缺陷。① 電源層和地線層緊密耦合。

② 每個訊號層都與內電層直接相鄰,與其他訊號層均有有效的隔離,不易發生串擾。③ siganl_2(inner_2)和兩個內電層gnd(inner_1)和power(inner_3)相鄰,可以用來傳輸高速訊號。兩個內電層可以有效地遮蔽外界對siganl_2(inner_2)層的干擾和siganl_2(inner_2)對外界的干擾。

綜合各個方面,方案3顯然是最優化的一種,同時,方案3也是6層板常用的層疊結構。通過對以上兩個例子的分析,相信讀者已經對層疊結構有了一定的認識,但是在有些時候,某乙個方案並不能滿足所有的要求,這就需要考慮各項設計原則的優先順序問題。遺憾的是由於電路板的板層設計和實際電路的特點密切相關,不同電路的抗干擾性能和設計側重點各有所不同,所以事實上這些原則並沒有確定的優先順序可供參考。

但可以確定的是,設計原則2(內部電源層和地層之間應該緊密耦合)在設計時需要首先得到滿足,另外如果電路中需要傳輸高速訊號,那麼設計原則3(電路中的高速訊號傳輸層應該是訊號中間層,並且夾在兩個內電層之間)就必須得到滿足。表11-1給出了多層板層疊結構的參考方案,供讀者參考。

元器件布局的一般原則設計人員在電路板布局過程中需要遵循的一般原則如下。(1)元器件最好單面放置。如果需要雙面放置元器件,在底層(bottom layer)放置插針式元器件,就有可能造成電路板不易安放,也不利於焊接,所以在底層(bottom layer)最好只放置貼片元器件,類似常見的計算機顯示卡pcb板上的元器件布置方法。

單面放置時只需在電路板的乙個面上做絲印層,便於降低成本。(2)合理安排介面元器件的位置和方向。一般來說,作為電路板和外界(電源、訊號線)連線的聯結器元器件,通常布置在電路板的邊緣,如串列埠和並口。

如果放置在電路板的**,顯然不利於接線,也有可能因為其他元器件的阻礙而無法連線。另外在放置介面時要注意介面的方向,使得連線線可以順利地引出,遠離電路板。介面放置完畢後,應當利用介面元器件的string(字串)清晰地標明介面的種類;對於電源類介面,應當標明電壓等級,防止因接線錯誤導致電路板燒毀。

(3)高壓元器件和低壓元器件之間最好要有較寬的電氣隔離帶。也就是說不要將電壓等級相差很大的元器件擺放在一起,這樣既有利於電氣絕緣,對訊號的隔離和抗干擾也有很大好處。(4)電氣連線關係密切的元器件最好放置在一起。

這就是模組化的布局思想。(5)對於易產生雜訊的元器件,例如時鐘發生器和晶振等高頻器件,在放置的時候應當盡量把它們放置在靠近cpu的時鐘輸入端。大電流電路和開關電路也容易產生雜訊,在布局的時候這些元器件或模組也應該遠離邏輯控制電路和儲存電路等高速訊號電路,如果可能的話,盡量採用控制板結合功率板的方式,利用介面來連線,以提高電路板整體的抗干擾能力和工作可靠性。

(6)在電源和晶元周圍盡量放置去耦電容和濾波電容。去耦電容和濾波電容的布置是改善電路板電源質量,提高抗干擾能力的一項重要措施。在實際應用中,印製電路板的走線、引腳連線和接線都有可能帶來較大的寄生電感,導致電源波形和訊號波形**現高頻紋波和毛刺,而在電源和地之間放置乙個0.

1 f的去耦電容可以有效地濾除這些高頻紋波和毛刺。如果電路板上使用的是貼片電容,應該將貼片電容緊靠元器件的電源引腳。對於電源轉換晶元,或者電源輸入端,最好是布置乙個10 f或者更大的電容,以進一步改善電源質量。

(7)元器件的編號應該緊靠元器件的邊框布置,大小統一,方向整齊,不與元器件、過孔和焊盤重疊。元器件或接外掛程式的第1引腳表示方向;正負極的標誌應該在pcb上明顯標出,不允許被覆蓋;電源變換元器件(如dc/dc變換器,線性變換電源和開關電源)旁應該有足夠的散熱空間和安裝空間,外圍留有足夠的焊接空間等

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