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PCB三種特殊布線分享及檢查方法詳解

time : 2019-05-08 09:05       作者:凡億pcb

  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;二是阻抗不連續會造成信號的反射;三是直角尖端產生的EMI,到10GHz以上的RF設計領域,這些小小的直角都可能成為高速問題的重點對象。

  二、差分走線(“等長、等距、參考平面”)

  何為差分信號(Differential Signal)?通俗地說就是驅動端發送兩個等值、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“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,最明顯的優勢體現在以下三方面:

  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。

  三、蛇形線(調節延時)

  蛇形線是Layout中經常使用的一類走線方式。其主要目的就是為了調節延時,滿足系統時序設計要求。其中最關鍵的兩個參數就是平行耦合長度 (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生耦合,呈差模形式,S越小,Lp越大,則耦合程度也越大。可能會導致傳輸延時減小,以及由于串擾而大大降低信號的質量,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蜿蜒走線。

  5)可以經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,其效果要優于正常的蛇形走線。

  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)在關鍵之處是否控制和規定了絕緣電阻值?

  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經過鑒定了嗎?

  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?

  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構件來使用。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)印制電路板的結構--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境條件的適應性。

  4)根據一些因素,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境因素,例如散熱、通風、沖擊、振動、濕度。灰塵、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英寸的范圍內支撐。根據實踐經驗,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。

  1)印制電路板的尺寸和形狀。

  2)輸入、輸出端接數。

  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、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構的功能,也影響印制電路板結構的生產率。

  對于大多數應用場合來說,印制線路板的介質基襯是下述幾種基材當中的一種:

  1)酚醛浸漬紙。

  2)丙烯酸-聚酯浸漬無規則排列的玻璃氈。

  3)環氧浸漬紙。

  4)環氧浸漬玻璃布。

  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氧-玻璃布,它的尺寸穩定性適合于高密度線路使用,并且能使金屬化孔中產生裂紋的情況最少發生。

  環氧-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。

  導線圖形:

  PCB布線路徑和定位

  印制導線在規定的布線規則的制約下,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圃角可能會避免可能產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。

  關鍵的阻抗元件或高頻元件一般都放得很靠近,以減小關鍵的級延遲。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,隔離區域的間距;

  4)原理圖和PCB圖對應檢查,防止網絡表丟失;

  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:

  7)元件是否便于安裝與拆卸;

  8)對溫度敏感元件是否距發熱元件太近;

  9)可產生互感元件距離及方向是否合適;

  10)接插件之間的放置是否對應順暢;

  11)便于拔插;

  12)輸入輸出;

  13)強電弱電;

  14)數字模擬是否交錯;

  15)上風側和下風側元件的安排;

  16)具有方向性的元件是否進行了錯誤的翻轉而不是旋轉;

  17)元件管腳的安裝孔是否合適,能否便于插入;

  18)檢查每一個元件的空腳是否正常,是否為漏線;

  19)檢查同一網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;

  20)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;

  21)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;

  22)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;

  23)注意焊盤和焊孔的比例合適;

  24)各插頭盡可能放在PCB板的邊緣且便于操作;

  25)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;

  26)在不違反設計規則的情況下,電源和地線應盡可能加粗;

  27)一般情況下,上層走橫線,下層走豎線,且倒角不小于90度;

  28)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;

  29)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。