PCB 设计 - 基本设计步骤和规则的综合指南
电路板设计过程涉及时间要求严格的步骤，应最大限度地遵循。不遵守说明通常会在其设计项目中花费 PCB 设计。
因此，我们概述了规则、PCB 设计步骤和几个免费的设计软件，您可以试用以获得更好的耐用性、性能和功能。
什么是 PCB 设计？
印刷电路板设计是一个涉及使用布局软件将布线和组件放置相结合的过程。该组合进一步定义了 PCB 上的电气连接性，从而使其在物理上栩栩如生。
（电子电路设计流程）
PCB设计流程规则
遵循正确的电路板设计规则通常会限制不必要的延迟和 PCB 维护，并确保高速 PCB。虽然专注于电路设计和组件选择至关重要，但忽略规则可能会在数字和物理上花费您的项目。
那么，在可制造性设计过程中有哪些规则？
模拟电路的 PCB 设计规则
布局过程包括：
- 确保模拟信号的清晰返回路径，并在路径中填充短而直接的组件走线。受阻路径会导致不必要的噪声，因为在定位到原点的直接最短路径时，返回的模拟信号会在接地层附近徘徊。
- 其次，采用模拟接地平面将其与数字平面分开，从而避免干扰。
- 第三，保持直接和短信号层。它可以防止 PCB 元件中的电磁干扰，因为阻抗差异会导致更高频率的反射。
- 然后，将模拟和数字电路部分分开，以尽量减少噪音。此外，不要将模拟电路的划分路由到高速数字组件，因为它会防止噪声影响。
- 最后，紧紧地放置模拟组件，以实现简化的直接布线和独立的数字和模拟电路。
SMD PCB 设计规则检查
通常，保持电子元件之间的良好间距和一些迹线编号可以更轻松地冲刺表面路线。
（采用表面贴装技术的微芯片）
路由选项规则
首先，您选择的表面贴装元件封装会影响布线选项。此外，扇出空间和路由复杂性会影响您的选择。因此，您可以选择；
单面 PCB 布线； 用于简单和限制性电路，应有足够的间隙用于钻孔、元件、板边和走线。
双面 PCB 布线； 在这里，使用顶部和底部表面为组件和布线提供了极好的区域。
组件选择规则
了解 SMD 在通孔元件或 SMD 中使用的正确封装类型，因为它决定了电路板制造和 PCB 组装。
2 层 PCB 设计技巧
制造商通常会创建性能有限的 2 层电路板设计板。因此，在设计板上布线 FPGA 或高端微处理器等 BGA 封装变得具有挑战性。
幸运的是，您可以按照以下提示纠正挑战；
- 首先，不要总是遵守标准准则。例如，与将电源布线为走线相反，使用铜填充可能具有挑战性。此外，您可以路由三个具有低环路电感（增加到 22uF）的电容器，而不是为电源引脚使用三个不同的电容器（1uF、10uF 和 0.1uF）。
- 只要可能，所有连接器上的每个数字信号都只有一个回路，以避免接地反弹/开关噪声。
解释接地反弹的电路
- 另外，将22uF MLCC等大尺寸去耦电容靠近IC电源引脚放置。电容器可以采用紧凑型封装，其电压速率约为推荐轨道应用的 2 倍。
- 第四，在底层/铜平面上创建一个短路径，有时使用返回带来缩短。该程序确保信号返回路径中互感的低维护（增强信号完整性）。
- 此外，采用间隔的信号走线和组件调整，以减少拥挤的布线。
- 然后，将接地回路和布线组件放在第二层，而信号和电源路径留在第一层。在这里，您将在设计板下方使用耐用的接地层。
- 最后，使用 13 密耳的钻孔直径、6 密耳（直流 1A）宽的信号走线和 20 密耳（直流电流 3 安）宽的电源走线。微小的特性以低成本实现了高布线密度。
28 层 PCB 设计规则
28 层 PCB 设计指南可确保您将错误风险降至最低，从而降低电路板制造成本。另外，请注意，制造商有不同的要求。因此，大功率板规也可能在电源隔离、走线尺寸、间距等方面有所不同。
元器件接线规则
电性能如下；
- 确保信号线不出现环回，地线和电源线呈放射状。
- 其次，孔径应为 40mil，而焊盘应为 60mil 双列。
- 此外，通孔组件不应小于 30mil。
- 接下来，线间距要高于10mil，CPU输出输入>8/10mil，电源线>18mil（很宽），信号线>12mil。
- 最后，在布线区域在安装孔周围 1mm 以内且距离电路板边缘≤1mm 处绘制布线。
- 4 层 PCB 设计
4 层 PCB 原理图设计具有电源走线/信号 + 形状、参考 GND、分离 VOUT/VIN 和电源 GND。用 Vout、Vin 和 GND 铜层填充未使用的区域。然后，将所有电源焊盘连接到顶层。
逐步 PCB 设计指南
作为 PCB 设计师，请使用指南中的组装方法来实现 PCB 板的质量设计目标。
- 始终了解电路板布局系统的电气参数，例如电容限制、集成电路、电压等。
- 其次，创建一个原理图，您将在其功能/用途的电气级别上设计 PCB。
- 接下来，使用 Altium Designer 等原理图捕获软件工具创建 PCB 布局。它将显示在预期设备中放置组件的位置和电路板的操作。
- 然后，设计您的 PCB 叠层，因为它将决定阻抗（电流沿 PCB 走线传输的速度/多少）。
- 第五，通过 IPC 的可接受性准则和标准定义要求和设计规则。此外，您可以找到了解标准规则的电路板供应商，以限制项目延迟和不断修订。
- 现在，使用熔化的焊料按照数据表将组件轻轻放置在每个组件上。然后，您可以通过机械布局和 PCB 设计进行布局。
（电子元件）
- 根据连接和组件插入钻孔。一半的柔性电路板有双面，这意味着它们连接到最底层的钻孔。
（柔性电路）
- 稍后，在系好钻孔和无源组件等组件后，对各个走线进行布线。然后，在电路板布局中包括标记、标签和标识符，以显示电路板上特定组件的位置。
- 最后但并非最不重要的一点是，在电路板轮廓完成后生成您的布局/设计文件。现在您已正式准备好进行 PCB 组装、制造和制造（从概念到生产）。
最佳免费 PCB 设计软件
本节包含一个为爱好者提供的合法和免费电路板设计软件/工具的汇编列表。
它们如下；
- DipTrace; 它是一种设计软件，具有易于使用的功能，不会影响其功能。更重要的是，它非常适合所有级别的学习，并且可以在 Linux、Mac 和 Windows 等系统中运行。
- 易达； 除了免费之外，EasyEDA 还提供团队合作者、项目管理工具、库设计器、PCB 编辑器和强大的原理图捕获。此外，它的功能不受限制（离线和在线均可），可在 Linux、Mac 和 Windows 操作系统上运行。
EasyEDA
- 电路制造商； 它使您能够不受 PCB 尺寸限制和多达 16 个平面层 + 16 个信号的设计。它可以进一步帮助设计规则检查、原生 3D 可视化和高级路由。但是，它仅适用于 Windows。
- 欧特克鹰； 该设计工具具有用于设计 PCB 的 PCB 布局编辑器和用于设计电路图的原理图编辑器。除了在 Mac、Linux 和 Windows 中可用之外，它还具有全面的库内容、PCB 布线、组件放置等功能。
- Osmond PCB； 它是唯一基于 MAC 的 EDA 设计软件，支持 PCB 布局设计和原理图捕获。此外，它可以设计多达 700 个引脚的电路板，并具有多个电路板层和无限的电路板尺寸。
- 弗里茨; 它是多种教育资源的理想 PCB 设计工具，因为它通过软件支持简单的电路，以将设计转换到 PCB、焊接条形板或无焊面包板上。
- KiCad； KiCad 是一个流行的开源设计程序，它与 FreeCAD 链接进行物理设计，支持 GitHub 进行版本控制，并与电路仿真 (Ngspice) 集成。尽管有一些老式的库结构，但它为专家和初学者提供了一套强大的功能和特性。
- 易于应用的图形布局编辑器（EAGLE）； 它是一个 EDA 设计程序，为设计人员提供全面的库内容、PCB 布线、元件放置等。此外，它可以保存 Sieb &Myer 和 Excellon 钻孔文件，以及 PostScript 和 Gerber 布局文件。
结论
总而言之，我们可能已经概述了 PCB 设计的一些规则并提供了软件工具列表。然而，我们可能忽略了一些设计挑战。因此，如果您需要帮助，请立即联系我们，我们会将您与我们团队的工程专家联系以寻求帮助。
工业技术