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差分信号的概念

当驱动端发送两个大小相等,方向相反的信号的时候,在接收端通过一个相减器,
比较这两个信号的差值,来判断逻辑位是0还是1,这就是所谓的差分信号。

差分信号的优势:

1、抗干扰能力强:噪声会被接收端的相减器去除。

2、较小的EMI辐射干扰

3、时序定位精准

受工艺、温度的影响较小,能降低时序上的
误差,同时也更适合于低幅度信号的电路

差分信号仅参考到与其配对的信号

控制一对信号的交叉点比控制一个关于其他
参考电压的绝对电压更容易

如果信号到达接收端的相位不精确相等,或
极性不相反,就可能产生共模信号,并将导
致信号时序和EMI问题

输出驱动总的dl/dt会大幅降低,从而减小电源轨道塌陷和潜在的电磁干扰

与单端放大器相比,接收器中的差分放大器会有更高的增益

信号在一对紧耦合差分线中传输时,在返回路径中对付串扰和突变的鲁棒性更好

因为每个信号都有自己的返回路径,所以差分线通过接插件或封装时,不易
受到开关噪声的干扰

缺点

1、如果不对差分线进行恰当的平衡或滤波,或者存在共模成分,就可能会
产生EMI问题

2、和单端信号相比,差分信号需要双倍数量的信号线,需要更多的布线空间

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有线损耗:

传输线损耗:

导体损耗:直流损耗、交流损耗。

介质损耗:金属表面的粗糙度不可忽略。

趋肤效应:当高频电流流经导线时,电流将趋近于导线的外围,主要表现为电阻、电感的变化。

 

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PCB工艺

PCB (Printed Circuit Board):
即印制电路板,是电子元器件的支撑体和电气连接的载体,PCB工艺性直接影响产品质量和可靠性。

PCB组成:
多层PCB主要由铜箔、半固化片、芯板组成。


铜箔分为两类: 压延铜(RA) (适用于柔性板) 电镀铜 (ED)(常用于刚性板 )。
OZ是重量单位,1 0Z铜箔厚度为1.38mil或35um,多层板的外层铜箔最常用1/2OZ铜箔。

半固化片 (Prepreg) : 由玻璃纤维布和树脂组成,树脂呈半固化状态,称B-Stage。
按玻璃布分类: 1080,2116,7628 等。
酚醛树脂(Phenolic Resin)、环氧树脂(Epoxy Resin)、聚亚硫胺树脂(Polyimide Resin ,PI)双顺丁烯二酸硫亚胺/三氮井树脂。

刚性PCB制作工艺流程刚性多层PCB制作流程可简单分为四个阶段:
内层板制作一-叠层/层压一钻孔/电镀/外层线路制作一-阻焊/表面处理。

阶段一: 内层板制作:
内层线路 (图像转移) 作用及原理: 利用UV光照射,在曝光区域的干膜 ( Dry film )发生交联反应而固化,未曝光部分则未发生反应可溶于稀碱,利用二者在同种溶液中的不同溶解性能来将底片上设计的图形转移到基板上,即图像转移。

常见问题:蚀刻不净,蚀刻过度,开路,短路。

设计要求:要考虑布线的最小线宽、间距及布线的均匀性: 线宽太小,膜的附着力不足,造成线路开路,线间距过小而夹膜,膜无法褪尽使线路短路。

阶段二: 叠层/层压工艺
叠板: 多层板的各层对位要保证各层线路不会因错位而导致开路或短路层压: 是利用高温高压后半固化片受热固化,将一块或多块内层蚀刻后的制板(经黑氧化处理) 以及铜粘合成一块多层板,这种粘合是通过界面上大分子之间的相互扩散,渗透及交联实现的。

层压工序主要的缺陷:

PCB叠层的不对称性导致板曲、板翘。

树脂含量低,凝胶时间长,流动性大导致显露玻璃布织纹。

层压首先要满足叠层对称性。因单板在层压过程中受压力和温度影响,在层压完成后板内还有应力存在。若层压的板子两面结构不对称,则两面的应力不同、造成向某一面弯曲。
在同一层,要确保铺铜均匀性。若布铜分布不均,会造成各点的树脂流动速度不同这样布铜少的区域厚度略薄、而布铜多区域厚度就会稍厚。

 

阶段三: 钻孔/电镀/外层线路制作

PCB过孔按是否电镀可以分为: 金属化孔和非金属化,金属化孔,即PTH,主要用于焊接孔、信号过孔、螺钉接地等,非金属化孔,即NPTH-多用于定位孔。
按工艺制程分为: 盲孔、埋孔、通孔。
盲孔: 从印制板内仅延展到一个表层的导通孔。埋孔: 没有延伸到印制板表面的一种导通孔通孔: 从印制板的一个表层延展到另一个表层的导通孔。

孔的设计要关注最小孔径、孔径公差、孔间距等比如: 孔间距过近,导致孔壁过薄,钻第二个孔时,钻咀受力和散热不均,就出现断钻咀PCBL崩不美观或漏钻孔等。

沉铜:沉铜也叫化学铜,钻孔后的PCB板在沉铜内发生氧化还原反应,形成铜层从而对孔金属化 (PTH),使原来绝缘的基材表面沉积上铜,达到层间电性相通。

全板电镀铜(Panel-plating): 又叫一次铜,板电板镀,保护沉铜,通过电镀使将板面孔内铜加厚到5-8um,防止在图形电镀前孔内薄铜被氧化、微蚀掉而漏基材。

外层图形电镀(二次铜):将孔和线路铜层加镀到一定厚度(20-25um),满足PCB板成品铜厚要求。

外层蚀刻的作用: 是将露铜的铜面蚀刻掉,被锡覆盖的铜面被保留。

蚀刻因子的表述: 除了正面向下的溶蚀 (Downcut) 外,蚀液也会攻击线路两侧无保护的腰面,即侧蚀(F=H/S),蚀刻系数越大、侧蚀越小。 F是蚀刻品质的一种指标 (Etch Factor)。

图形补偿:在设计光绘底片前,根据蚀刻系数和蚀刻深度,计算出侧蚀刻量对底片的数值加以修正以补偿。

侧蚀量与垂直蚀刻的深度成正比,铜箔越厚、侧蚀量越大。

PCB线路设计时,最小线宽线距须满足板厂基于底铜厚度的加工能力。线宽越细铜箔厚度应越薄,用厚铜设计过细的线路,会造成线路蚀刻过度而铜线脱落。

阶段四: 阻焊/表面处理工艺
阻焊:也叫防焊、绿油,通过丝网印刷或涂覆方式、曝光显影,将油墨转移到线路板上。

阻焊膜三个作用:防止焊接时短路;保护单板防止湿气、酸碱等侵蚀线路,线路间的绝缘作用。

阻焊设计要求:要保持一定的阻焊桥宽度、阻焊开窗与走线间距要求,避免阻焊偏位导致露铜或阻焊上焊盘。

表面处理:目的是保护良好的可焊性或电性能,因铜在空气中易氧化。

常见的表面处理有:喷锡、沉金、OSP、沉锡、沉银、镍鈀金。电硬金、电金手指等。

丝印字符: 将所需的文字,商标或零件符号,以网板印刷的方式印在板面上,再以紫外线照射的方式曝光在板面上。

 

 

 

 

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单板可制造性设计的概念
1、理解并建立单板可制造性设计的理念
2、了解单板可制造性设计的要点;
3、可进行一般单板的可制造性设计。

DFM的概念: 产品设计、工艺设计、可制造型评估三者同步进行的设计方式。

在今天的电子业,三种主要的力量正在推动着可制造性设计 (DFM) 的进程
①新技术带来的器件密度的增加
②缩短设计周期时间的需求
③外包及海外制造模式的可实行

单板DFM定义:
围绕板级PCB工艺、元器件封装和组装工艺,在产品开发阶段即考虑产品可制造性,以产品更短开发周期、高质量、低成本交付为目的的设计活动。

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叠层设计原则:

1.可制造性要求——对称原则

2.适宜板材

3.优先目标——合适层数设计

4.信号层紧邻参考平面

5.GSG结构——避免邻层串扰

6.电源完整性——电源层与地层紧耦合

7.控制Stub长度

8.pp或者core

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传输线基本特性结论

如果输出缓冲器向传输线输出信号时,那么传输线周围将分别感应出电场
和磁场。通过分析表明,信号不是简单的沿走线传播,而是以电磁场的形式在
PCB走线与参考面之间传播。

无损传输线模型

串联电感Ldz,其中L是单位长度的感抗

并联电容Cdz,其中C是单位长度的容抗

有损传输线模型:

特性阻抗的计算公式

 

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焊盘堆的分类根据形状有方形矩形圆形以及异形

根据用途又分 表贴焊盘堆 通孔焊盘堆 过孔焊盘堆 安装孔焊盘堆

表贴焊盘堆从下至上的层次分布为 铜 阻焊 助焊组成

通孔焊盘堆从3D图可以看出层次结构。它的组成是由过孔 铜 阻焊组成

过孔焊盘堆其实和通孔焊盘堆一样是由过孔 铜 阻焊组成

介电常数 隔离孔孔径 过孔焊盘直径以及PCB板厚

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四层板叠层设计方案:

方案一:TOP,GND2,PWR3,BOTTOM

方案二:TOP,PWR2,GND3,BOTTOM

方案三:GND1,S2,S3,GND4/PWR4

六层板叠层设计方案:

方案一:TOP,GND2,S3,PWR4,GND5,BOTTOM;

方案二:TOP,GND2,S3,S4,PWR5,BOTTOM

方案三:TOP,S2,GND3,PWR4,S5,BOTTOM

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常规布线规则的要求:

1在满足时序要求的情况下尽可能短。

2尽量走在内层,尽量少换层和使用过孔。

3尽量走直线,避免不必要的尖角走线。

4关键信号尽量不要选择电源平面作为
回流平面。

5高速信号和时钟信号在换层时,优先考虑换层而
不换参考平面,尽量保持主参考平面的电平不变,
并在换层的过孔旁加GND子し。

6高速信号线要尽量远离外部接口。

差分布线:注意差分线对与对间距。时钟差分与其他差分间距。满足3W原则。同时注意间距的均匀。

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PCB的AB面:安装有数量较多的或较复杂器件的封装互连结构面称为A面      对后背板而言插入单板的那一面称为A面     对插接板而言元器件面就是A面 B面就是与A面相对的面 对插接板而言就是焊接面 在EDA软件中称为TOP面和BOTTOM面

单层板就是一面覆铜,二两一面没有覆铜的电路板。通常元器件放置在没有覆铜的一面另一面主要用于布线和焊接

双层板既两个面都覆铜的电路板 

多层板包含多个工作层面的电路板除了顶层和底层外,还包含多个若干的中间层。通常中间层可作为导线层,信号层,电源层和接地层。层与层的连接通常通过过孔来实现

单双层板是根据半层结构来分的 根据材质来分可分为:硬板,软板,软硬结合板

inch=英寸 OZ

Stub

 

 

其实就是布线相对于参考平面内缩3H的距离,那么H是信号层到参考平面之间的距离或者说是厚度

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偏离主线的那一部分线称为Stub

3W可以有效减小线间串扰

20H抑制边缘辐射效应

3H抑制边缘辐射效应

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关于PCB:Printed Circuit Board即印制电路板,是电子元器件的支撑体;是重要的电子部件;也是电气连接的 载体。

PCB的组成元素:焊盘、过孔、安装孔、导线、元器件、接插件、填充、以及电气边界。

组成元素的作用:

焊盘:用于焊接元器件引脚的金属孔。

过孔:用于连接各层之间元器件引脚的金属孔。

安装孔:用于固定印刷电路板。
导线:用于连接元器件引脚的电气网络铜膜。
接插件:用于电路板之间连接的元器件。
填充:用于地线网络的敷铜,可以有效的减小阻抗。
电气边界:用于确定电路板的尺寸,所有电路板上的元器件都不能超过该边界。

PCB的分类:按板层结构分为:单层板(Sing Layer PCB);双层板(Double Layer PCB);多层板(Multi Layer PCB)

按材质分为:硬板(Rigid PCB);软板(Flexible PCB);软硬板(Rigid-Flex PCB)也叫刚性板、挠性板、刚挠结合板

常用单位:

面积:1m2=10.76ft2,1ft2=144inch2。
长度:1inch=25.4mm,1mm=39.37mil,
1mil=25.4um。
重量:10Z=28.35g,
1kg=1000g=1000000mg。
厚度:10Z铜厚定义为重量为28.35g,约为35um。

分支线Stub:偏离主线的那一部分线称为Stub

 

 

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共模信号:Vcomm=1/2(V1+V2);

差分信号的优势:1.抗干扰能力。2.较小的EMI辐射干扰.3.时序定位准确

 

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传输线电感随频率变化;总电感由磁通量决定;

总电感=外部电感+内部电感;

微带线趋肤效应:

低频时,交流电阻=直流电阻(直到频率增加到使得趋肤深度小于传输线厚度;

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传输线上电信号的传播速度取决于周围的介质

传播延迟是传播速度的倒数,且与介质的介电常数的平方根成正比

传输线的时延是信号通过整个传输线长度所用的时间

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PCB布局设计

通用器件布局

1、信号流向:功能流向;2、电源:电源流向、去耦、散热;3、信号分类:数模、高低频、高低速

4、结构定位:接口、限高;

5、模块电路:布局相同;

6、散热:散热风向;

7、工艺:间距要求;

8、关键器件:敏感元器件。

时钟布局注意事项

1、晶振晶体及相关电路远离I/O接口或板边;
2、时钟电路远离敏感器件布局,如射频、模拟电路;
3、时钟源的滤波电路尽量靠近振荡器的电源输入引脚;
4、晶振去耦电容靠近芯片的电源管脚;

以太网接口与光口接口布局注意事项

1、RJ45和变压器之间的距离尽量短;2、桥接电容靠近外壳地管脚放置。

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PCB检查方法

1.目视检查(成本低,效率高、无替代)

2.仿真验证(门槛高、专业性、降低风险)

3.自动验证(高效手段)

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PCB设计流程

PCB设计流程、创建设计、布局设计、叠层设计、文件输出、检查验证

系统布局主要方面:放置器件、按原理图摆放、按照模块布局、按照格点放置、特殊器件放置。

PCB布线设计:规则参数设置、网络优化、选择布
线方式、布线规则、扇出、电源/地处理、重要信
号线处理、散线处理、其余线处理、布线检查。

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