原理图及PCB板设计基础

原理图设计：1、信号线束：把单条走线和总线汇集在一起进行连接，可在一个原理图中使用，也可以通过输入/输出端口，与另外的原理图之间建立连接。

2、电气节点：在导线的T形交叉点处自动放置电气节点，表示所画线路在电气意义上是连接的。

但在十字交叉点处，系统无法判断导线是否连接，不会自动放置电气节点。

如果导线确实是相互连接的，就需要手动放置电气节点。

P+J3、特色工作面板（1）SCH Inspector（检查器）面板：用于实时显示在原理图中所选取对象的属性；可同时编辑多个被选对象的属性。

亦可用①用SCH Filter选中所需对象；②用SCHList对对象进行参数更改。

来实现（2）SCH Filter（过滤器）面板:查找多个具有相同或相似属性的对象，进而对其进行编辑或修改；（3）SCH List（列表）面板：进行过滤查找后，查找的结果除了在编辑窗口内直接显示出来以外，用户还可以使用SCH List面板对查找结果进行系统的浏览，并且可以对有关对象的属性直接编辑修改。

（4）选择内存面板：把当前原理图文件或所有打开的原理图文件中的选取对象存入某一内部存储器中，需要时直接调用；还可以随时把新的选取对象加入内部存储器中或者清除不在需要的对象等。

①存储：Shift+1或者STO1按钮；②浏览：apply；③调用：RCL1按钮。

4、联合与片段：（1）联合及打碎器件：选中对象+右键unions。

联合后的对象可以作为单个对象在窗口内进行移动、排列等编辑操作或者删除。

（2）片段：片段的生成与联合的生成过程基本相同。

所不同的是，片段可以长久保存，并且能够使用系统提供的片段面板进行查看、管理。

System-snippetsPCB设计：1、多层板的埋孔、过孔和盲孔（作用：连接所设计的电子线路，电气检查也不会报错）导通孔：一种用于内层连接的金属化孔，并不用于插入元件引线或其他增强材料；过孔：至少连通顶层和底层之间的电气连接通孔，过孔在顶层和底层上没有实际的电气连接；埋孔：一端连接在顶层或底层，另一端连接在中间层的电气连接半开孔；（一面没有空间允许设置过孔焊盘，另外在高速电路设计时设置埋孔还可以减小过孔焊盘的寄生电容、寄生电感对电子线路的影响）盲孔：在两层中间层之间进行电气连接的金属化孔；（可以增加其他层面的走线空间，在高速电路设计中盲孔有利于电子线路电气性能的提高）元件孔：用于将插针式元器件固定在印刷版上并进行电气连接的孔。

注：使用盲孔、埋孔一是因为对印刷电路板尺寸有要求，布线密度高，布线空间不够；二是在高速电路设计中，使用埋孔、盲孔能有效减小线路信号辐射，从而减小布线给高频小信号带来的电气干扰，但是在多层设计中大规模使用盲孔和埋孔会增加印刷版的制造成本。

使用过孔对不同板层间的电子线路进行电气连接，能有效地减小印刷电路板的制造成本，也有利于提高印刷电路板的成品率。

2、印刷电路板常用术语封装：插针式、表贴式；过孔：被沉积上一层金属导电膜的小孔，用来连接不同层之间的铜膜导线，以建立电气连接。

可分为三种类型：通孔、盲孔和埋孔。

3、焊盘：用来固定元器件，并将元器件的引脚与PCB板上的铜膜导线连接起来的基点。

4、网络：来源于原理图设计，原理图中各元器件之间的逻辑连接关系确定了PCB设计中的网络连接。

网络是具有连通性的一组逻辑上和物理上的连接关系。

在同一网络中，各点逻辑上是连通的，是电气上的同一节点，布线后成为一组物理上连通的导线。

不同的网络之间是互不相连的，或者中间隔一元器件。

不同网络之间以网络标签相区分，具有相同网络标签的导线、焊盘、敷铜等属于同一网络。

5、铜膜导线：完成PCB设计后的敷铜板经过腐蚀加工等工艺后，在印刷板上形成的实际敷铜走线，通常简称为导线。

用来连接PCB板上的各个焊盘点，实现不同元器件之间的电气连接。

6、飞线：一种是用来指示元器件间相互连接的错综交叉网络连接线，这种飞线能够为用户手动布线时提供连接指示，称为“预拉线”，只是一种形式上的网络连接线，并没有任何电气连接意义。

在用户通过自动或手动布线后，相应的“预拉线”会在其连接导线布通之后消失。

另一种是实际存在的具有电气意义的导线，在双面板，特别是在单面板中比较常见。

出现飞线的原因是由于电路板上元器件众多，线路复杂，在自动和手工布线之后，可能仍存在无法布通的网络，或者需要绕很远的路径才能相互连通，此时就需要通过在元件面焊接一段金属丝来完成同一网络的连接，实现电气连通，这段金属导线就是“飞线”，也是我们通常意义上所说的飞线。

注：为了减少单面板上的飞线，使印刷电路板看起来更加美观，实际设计时可在需要飞线的地方安放一只0 的电阻来代替飞线。

7、敷铜：是指在PCB布线结束之后，在无导线走过的区域内铺设的铜膜。

作用因适用环境不同而不同，例如，可以加大系统的接地面积，利用大面积铜膜能够提高系统的抗干扰能力、满足特殊元件的安装需要、散热及PCB的工艺稳定性需要等。

敷铜可以与网络相连，也可以独立存在，不同区域内的敷铜也可以连接不同的网络、在多数情况下，敷铜与地相连。

8、安全间距：为了避免或者减小导线、过孔、焊盘以及元器件之间的相互干扰，而在它们之间留出的一定间距。

一般情况下，不同网络间的元器件、过孔、焊盘安全间距不应该小于4mil，特别是内层导线的最小间距也不得小于4mil。

在布线排得下的情况下，间距应尽量取大值，以提高制板时的成品率并减小成品板故障的隐患。

对于多层印刷板来说，起码有一个电源层和一个地层、由于印刷板上所有的电压都接在同一个电源层上，所以必须对电源层进行分区隔离，分布线的大小一般采用20~80mil的线宽为宜，电压越高，分区线越粗。

印刷电路板设计的基本原则：1、前期准备：原理图、电子线路的设计目标、PCB板层数的选择；2、确定尺寸大小；3、元器件选型；4、元器件布局（放置顺序-锁定；注意散热；电性能：应把连线关系密切的元件尽量放在一起，并尽量对齐平行摆放，以缩短走线长度，减小彼此间的分布参数。

但是带强电的元件与其他元件的距离应尽量远些，并注意放置在调试时手不易碰到的地方）注：对于需要手动调节的元件放置的位置应便于调试；模拟电路与数字电路应分开布设，不能放置在一起；“立式”和“卧式”安装的元件孔距是不一样的；同一级电路的接地点应尽量靠近，并且本级电路的电源滤波电容也应接在该级接地点上；总地线必须严格按高频-中频-低频一级级地按弱点到强电的顺序排列原则，不可随便翻来覆去乱接，级与级间宁可接线长点。

5、电路板布线：（1）多层印刷板布线是按电路功能进行布线的。

在外层布线时，要求在焊接面上多布线，元器件面少布线，这样有利于印刷板的维修和排故。

细、密导线和易受干扰的信号线，通常是安排在内层。

大面积的铜箔比较均匀分布在内、外层，这将有助于减小板的翘曲度，也使电镀时在表面获得较均匀的镀层。

（2）为防止外形加工伤及印制导线和机械加工时造成层间短路，内外层布线区的最外一根铜膜导线距离板子边缘应有一定的距离，至少应大于50mil。

（3）印制电路中不允许有交叉电路，对于可能交叉的线条，可以用“钻”、“绕”两种办法解决，即让某引线从别的电阻、电容、三极管脚下的空隙处“钻”过去，或从可能交叉的某条引线的一端“绕”过去。

在某些特殊情况下，如果电路很复杂时，为简化设计也允许用导线跨接，以解决交叉电路问题。

（4）导线宽度的设置应达到导线的载流要求，并尽可能宽些，留出余量，具体数值视PCB 板的功耗和期间的工作电流而定。

电源和地的导线要更宽，并尽量与其他导线的走向一致，以增强抗噪声的能力。

（5）平行信号线之间应尽量留出较大的间距，以减少串扰。

若两条信号线相距较近，最好在两线之间走一条接地线，这样可以起到屏蔽作用。

另外，两相邻层的布线应互相垂直，以防止互相感应产生串扰。

多层板走线要把电源层、底层和信号层分开，减少电源、地、信号之间的干扰；（6）相邻两层印刷板的线条应尽量相互垂直或走斜线、曲线，不能走平行线，以减少基板的层间耦合和干扰。

且导线应尽量走短线，特别是对小信号电路来讲，线越短，电阻越小，干扰越小。

（7）设计信号传输线时应避免急拐弯，以防传输线由于特性阻抗突变而产生反射，应尽量设计成具有一定尺寸的均匀的圆弧线。

（8）印制板上若装有大电流器件，如继电器、指示灯、喇叭等，它们的地线应尽量分开单独走，以减少地线上的噪声。

（9）对于小信号放大器放大前的弱信号应远离强信号线，而且走线要尽可能地短，必要时还需要用地线对其进行屏蔽。

（10）强电流引线（公共地线、功放电源引线等）应尽可能宽些，以降低布线电阻及其电压降，可减小寄生耦合而产生的自激。

（11）阻抗高的走线尽量短，阻抗低的走线可长一些，因为阻抗高的走线容易引入噪声和吸收信号，引起电路不稳定。

（12）布线时还应注意线条的宽度要尽量一致，避免导线突然变粗及突然变细，有利于阻抗的匹配。

6、钻孔大小与焊盘的要求：钻孔过小，会影响器件的装插及元器件管脚上锡；钻孔过大，焊接时会使焊点不够饱满，甚至导致焊锡通过钻孔流到元器件层。

元件孔的孔径及焊盘大小的计算方法为：元件孔的孔径=元件引脚直径（或对角线）+（10~30mil）元件焊盘直径≥元件孔直径+18mil过孔孔径，主要由成品板的厚度决定。

对于高密度多层板，一般应控制在板厚：孔径≤5:1的范围内。

过孔焊盘的计算方法为：过孔焊盘直径≥过孔直径+12mil注：在多层板的焊孔与电源层、地层的连接处，为增加其可靠性，同时避免焊接过程中大面积金属吸热而产生虚焊，一般连接盘应设计成花孔形状。

参数跟踪器：坐标位置，坐标指向的元器件、网络、布线等参数信息。

Shift+H：用于开启或关闭Borad Insight参数跟踪显示窗口Shift+G：开启Borad Insight参数跟踪显示窗口跟踪鼠标移动或关闭跟踪，锁定Borad Insight 参数跟踪显示窗口Shift+D：开启或关闭相对坐标显示。

相对坐标是为了协助设计者进行等长线布线时计量线长所用。

Shift+M：开启或者关闭放大镜功能，在交互式布线是可以帮助用户快捷地进行定位。

放大镜的尺寸大小、形状以及放大的模式可通过【优先设定】中的Borad Insight Lens选项卡来设置。

Shift+X：用于激活Borad Insight窗口，以图形和列表的方式为用户显示出光标当前所指位置处的网络和元器件信息。

Shift+V：激活Borad Insight窗口，显示违规信息。

电路板布局：手动布局：设计者手工在PCB板上进行元件的布局，包括移动、排列元件，修改元件封装，调整元件符号等，布局结果比较符合设计者的意图和实际应用的要求，也有利于后面的布线操作，但相对效率较低。

自动布局：按照设计者事先定义好的设计规则，系统自动地在PCB板上进行元件的布局，着中国方法效率较高，布局结构比较优化，但有时缺乏一定的合理性和实用性。