【正文】 51 適合于家用電器控制，分布式測(cè)控網(wǎng)絡(luò)， I/O 量不足不是很大的應(yīng)用系統(tǒng)。 3 硬件電路的 PCB設(shè)計(jì)流程 用 PROTEL99 設(shè)計(jì)電路板的基本流程如下： a) 電路板設(shè)計(jì)的先期工作 1)、 利用原理圖設(shè)計(jì)工具繪制原理圖，并且生成對(duì) 應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)表。 2)、手工更改網(wǎng)絡(luò)表將一些元件的固定用腳等原理圖上沒(méi)有的焊盤定義到與它相通的網(wǎng)絡(luò)上，沒(méi)任何物理連接的可定義到地或保護(hù)地等。將一些原理圖 和PCB 封裝庫(kù)中引腳名稱不一致的器件引腳名稱改成和 PCB 封裝庫(kù)中的一致。 b) 畫出自己定義的非標(biāo)準(zhǔn)器件的封裝庫(kù) ,將自己所畫的器件都放入一個(gè)自己建立的 PCB 庫(kù)專用設(shè)計(jì)文件。 c) 設(shè)置 PCB設(shè)計(jì)環(huán)境和繪制印刷電路的板框含中間的鏤空等 1)、進(jìn)入 PCB 系統(tǒng)后的第一步就是設(shè)置 PCB 設(shè)計(jì)環(huán)境，包括設(shè)置格點(diǎn)大小和類型 ，光標(biāo)類型，板層參數(shù)，布線參數(shù)等等。 2)、規(guī)劃電路板，主要是確定電路板的邊框，包括電路板的尺寸大小等等。 d)、 打開(kāi)所有要用到的 PCB 庫(kù)文件后，調(diào)入網(wǎng)絡(luò)表文件和修改零件封裝 。 這一步是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，網(wǎng)絡(luò)表是 PCB 自動(dòng)布線的靈魂，也是原理圖設(shè)計(jì)與印象電路板設(shè)計(jì)的接口，只有將網(wǎng)絡(luò)表裝入后，才能進(jìn)行電路板的布線。 在原理圖設(shè)計(jì)的過(guò)程中， ERC 檢查不會(huì)涉及到零件的封裝問(wèn)題。因此，原理圖設(shè)計(jì)時(shí)，零件的封裝可能被遺忘，在引進(jìn)網(wǎng)絡(luò)表時(shí)可以根據(jù)設(shè)計(jì)情況來(lái)修改或補(bǔ)充零件的封裝。 e) 布置零件封裝的位置，也稱零件布局 Protel99 可以進(jìn)行自動(dòng)布局 ,運(yùn)行 Tools下面的 Auto Place。布線的關(guān)鍵是布局，多數(shù)設(shè)計(jì)者采用手動(dòng)布局的形式。用鼠標(biāo)選中一個(gè)元件，按住鼠標(biāo)左鍵不放，拖住這個(gè)元件到達(dá)目的地，放開(kāi)左鍵，將該元件固定。注意：零件布局，應(yīng)當(dāng)從機(jī)械結(jié)構(gòu)散熱、電磁干擾、將來(lái)布線的方便性等方面綜合考慮。先布置與機(jī)械尺寸有關(guān)的器件，并鎖定這些器件，然后是大的占位置的器件和電路的核心元件，再是外圍的小元件。 f) 根據(jù)情況再作適當(dāng)調(diào)整然后將全部器件鎖定 板 上有重的器件或較大的接插件等受力器件邊上也應(yīng)加固定螺絲孔，有需要的話可在適當(dāng)位置放上一些測(cè)試用焊盤，最好在原理圖中就加上。 g) 布線規(guī)則設(shè)置 布線規(guī)則是設(shè)置布線的各個(gè)規(guī)范（象使用層面、各組線寬、過(guò)孔間距、布線的拓樸結(jié)構(gòu)等部分規(guī)則，可通過(guò) DesignRules 的 Menu 處從其它板導(dǎo)出后，再導(dǎo)入這塊板）這個(gè)步驟不必每次都要設(shè)置，按個(gè)人的習(xí)慣，設(shè)定一次就可以。 選DesignRules 一般需要重新設(shè)置以下幾點(diǎn) : 1)、安全間距 (Routing 標(biāo)簽的 Clearance Constraint) 它規(guī)定了板上不同網(wǎng)絡(luò)的走線焊盤過(guò)孔等之間必須保持的距離。 2)、走線層面和方向（ Routing 標(biāo)簽的 Routing Layers） 3） 、走線線寬（ Routing 標(biāo)簽的 Width Constraint） 它規(guī)定了手工和自動(dòng)布線時(shí)走線的寬度。整個(gè)板范圍的首選項(xiàng)一般取 ，另添加一些網(wǎng)絡(luò)或 網(wǎng)絡(luò)組（ Net Class）的線寬設(shè)置，如地線、 +5 伏電源線、交流電源輸入線、功率輸出線和電源組等。 4） 、敷銅連接形狀的設(shè)置（ Manufacturing 標(biāo)簽的 Polygon Connect Style） 用 Relief Connect 方式導(dǎo)線寬度 Conductor Width 取 4 根導(dǎo)線 45 或 90 度。 其余各項(xiàng)一般可用它原先的缺省值。 h) 自動(dòng)布線和手工調(diào)整 1)、點(diǎn)擊菜單命令 Auto Route/Setup 對(duì)自動(dòng)布線功能進(jìn)行設(shè)置 選中除了 Add Testpoints 以外的所有項(xiàng) 。 2)、點(diǎn)擊菜單命令 Auto Route/All 開(kāi)始自動(dòng)布線 3)、對(duì)布線進(jìn)行手工初步調(diào)整 i) 切換到單層顯示模式下（點(diǎn)擊菜單命令 Tools/Preferences，選中對(duì)話框中 Display 欄的 Single Layer Mode） 將每個(gè)布線層的線拉整齊和美觀。手工調(diào)整時(shí)應(yīng)經(jīng)常做 DRC，因?yàn)橛袝r(shí)候有些線會(huì)斷開(kāi)而你可能會(huì)從它斷開(kāi)處中間走上好幾根線，快完成時(shí)可將每個(gè)布線層單獨(dú)打印出來(lái)，以方便改線時(shí)參考，其間也要經(jīng)常用 3D 顯示和密度圖功能查看。 最后取消單層顯示模式，存盤。 j) 如果器件需要重新標(biāo)注可點(diǎn)擊菜單命令 Tools/ReAnnotate 并選擇好方向后，按 OK鈕。 并回原理圖中選 ToolsBack Annotate 并選擇好新生成的那個(gè) *.WAS 文件后，按 OK 鈕。原理圖中有些標(biāo)號(hào)應(yīng)重新拖放以求美觀，全部調(diào)完并 DRC 通過(guò)后，拖放所有絲印層的字符到合適位置。 k) 對(duì)所有過(guò)孔和焊盤補(bǔ)淚滴 補(bǔ)淚滴可增加它們的牢度，但會(huì)使板上的線變得較難看。 l) 放置覆銅區(qū) 將設(shè)計(jì)規(guī)則里的安全間距暫時(shí)改為 并清除錯(cuò)誤標(biāo)記，選PlacePolygon Plane 在各布線層放置地線網(wǎng)絡(luò)的覆銅（盡量用八角形，而不是用圓弧來(lái)包裹焊盤。 m) 最后再做一次 DRC 選擇其中 Clearance Constraints Max/Min Width Constraints Short Circuit Constraints 和 UnRouted Nets Constraints 這幾項(xiàng)，按 Run DRC 鈕，有錯(cuò)則改正全部正確后存盤。 n) Email 或拷盤給加工廠家，注明板材料和厚度、數(shù)量、加工時(shí)需特別注意之處等。 o) 產(chǎn)生 BOM 文件并導(dǎo)出后編輯成符合公司內(nèi)部規(guī)定的格式。 p) 將邊框螺絲孔接插件等與機(jī)箱機(jī)械加工有關(guān)的部分（即先把其它不相關(guān)的部分選中后刪除），導(dǎo)出為 公制尺寸的 AutoCAD R14 的 DWG 格式文件給機(jī)械設(shè)計(jì)人員。 q) 整理和打印各種文檔。如元器件清單、器件裝配圖（并應(yīng)注上打印比例）、安裝和接線說(shuō)明等。 生成的 PCB 圖如圖 ： 圖 PCB圖 4 報(bào)警器電路 PCB設(shè)計(jì)要點(diǎn) 電磁兼容設(shè)計(jì) 目前電子器材用于各類電子設(shè)備和系統(tǒng)仍然以印制電路板為主要裝配方式。實(shí)踐證明，即使電路原理圖設(shè)計(jì)正確，印制電路板設(shè)計(jì)不當(dāng)，也會(huì)對(duì)電子設(shè)備的可靠性產(chǎn)生不利影響。例如，如果印制板兩條細(xì)平行線靠得很近，則會(huì)形成 信號(hào)波形的延遲， 在傳輸線的終端形成反射噪聲。因此，在設(shè)計(jì)印制電路板的時(shí)候，應(yīng)注意采用正確的方法。 電磁兼容性是指電子設(shè)備在各種電磁環(huán)境中仍能夠協(xié)調(diào)、有效地進(jìn)行工作的能力。電磁兼容性設(shè)計(jì)的目的是使電子設(shè)備既能抑制各種外來(lái)的干擾，使電子設(shè)備在特定的電磁環(huán)境中能夠正常工作，同時(shí)又能減少電子設(shè)備本身對(duì)其它電子設(shè)備的電磁干擾。 PCB 布局 印制電路板大小要適中，過(guò)大時(shí)印制線條長(zhǎng)，阻抗增加，不僅抗噪聲能力下降，成本也高；過(guò)小，則散熱不好，同時(shí)易受臨近線條干擾。 在器件布置方面與其它邏輯電路一樣，應(yīng)把相互有關(guān)的器件盡量放得 靠近些，這樣可以獲得較好的抗噪聲效果。如 原理圖所示 晶振和 555定時(shí)器 輸入端都易產(chǎn)生噪聲，要相互靠近些。易產(chǎn)生噪聲的器件、小電流電路、大電流電路等應(yīng)盡量遠(yuǎn)離邏輯電路，如有可能，應(yīng)另做電路板，這一點(diǎn)十分重要 設(shè)計(jì)要求歸結(jié)如下： a) 對(duì)低電平模擬電路和數(shù)字邏輯電路要盡可能地分離。有助于降低線路板內(nèi)部的串?dāng)_、公共阻抗耦合和輻射發(fā)射。 b) 在線路板上有模擬電路的情況。把數(shù)字電路和模擬電路分開(kāi)，有條件時(shí)將數(shù)字電路和模擬電路安排在不同層內(nèi)。如果一定要安排在同層；可采用開(kāi)溝、加接地線條、分隔等方法補(bǔ)救。模擬的和數(shù)字的地、 電源都要分開(kāi)，不能混用。數(shù)字信號(hào)有很寬的頻譜，是產(chǎn)生干擾的主要來(lái)源。 c) 數(shù)字電路的電磁兼容設(shè)計(jì)中要考慮的是數(shù)字脈沖的上升沿和下降沿所決定的頻帶寬而不是數(shù)字脈沖的重復(fù)頻率。方形數(shù)字信號(hào)的印制板設(shè)計(jì)帶寬定為 1／ πtr ，通常要考慮這個(gè)帶寬的十倍頻。 d) 時(shí)鐘電路和高頻電路是主要的干擾和輻射源，一定要單獨(dú)安排、遠(yuǎn)離敏感電路。 e) 要建立分布參數(shù)的概念，高于一定頻率時(shí)，任何金屬導(dǎo)線都要看成是由電阻、電感構(gòu)成的器件。所以，接地引線具有一定的阻抗并且構(gòu)成電氣回路，不管是單點(diǎn)接地還是多點(diǎn)接地，都必須構(gòu)成低阻抗回路進(jìn) 入真正的地或機(jī)架。 25mm長(zhǎng)的典型的印制線大約會(huì)表現(xiàn) 15nH 到 20nH 的電感，加上分布電容的存在，就會(huì) 在接地板和設(shè)備機(jī)架之間構(gòu)成諧振電路。 f) 接地電流流經(jīng)接地線時(shí)，會(huì)產(chǎn)主傳輸線效應(yīng)和天線效應(yīng)。當(dāng)線條長(zhǎng)度為1／ 4 波長(zhǎng)時(shí)，可以表現(xiàn)出很高的阻抗，接地線實(shí)際上是開(kāi)路的，接地線反而成為向外輻射的 天 線。 g) 接地板上充滿高頻電流和干擾場(chǎng)形成的渦流，因此，在接地點(diǎn)之間構(gòu)成許多回路，這些回路的直徑（或接地點(diǎn)間距）應(yīng)小于最高頻率波長(zhǎng)的 1/20。專用零伏線和 VCC 的走線寬度應(yīng) ≥1mm 。要為模擬電路專門提供一根零伏線。 h) 單面或雙面板的電源線和地線應(yīng)盡可能靠近，最好的方法是電源線布在印制板的一面，而地線布在印制板的另一面，上下重合，這會(huì)使電源的阻抗為最低。另外，整塊印制板上的電源和地線要呈 “ 井 ” 字分布，以便使布線的電流達(dá)到均衡。 i) 印制線路設(shè)計(jì)中還要特別注意電流流過(guò)電路中的導(dǎo)線環(huán)路尺寸，因?yàn)檫@些回路就相當(dāng)于正在工作中的小天線，隨時(shí)隨地向空間進(jìn)行輻射。特別是要注意時(shí)鐘部分的走線，因?yàn)檫@部分是整個(gè)電路中工作頻率最高的。信號(hào)走線要盡量短，因?yàn)樗鼈兪堑湫偷陌l(fā)射天線；晶振要盡量靠近 IC，且布線要較粗；晶振外殼接地； PCB 板上的 線寬不要突變，導(dǎo)線不要突然拐角。 j) 為了減少平行走線時(shí)的串?dāng)_，必要時(shí)可增加印刷線條間的距離；或在走線之間有意識(shí)地安插一根零伏線，作為線條之間的隔離；如有可能，在 PCB 板的接口處加 RC 低通濾波器或 EMI 抑制元件（如磁珠、信號(hào)濾波器等），以消除連接線的干擾；但是要注意不要影響有用信號(hào)的傳輸； PCB 板的信號(hào)接口要盡可能多地分配一些零伏線的連接腳，并均勻地將信號(hào)線分開(kāi)。 k) 設(shè)計(jì)印制板時(shí)經(jīng)常要在電路上加電容器來(lái)滿足數(shù)字電路工作時(shí)要求的電源平穩(wěn)和潔凈度。電路中的電容可分為退耦電容、旁路電容和容納電容三類。退耦 電容用來(lái)濾除高頻器件在電源板上引起的輻射電流，為器件提供一個(gè)局域化的直流，還能減低印制電路中的電流沖擊的峰值。旁路電容能消除高頻輻射噪聲。噪聲能限制電路的帶寬，產(chǎn)主共模干擾。平滑或容納電容是用來(lái)解決開(kāi)關(guān)器件工作時(shí)電源電壓會(huì)產(chǎn)生突降的問(wèn)題。 l) 設(shè)計(jì)中最重要的是確定電容量和接入電容的地點(diǎn)。電容器的自諧振頻率是決定電容設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)。電容器有引出線，就會(huì)給電容器附加了固有的電感 和電阻，考慮這些因素，實(shí)際的電容可看成由電阻、電感、電容組成的串聯(lián)諧振電路 。 因此，實(shí)際電容器都有自諧振頻率，在自諧振頻率以下，電容器呈 電容性；高于自諧振頻率時(shí)，電容器呈電感性，阻抗隨頻率增高而增大，使旁路作用大大下降。 PCB 布線 在 PCB 設(shè)計(jì)中，布線是完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重要步驟，可以說(shuō)前面的準(zhǔn)備工作都是為它而做的，在整個(gè) PCB 中，以布線的設(shè)計(jì)過(guò)程限定最高，技巧最細(xì)、工作量最大。 PCB 布線有單面布線、 雙面布線及多層布線。布線的方式也有兩種：自動(dòng)布線及交互式布線，在自動(dòng)布線之前， 可以用交互式預(yù)先對(duì)要求比較嚴(yán)格的線進(jìn)行布線，輸入端與輸出端的邊線應(yīng)避免相鄰平行， 以免產(chǎn)生反射干擾。必要時(shí)應(yīng)加地線隔離，兩相鄰層的布線要互相垂直，平行 容易產(chǎn)生寄生耦合。 自動(dòng)布線的布通率，依賴于良好的布局，布線規(guī)則可以預(yù)先設(shè)定，包括走線的彎曲次數(shù)、導(dǎo)通孔的數(shù)目、步進(jìn)的數(shù)目等。一般先進(jìn)行探索式布經(jīng)線，快速地把短線連通， 然后進(jìn)行迷宮式布線，先把要布的連線進(jìn)行全局的布線路徑優(yōu)化，它可以根據(jù)需要斷開(kāi)已布的線。 并試著重新再布線，以改進(jìn)總體效果。 a) 電源、地線的處理 既使在整個(gè) PCB 板中的布線完成得都很好，但由于電源、 地線的考慮不周到而引起的干擾，會(huì)使產(chǎn)品的性能下降，有時(shí)甚至影響到產(chǎn)品的成功率。所以對(duì)電、 地線的布線要認(rèn)真對(duì)待，把 電、地線所產(chǎn)生的噪音干擾降到最低限度，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量。 1）、 眾所周知的是在電源、地線之間加上去耦電容。退藕電容的一般配置原則是： 首先， 電源輸入端跨接 10～ 100uf 的電解電容器。如有可能，接 100uF以上的更好。 第二、 原則上每個(gè)集成電路芯片都應(yīng)布置一個(gè) 的瓷片電容，如遇印制板空隙不夠，可每 4～ 8個(gè)芯片布置一個(gè) 1～ 10pF 的鉭電容。 第三、 對(duì)于抗噪能力弱、關(guān)斷時(shí)電源變化大的器件，如 RAM、 ROM 存儲(chǔ)器件，應(yīng)在芯片的電源線和地線之間直接接入退藕電容。 第四、 電容引線不能太長(zhǎng)，尤其是高頻旁路電容不能有引線。 此外，還應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：在印制板中有接觸器、繼電器、按鈕等元件時(shí)，操作它們時(shí) 均會(huì)產(chǎn)生較大火花放電，必須采用 RC 電路來(lái)吸收放電電流。一般 R取 1～ 2K， C取 ～ 47uF； CMOS 的輸入阻抗很高，且易受感應(yīng)，因此在使用時(shí)對(duì)不用端要接地或接正電源。 2）、 盡量加寬電源、地線寬度，最好是地線比電源線寬，它們的關(guān)系是：地線＞電源線＞信號(hào)線，通常信號(hào)線寬