印制板设计要求

丁军林

一、印制板设计要求
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1、正确

* J& N/ ~+ U6 r. [/ ]) I. ?9 r这是印制板设计最基本、最重要的要求，准确实现电原理图的连接关系，避免出现“短路”和“断路”这两个简单而致命的错误。这一基本要求在手工设计和用简单CAD软件设计的PCB中并不容易做到，一般的产品都要经过两轮以上试制修改，功能较强的CAD软件则有检验功能，可以保证电气连接的正确性。

, ~" e- z( j3 K# D2、可靠
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/ X7 c. [. E: R& U% R. t# K这是PCB 设计中较高一层的要求。连接正确的电路板不一定可靠性好，例如板材选择不合理，板厚及安装固定不正确，元器件布局布线不当等都可能导致PCB不能可靠地工作，早期失效甚至根本不能正确工作。再如多层板和单、双面板相比，设计时要容易得多，但就可靠而言却不如单、双面板。从可靠性的角度讲，结构越简单，使用面越小，板子层数越少，可靠性越高。
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1 m: {$ e6 ~- ~/ W: \4 y) C! A3、合理
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+ f6 O+ ]7 w" u9 ^0 L, F' R这是PCB 设计中更深一层，更不容易达到的要求。一个印制板组件，从印制板的制造、检验、装配、调试到整机装配、调试，直到使用维修，无不与印制板的合理与否息息相关，例如板子形状选得不好加工困难，引线孔太小装配困难，没留试点高度困难，板外连接选择不当维修困难等等。每一个困难都可能导致成本增加，工时延长。而每一个造成困难的原因都源于设计者的失误。没有绝对合理的设计，只有不断合理化的过程。它需要设计者的责任心和严谨的作风，以及实践中为断总结、提高的经验。
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4、经济

这是一个不难达到、又不易达到，但必须达到的目标。说“不难”，板材选低价，板子尺寸尽量小，连接用直焊导线，表面涂覆用最便宜的，选择价格最低的加工厂等等，印制板制造价格就会下降。但是不要忘记，这些廉价的选择可能造成工艺性，可靠性变差，使制造费用、维修费用上升，总体经济性不一定分理处，因此说“不易”。“必须”则是市场竞争的原则。竞争是无情的，一个原理先进，技术高新的产品可能因为经济性原因夭折。

体会：

1、要有合理的走向：如输入/输出，交流/直流，强/弱信号，高频/低频，高压/低压等，它们的走向应该是呈线形的(或分离)，不得相互交融。其目的是防止相互干扰。最好的走向是按直线，但一般不易实现，最不利的走向是环形，所幸的是可以设隔离带来改善。对于是直流，小信号，低电压PCB设计的要求可以低些。所以“合理”是相对的。

2、选择好接地点：小小的接地点不知有多少工程技术人员对它做过多少论述，足见其重要性。一般情况下要求共点地，如：前向放大器的多条地线应汇合后再与干线地相连等等。现实中，因受各种限制很难完全办到，但应尽力遵循。这个问题在实际中是相当灵活的。每个人都有自己的一套解决方案。如能针对具体的电路板来解释就容易理解。
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, f3 l" I3 j9 e: _2 h' r3、合理布置电源滤波/退耦电容：一般在原理图中仅画出若干电源滤波/退耦电容，但未指出它们各自应接于何处。其实这些电容是为开关器件(门电路)或其它需要滤波/退耦的部件而设置的，布置这些电容就应尽量靠近这些元部件，离得太远就没有作用了。有趣的是，当电源滤波/退耦电容布置的合理时，接地点的问题就显得不那么明显。

( A, u0 l$ v% N6 M" h) Z4 K4、线条有讲究：有条件做宽的线决不做细；高压及高频线应园滑，不得有尖锐的倒角，拐弯也不得采用直角。地线应尽量宽，最好使用大面积敷铜，这对接地点问题有相当大的改善。

5、有些问题虽然发生在后期制作中，但却是PCB设计中带来的，它们是：过线孔太多，沉铜工艺稍有不慎就会埋下隐患。所以，设计中应尽量减少过线孔。同向并行的线条密度太大，焊接时很容易连成一片。所以，线密度应视焊接工艺的水平来确定。    焊点的距离太小，不利于人工焊接，只能以降低工效来解决焊接质量。否则将留下隐患。所以，焊点的最小距离的确定应综合考虑焊接人员的素质和工效。焊盘或过线孔尺寸太小，或焊盘尺寸与钻孔尺寸配合不当。前者对人工钻孔不利，后者对数控钻孔不利。容易将焊盘钻成“c”形，重则钻掉焊盘。导线太细，而大面积的未布线区又没有设置敷铜，容易造成腐蚀不均匀。即当未布线区腐蚀完后，细导线很有可能腐蚀过头，或似断非断，或完全断。所以，设置敷铜的作用不仅仅是增大地线面积和抗干扰。
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9 _( l2 }# s" U; E- n* q0 E, |二、protel 打印设置

+ g% g' F" ?  C! {SCH的打印设置较简单，在Margins的Top Bottom Left Right内全填上0然后点击Refresh,这样就能最大范围的占用页面，使打印出的SCH图更大些。

4 W6 ^. k) F& L* [PCB的设置：打开File>Setup Printer…进行打印前的设置。
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在弹出的Printer Setup菜单中，要先选择您的打印机：最先几个是默认的打印机，后面两个是我们安装了的打印机，（我的机子上是这样）两个中一个后缀为Final，一个是Composite，前一个的意思是打印机一次只打印一个层（不管您选了几个层，只是分几次打印而已），后一个是一次打印所有你选中的层面，根据需要自己选择！下一步：点击下方的Options按钮，进行属性设置。假设我们选final然后进入Options进行设置，进入后的选项一般不用动，Scale为打印比例，默认的为1:1，如果想满页打印，就将那个小框打上钩，哦！右边的Show Hole蛮重要，选中他就可以把电路板上的孔打印出来（做光刻板就要选这个，有帮助），好了，点击Setup进行纸张大小设置就完成了打印机 Options。还没完呢！麻烦把！回到选打印机属性的对话框，选择Layers，进行打印层的设置，进去以后，看见了吧！是不是很熟悉呢！根据自己需要选择吧。
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% O9 d% r: B4 y三、常用的PCB库文件

) a6 l, Q9 L/ c. m* }! M1.\library\pcb\connectors目录下的元件数据库所含的元件库含有绝大部分接插件元件的PCB封装
$ o! O9 M+ T5 \* {
1）.D type connectors.ddb,含有并口，串口类接口元件的封装
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4 _9 [& Z$ ?, r$ [2）.headers.ddb:含有各种插头元件的封装

2.\library\pcb\generic footprints目录下的数据库所含的元件库含有绝大部分的普通元件的PCB封状
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  C1 G) S& _1 n' P3 o  \1）.general ic.ddb,含有CFP，DIP，JEDECA，LCC，DFP，ILEAD，SOCKET，PLCC系列以及表面贴装电阻，电容等元件封装
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8 r& @" z. s+ d/ @/ D$ x2）.international rectifiers.ddb,含有IR公司的整流桥，二极管等常用元件的封装

3）.Miscellaneous.ddb,含有电阻，电容，二极管等的封装
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4）.PGA.ddb,含有PGA封装
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5）.Transformers.ddb,含有变压器元件的封装
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6）.Transistors.ddb含有晶体管元件的封装

& Y2 V* ~6 z9 \0 ]3.\library\pcb\IPC footprints目录下的元件数据库所含的元件库中有绝大部分的表面帖装元件的封装
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四、PCB及电路抗干扰措施                                                         

0 }4 [( Y( Z8 G印制电路板的抗干扰设计与具体电路有着密切的关系，这里仅就PCB抗干扰设计的几项常用措施做一些说明。

# r" D2 S  Y' ~: D1.电源线设计
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( `% B/ s( }2 k9 @- a9 X4 }    根据印制线路板电流的大小，尽量加租电源线宽度，减少环路电阻。同时、使电源线、地线的走向和数据传递的方向一致，这样有助于增强抗噪声能力。                                                              

2.地线设计的原则
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7 k8 Q" K3 d, S$ ^$ ?    (1)数字地与模拟地分开。若线路板上既有逻辑电路又有线性电路，应使它们尽量分开。低频电路的地应尽量采用单点并联接地，实际布线有困难时可部分串联后再并联接地。高频电路宜采用多点串联接地，地线应短而租，高频元件周围尽量用栅格状大面积地箔。                        
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4 F' ~0 |- b$ T2 C# Q    (2)接地线应尽量加粗。若接地线用很纫的线条，则接地电位随电流的变化而变化，使抗噪性能降低。因此应将接地线加粗，使它能通过三倍于印制板上的允许电流。如有可能，接地线应在2~3mm以上。                                                                              
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# O2 j/ ?' D' j' b3 k(3)接地线构成闭环路。只由数字电路组成的印制板，其接地电路布成团环路大多能提高抗噪声能力。
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3.退藕电容配置

    PCB设计的常规做法之一是在印制板的各个关键部位配置适当的退藕电容。退藕电容的一般配置原则是：

' y* `0 Z. F/ l. H(1)电源输入端跨接10~100uf的电解电容器。如有可能，接100uF以上的更好。
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) m& J. Z! Q  O# T(2)原则上每个集成电路芯片都应布置一个0.01pF的瓷片电容，如遇印制板空隙不够，可每4~8个芯片布置一个1~10pF的钽电容。

    (3)对于抗噪能力弱、关断时电源变化大的器件，如RAM、ROM存储器件，应在芯片的电源线和地线之间直接接入退藕电容。

    (4)电容引线不能太长，尤其是高频旁路电容不能有引线。
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(5)在印制板中有接触器、继电器、按钮等元件时．操作它们时均会产生较大火花放电，必须采用RC电路来吸收放电电流。一般R取1~2K，C取2.2~47UF。

6 j% B& l7 E( B7 L# r(6) CMOS的输入阻抗很高，且易受感应，因此在使用时对不用端要接地或接正电源。
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五、PCB布线原则
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! `5 T' ^) g* _3 J) R0 m( t$ b   在PCB设计中，布线是完成产品设计的重要步骤，可以说前面的准备工作都是为它而做的，在整个PCB中，以布线的设计过程限定最高，技巧最细、工作量最大。PCB布线有单面布线、 双面布线及多层布线。布线的方式也有两种：自动布线及交互式布线，在自动布线之前，可以用交互式预先对要求比较严格的线进行布线，输入端与输出端的边线应避免相邻平行， 以免产生反射干扰。必要时应加地线隔离，两相邻层的布线要互相垂直，平行容易产生寄生耦合。
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% S6 J  S) n6 V1 C0 n& Q* ?    自动布线的布通率，依赖于良好的布局，布线规则可以预先设定， 包括走线的弯曲次数、导通孔的数目、步进的数目等。一般先进行探索式布经线，快速地把短线连通，然后进行迷宫式布线，先把要布的连线进行全局的布线路径优化，它可以根据需要断开已布的线。 并试着重新再布线，以改进总体效果。

8 i; R6 [6 \; ]# t  B1 t3 I    对目前高密度的PCB设计已感觉到贯通孔不太适应了， 它浪费了许多宝贵的布线通道，为解决这一矛盾，出现了盲孔和埋孔技术，它不仅完成了导通孔的作用，还省出许多布线通道使布线过程完成得更加方便，更加流畅，更为完善，PCB 板的设计过程是一个复杂而又简单的过程，要想很好地掌握它，还需广大电子工程设计人员去自已体会，才能得到其中的真谛。
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+ ]3 I% Y; R5 g6 R& h1 电源、地线的处理

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, k2 _" f9 l/ Y( {    既使在整个PCB板中的布线完成得都很好，但由于电源、 地线的考虑不周到而引起的干扰，会使产品的性能下降，有时甚至影响到产品的成功率。所以对电源、地线的布线要认真对待，把电源、地线所产生的噪音干扰降到最低限度，以保证产品的质量。
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    对每个从事电子产品设计的工程人员来说都明白地线与电源线之间噪音所产生的原因，现只对降低式抑制噪音作以表述：
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众所周知的是在电源、地线之间加上去耦电容。
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6 ]9 h8 L2 [: a; U$ H7 N2 L$ x6 S尽量加宽电源、地线宽度，最好是地线比电源线宽，它们的关系是：地线＞电源线＞信号线，通常信号线宽为：0.2～0.3mm,最经细宽度可达0.05～0.07mm,电源线为1.2～2.5 mm

对数字电路的PCB可用宽的地导线组成一个回路, 即构成一个地网来使用(模拟电路的地不能这样使用)

用大面积铜层作地线用,在印制板上把没被用上的地方都与地相连接作为地线用。或是做成多层板，电源，地线各占用一层。
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2 数字电路与模拟电路的共地处理
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    现在有许多PCB不再是单一功能电路（数字或模拟电路），而是由数字电路和模拟电路混合构成的。因此在布线时就需要考虑它们之间互相干扰问题，特别是地线上的噪音干扰。

/ w4 x7 w4 D5 x% @* ^4 v数字电路的频率高，模拟电路的敏感度强，对信号线来说，高频的信号线尽可能远离敏感的模拟电路器件，对地线来说，整人PCB 对外界只有一个结点，所以必须在PCB内部进行处理数、模共地的问题，而在板内部数字地和模拟地实际上是分开的它们之间互不相连，只是在PCB与外界连接的接口处（如插头等）。数字地与模拟地有一点短接，请注意，只有一个连接点。也有在PCB上不共地的，这由系统设计来决定。
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% Z# M4 Z) W. D5 p1 b) h4 ?3 信号线布在电（地）层上
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) W, f% G2 d* H' W# G    在多层印制板布线时，由于在信号线层没有布完的线剩下已经不多，再多加层数就会造成浪费也会给生产增加一定的工作量，成本也相应增加了，为解决这个矛盾，可以考虑在电（地）层上进行布线。首先应考虑用电源层，其次才是地层。因为最好是保留地层的完整性。

4 大面积导体中连接腿的处理

    在大面积的接地（电）中，常用元器件的腿与其连接，对连接腿的处理需要进行综合的考虑，就电气性能而言，元件腿的焊盘与铜面满接为好，但对元件的焊接装配就存在一些不良隐患如：①焊接需要大功率加热器。②容易造成虚焊点。所以兼顾电气性能与工艺需要，做成十字花焊盘，称之为热隔离（heat shield）俗称热焊盘（Thermal），这样，可使在焊接时因截面过分散热而产生虚焊点的可能性大大减少。多层板的接电（地）层腿的处理相同。

5 布线中网络系统的作用
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    在许多CAD系统中，布线是依据网络系统决定的。网格过密，通路虽然有所增加，但步进太小，图场的数据量过大，这必然对设备的存贮空间有更高的要求，同时也对象计算机类电子产品的运算速度有极大的影响。而有些通路是无效的，如被元件腿的焊盘占用的或被安装孔、定们孔所占用的等。网格过疏，通路太少对布通率的影响极大。所以要有一个疏密合理的网格系统来支持布线的进行。
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    标准元器件两腿之间的距离为0.1英寸(2.54mm),所以网格系统的基础一般就定为0.1英寸(2.54 mm)或小于0.1英寸的整倍数，如：0.05英寸、0.025英寸、0.02英寸等。

6 设计规则检查（DRC）

+ p6 A/ }: l+ A0 P9 f    布线设计完成后，需认真检查布线设计是否符合设计者所制定的规则，同时也需确认所制定的规则是否符合印制板生产工艺的需求，一般检查有如下几个方面：

; ^6 H" s  o" c: U线与线，线与元件焊盘，线与贯通孔，元件焊盘与贯通孔，贯通孔与贯通孔之间的距离是否合理，是否满足生产要求。
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电源线和地线的宽度是否合适，电源与地线之间是否紧耦合（低的波阻抗）？在PCB中是否还有能让地线加宽的地方。
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" B' A6 c5 ~( X对于关键的信号线是否采取了最佳措施，如长度最短，加保护线，输入线及输出线被明显地分开。
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# v! W$ _2 |4 T' B) E1 O  d5 c模拟电路和数字电路部分，是否有各自独立的地线。

9 M% \* s- H/ s3 Q5 V! f  u后加在PCB中的图形（如图标、注标）是否会造成信号短路。

- a0 @$ b. e. |0 k对一些不理想的线形进行修改。
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$ b- \7 c: y- `7 R2 I( L在PCB上是否加有工艺线？阻焊是否符合生产工艺的要求，阻焊尺寸是否合适，字符标志是否压在器件焊盘上，以免影响电装质量。
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  E6 i5 b5 i0 s) P8 y2 o' \  O5 a; Y+ K: F) ]多层板中的电源地层的外框边缘是否缩小，如电源地层的铜箔露出板外容易造成短路。  

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六、关于滤波  

    滤波技术是抑制干扰的一种有效措施，尤其是在对付开关电源EMI信号的传导干扰和某些辐射干扰方面，具有明显的效果。

- p. `2 e5 a$ Y* w% V    任何电源线上传导干扰信号，均可用差模和共模干扰信号来表示。
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    差模干扰在两导线之间传输，属于对称性干扰；共模干扰在导线与地(机壳)之间传输，属于非对称性干扰。在一般情况下，差模干扰幅度小、频率低、所造成的干扰较小，共模干扰幅度大、频率高，还可以通过导线产生辐射，所造成的干扰较大。因此，欲削弱传导干扰，把EMI信号控制在有关EMC标准规定的极限电平以下。除抑制干扰源以外，最有效的方法就是在开关源输入和输出电路中加装EMI滤波器。一般设备的工作频率约为10～50 kHz。EMC很多标准规定的传导干扰电平的极限值都是从10 kHz算起。对开关电源产生的高频段EMI信号，只要选择相应的去耦电路或网络结构较为简单的EMI滤波器，就不难满足符合EMC标准的滤波效果。
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1 .1瞬态干扰
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    是指交流电网上出现的浪涌电压、振铃电压、火花放电等瞬间干扰信号，其特点是作用时间极短，但电压幅度高、瞬态能量大。瞬态干扰会造成单片开关电源输出电压的波动；当瞬态电压叠加在整流滤波后的直流输入电压ＶＩ上，使ＶＩ超过内部功率开关管的漏－源击穿电压Ｖ（ＢＲ）ＤＳ时，还会损坏ＴＯＰＳｗｉｔｃｈ芯片，因此必须采用抑制措施。通常，静电放电（ESD）和电快速瞬变脉冲群（EFT）对数字电路的危害甚于其对模拟电路的影响。静电放电在5 — 200MHz的频率范围内产生强烈的射频辐射。此辐射能量的峰值经常出现在35MHz — 45MHz之间发生自激振荡。许多I/O电缆的谐振频率也通常在这个频率范围内，结果，电缆中便串入了大量的静电放电辐射能量。当电缆暴露在4 — 8kV静电放电环境中时，I/O电缆终端负载上可以测量到的感应电压可达到600V。这个电压远远超出了典型数字的门限电压值0.4V。典型的感应脉冲持续时间大约为400纳秒。将I/O电缆屏蔽起来，且将其两端接地，使内部信号引线全部处于屏蔽层内，可以将干扰减小60 — 70dB，负载上的感应电压只有0.3V或更低。电快速瞬变脉冲群也产生相当强的辐射发射，从而耦合到电缆和机壳线路。电源线滤波器可以对电源进行保护。线 — 地之间的共模电容是抑制这种瞬态干扰的有效器件，它使干扰旁路到机壳，而远离内部电路。当这个电容的容量受到泄漏电流的限制而不能太大时，共模扼流圈必须提供更大的保护作用。这通常要求使用专门的带中心抽头的共模扼流圈，中心抽头通过一只电容（容量由泄漏电流决定）连接到机壳。共模扼流圈通常绕在高导磁率铁氧体芯上，其典型电感值为15 ～ 20mH。



$ T" K5 _3 S# H* c9 l$ X- U  h9 A1.2传导的抑制
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, u  ?/ c; w  t+ O$ g; x0 |    往往单纯采用屏蔽不能提供完整的电磁干扰防护，因为设备或系统上的电缆才是最有效的干扰接收与发射天线。许多设备单台做电磁兼容实验时都没有问题，但当两台设备连接起来以后，就不满足电磁兼容的要求了，这就是电缆起了接收和辐射天线的作用。唯一的措施就是加滤波器，切断电磁干扰沿信号线或电源线传播的路径，与屏蔽共同够成完善的电磁干扰防护，无论是抑制干扰源、消除耦合或提高接收电路的抗能力，都可以采用滤波技术。针对不同的干扰，应采取不同的抑制技术，由简单的线路清理，至单个元件的干扰抑制器、滤波器和变压器，再至比较复杂的稳压器和净化电源，以及价格昂贵而性能完善的不间断电源，下面分别作简要叙述。
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1.3 专用线路

, m- _0 b0 G7 G1 D2 l& P    只要通过对供电线路的简单清理就可以取得一定的干扰抑制效果。如在三相供电线路中认定一相作为干扰敏感设备的供电电源；以另一相作为外部设备的供电电源；再以一相作为常用测试仪器或其他辅助设备的供电电源。这样的处理可避免设备间的一些相互干扰，也有利于三相平衡。值得一提的是在现代电子设备系统中，由于配电线路中非线性负载的使用，造成线路中谐波电流的存在，而零序分量谐波在中线里不能相互抵消，反而是叠加，因此过于纤细的中线会造成线路阻抗的增加，干扰也将增加。同时过细的中线还会造成中线过热。



1.4 瞬变干扰抑制器
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属瞬变干扰抑制器的有气体放电管、金属氧化物压敏电阻、硅瞬变吸收二极管和固体放电管等多种。其中金属氧化物压敏电阻和硅瞬变吸收二极管的工作有点象普通的稳压管，是箝位型的干扰吸收器件；而气体放电管和固体放电管是能量转移型干扰吸收器件（以气体放电管为例，当出现在放电管两端的电压超过放电管的着火电压时，管内的气体发生电离，在两电极间产生电弧。由于电弧的压降很低，使大部分瞬变能量得以转移，从而保护设备免遭瞬变电压破坏）。瞬变干扰抑制器与被保护设备并联使用。

1.5气体放电管

% I! W' z: R* [0 e. C气体放电管也称避雷管，目前常用于程控交换机上。避雷管具有很强的浪涌吸收能力，很高的绝缘电阻和很小的寄生电容，对正常工作的设备不会带来任何有害影响。但它对浪涌的起弧响应，与对直流电压的起弧响应之间存在很大差异。例如90V气体放电管对直流的起弧电压就是90V，而对5kV/μs的浪涌起弧电压最大值可能达到1000V。这表明气体放电管对浪涌电压的响应速度较低。故它比较适合作为线路和设备的一次保护。此外，气体放电管的电压档次很少。
5 B+ @2 \  T0 G; N: m
4 D; L& a% T* n. m1.6金属氧化物压敏电阻

    由于价廉，压敏电阻是目前广泛应用的瞬变干扰吸收器件。描述压敏电阻性能的主要参数是压敏电阻的标称电压和通流容量即浪涌电流吸收能力。前者是使用者经常易弄混淆的一个参数。压敏电阻标称电压是指在恒流条件下（外径为7mm以下的压敏电阻取0.1mA；7mm以上的取1mA）出现在压敏电阻两端的电压降。由于压敏电阻有较大的动态电阻，在规定形状的冲击电流下（通常是8/20μs的标准冲击电流）出现在压敏电阻两端的电压（亦称是最大限制电压）大约是压敏电阻标称电压的1.8～2倍（此值也称残压比）。这就要求使用者在选择压敏电阻时事先有所估计，对确有可能遇到较大冲击电流的场合，应选择使用外形尺寸较大的器件（压敏电阻的电流吸收能力正比于器件的通流面积，耐受电压正比于器件厚度，而吸收能量正比于器件体积）。使用压敏电阻要注意它的固有电容。根据外形尺寸和标称电压的不同，电容量在数千至数百pF之间，这意味着压敏电阻不适宜在高频场合下使用，比较适合于在工频场合，如作为晶闸管和电源进线处作保护用。特别要注意的是，压敏电阻对瞬变干扰吸收时的高速性能（达ns)级，故安装压敏电阻必须注意其引线的感抗作用，过长的引线会引入由于引线电感产生的感应电压（在示波器上，感应电压呈尖刺状）。引线越长，感应电压也越大。为取得满意的干扰抑制效果，应尽量缩短其引线。关于压敏电阻的电压选择，要考虑被保护线路可能有的电压波动（一般取1.2～1.4倍）。如果是交流电路，还要注意电压有效值与峰值之间的关系。所以对 220V线路，所选压敏电阻的标称电压应当是220×1.4×1.4≈430V。此外，就压敏电阻的电流吸收能力来说，1kA（对8/20μs的电流波）用在晶闸管保护上，3kA用在电器设备的浪涌吸收上；5kA用在雷击及电子设备的过压吸收上；10kA用在雷击保护上。压敏电阻的电压档次较多，适合作设备的一次或二次保护。
+ b$ K- j. a9 m# ^$ d


+ y, i9 l) P8 S& R/ T' ~2 D1.7硅瞬变电压吸收二极管（TVS管）

9 N) w. N3 `0 x1 u8 U. _硅瞬变电压吸收二极管具有极快的响应时间（亚纳秒级）和相当高的浪涌吸收能力，及极多的电压档次。可用于保护设备或电路免受静电、电感性负载切换时产生的瞬变电压，以及感应雷所产生的过电压。 TVS管有单方向（单个二极管）和双方向（两个背对背连接的二极管）两种，它们的主要参数是击穿电压、漏电流和电容。使用中TVS管的击穿电压要比被保护电路工作电压高10％左右，以防止因线路工作电压接近TVS击穿电压，使TVS漏电流影响电路正常工作；也避免因环境温度变化导致TVS管击穿电压落入线路正常工作电压的范围。 TVS管有多种封装形式，如轴向引线产品可用在电源馈线上；双列直插的和表面贴装的适合于在印刷板上作为逻辑电路、I/O总线及数据总线的保护。 TVS管在使用中应注意的事项： ·对瞬变电压的吸收功率（峰值）与瞬变电压脉冲宽度间的关系。手册给的只是特定脉宽下的吸收功率（峰值），而实际线路中的脉冲宽度则变化莫测，事前要有估计。对宽脉冲应降额使用。 ·对小电流负载的保护，可有意识地在线路中增加限流电阻，只要限流电阻的阻值适当，不会影响线路的正常工作，但限流电阻对干扰所产生的电流却会大大减小。这就有可能选用峰值功率较小的TVS管来对小电流负载线路进行保护。 ·对重复出现的瞬变电压的抑制，尤其值得注意的是TVS管的稳态平均功率是否在安全范围之内。 ·作为半导体器件的TVS管，要注意环境温度升高时的降额使用问题。 ·特别要注意TVS管的引线长短，以及它与被保护线路的相对距离。 ·当没有合适电压的TVS管供采用时，允许用多个TVS管串联使用。串联管的最大电流决定于所采用管中电流吸收能力最小的一个。而峰值吸收功率等于这个电流与串联管电压之和的乘积。 ·TVS管的结电容是影响它在高速线路中使用的关键因素，在这种情况下，一般用一个TVS管与一个快恢复二极管以背对背的方式连接，由于快恢复二极管有较小的结电容，因而二者串联的等效电容也较小，可满足高频使用的要求。 ·固体放电管 固体放电管是一种较新的瞬变干扰吸收器件，具有响应速度较快（10～20ns级）、吸收电流较大、动作电压稳定和使用寿命长等特点。固体放电管与气体放电管同属能量转移型。图2.2为其伏安特性。当外界干扰低于触发电压时，管子呈截止状。一旦干扰超出触发电压时，伏安特性发生转折，进入负阻区，此时电流极大，而导通电阻极小，使干扰能量得以转移。随着干扰减小，通过放电管电流的回落，当放电管的通过电流低于维持电流时，放电管就迅速走出低阻区，而回到高阻态，完成一次放电过程。固体放电管的一个优点是它的短路失效模式（器件失效时，两电极间呈短路状），为不少应用场合所必须，已在国内外得到广泛应用。固体放电管的电压档次较少，比较适合于作网络、通信设备，乃至部件一级的保护。



七、PCB使用技巧

  @6 y/ }$ S+ s. h- \3 O- D0 m1、元器件标号自动产生或已有的元器件标号取消重来

! U* {* Z& O$ x$ u2 K7 s    Tools工具|Annotate…注释

All Part：为所有元器件产生标号

        Reset Designators：撤除所有元器件标号

* _5 A; V; B" J. m" _
0 Q8 u' O9 `0 P$ i! K" ?5 @, ^
1 Y) k4 a, j) T, [8 p3 i; n2、单面板设置：

8 X; Z: z1 w4 P) S3 h   Design设计|Rules…规则|Routing layers
1 B- ?1 {0 x/ r3 F
0 L0 e' f, e0 H+ Z- b4 r+ JToplayer设为NotUsed

Bottomlayer设为Any

' E3 ^8 F* \0 e5 W
: A5 _2 q0 Z; ]
3、自动布线前设定好电源线加粗
+ z( t5 r3 r: @0 O' q
   Design设计|Rules…规则|Width Constraint

   增加：NET,选择网络名VCC GND，线宽设粗
6 q! l8 `! f/ {

( M  P: b5 N9 L# `" _/ D- f6 X! N
4、PCB封装更新，只要在原封装上右键弹出窗口内的footprint改为新的封装号
3 E% q1 t3 [: P+ p* d


5、100mil=2.54mm;1mil=1/1000英寸


4 L  ~; z# f/ M& ]1 s& r2 }
6、快捷键"M"，下拉菜单内的Dram Track End 拖拉端点＝＝＝＝拉PCB内连线的一端点处继续连线。

6 G+ A( @+ s: T/ n  Z8 A

7、定位孔的放置
, o4 u$ W. m9 {/ e
. ]! a9 b  R6 T4 T8 M$ g# H    在KeepOutLayer层（禁止布线层）中画一个圆，Place|Arc(圆心弧)center,然后调整其半径和位置

; |4 R; ~2 _$ N$ s0 A5 k% a
8 z* |& O/ x* V! l; J5 ~
8、设置图纸参数

Design|Options|Sheet Options
* K2 M$ M3 N) d# W1 e  @
(1)设置图纸尺寸：Standard Sytle选择
: V3 t1 p& P1 \. R1 j2 I
1 F8 m4 u/ i( g9 o3 U(2)设定图纸方向：Orientation选项----Landscape(小平方向)----Portrait(垂直方向)
" K# w' o7 f; O- z5 A- W- A1 V- ?
(3)设置图纸标题栏(Title BlocK):选择Standard为标准型，ANSI为美国国家协会标准型

, B. D1 q: c( W$ Y  a(4)设置显示参考边框Show Reference Zones
9 i/ `, F! @0 j" W1 \. Y2 a
: O5 q  s9 m) o(5)设置显示图纸边框Show Border

; f1 M$ M2 F2 v3 l(6)设置显示图纸模板图形Show Template Graphics

(7)设置图纸栅格Grids

    锁定栅格Snap On,可视栅格设定Visible

% U* E; x2 M( f5 k(8)设置自动寻找电器节点
) [" G- w/ R3 z+ F3 O! v" j. ?

2 f8 F$ h3 o+ U" T  S  T3 f# g$ b
' \2 X9 H3 ^/ r2 D6 b. r0 [4 t7 D10、元件旋转：
2 X3 j! b7 [$ u: r. X3 Q  z0 z
Space键：被选中元件逆时针旋转90
) \) K( z- B5 D
3 v6 H: H. a2 f2 X: D; y# X在PCB中反转器件(如数码管)，选中原正向器件，在拖动或选中状态下，
- k8 M  Q( e' K' r) p9 W
! `. h, j* |! R1 s7 {' _    X键：使元件左右对调（水平面）；   Y键：使元件上下对调（垂直面）
8 p; l$ f. O; s4 c

  R+ ]) J/ f) w" M
11、元件属性：
8 w$ g9 B$ I7 ?, ]9 T+ Y
    Lib Ref:元件库中的型号，不允件修改
, i% c$ \! P: J; p
    Footprint:元件的封装形式

    Designator:元件序号如U1

    Part type：元件型号（如芯片名AT89C52 或电阻阻值10K等等）（在原理图中是这样，在PCB中此项换为Comment）


- v, ]6 c7 C! o# o# O! {  @1 V
# i9 I4 e0 q( ~- {( n12、生成元件列表(即元器件清单)Reports|Bill of Material
; j; s0 e. O% Y3 S
% C8 E6 u+ z+ k3 p5 P) }
) O; L$ s3 f' @- v0 E" B7 R
5 I7 ?! D6 ?5 I. ]- e5 C" D8 n! D13、原理图电气法则测试(Electrical Rules Check)即ERC
# d% _( \9 Z" U. w( J0 B0 w. t/ A  R
# p% G1 A2 N8 m! A( ]    是利用电路设计软件对用户设计好的电路进行测试，以便能够检查出人为的错误或疏忽。
' r8 E2 Q; u  [( L$ a
8 n- r* r5 a* b: ~    原理图绘制窗中Tools工具|ERC…电气规则检查

    ERC对话框各选项定义：
# F+ j" N+ l$ U* x0 q6 I
0 ~( i" Y8 H: E3 |Multiple net names on net:检测“同一网络命名多个网络名称”的错误

( s9 t, z# E& R% K6 b; K9 z. d2 @Unconnected net labels:“未实际连接的网络标号”的警告性检查
' C% P6 B, ~+ t) E2 W# P
Unconnected power objects:“未实际连接的电源图件”的警告性检查
8 C$ y( |& h- L- ^+ ?8 E- n- w/ q
$ f9 S" Y5 }; T9 H5 l+ ^5 v! R: mDuplicate sheet mnmbets:检测“电路图编号重号”
7 l& q, Q; [$ w" t# t0 G
1 \; F" t7 r. n8 L4 cDuplicate component designator:“元件编号重号”

bus label format errors:“总线标号格式错误”
4 R" j$ `8 }. G7 N6 ~' c
7 ]% n4 F1 U: eFloating input pins:“输入引脚浮接”

3 j) S; I3 }6 S! I7 zSuppress warnings:“检测项将忽略所有的警告性检测项，不会显示具有警告性错误的测试报告”

* |- U5 U+ [: {' H1 yCreate report file:“执行完测试后程序是否自动将测试结果存在报告文件中”

Add error markers:是否会自动在错误位置放置错误符号
8 A* U- T% T2 ]
2 `. v1 T  O( [* H$ [Descend into sheet parts:将测试结果分解到每个原理图中，针对层次原理图而言
1 W- f1 f3 z/ v3 u- b% t
Sheets to Netlist:选择所要进行测试的原理图文件的范围
2 `& ?' S1 K( Q1 l! C
Net Identifier Scope:选择网络识别器的范围

, \" \' [3 h3 O7 A
- y7 d5 P( q$ O6 R
14、系统原带库Miscellanous Devices.ddb中的DIODE(二级管)封装应该改，也就把管脚说明
9 a, e  f+ d( P' _2 C
    1(A) 2(K)改为A(A) K(K)
; P# Y1 a  S: w0 r7 A
这样画PCB导入网络表才不会有错误：Note Not Found

. n/ Y1 d: ~% ~) K6 M7 G' d
0 J" U. ~) I  \$ I$ L' C  i2 C1 v
15、PCB布线的原则如下

    (1)输入输出端用的导线应尽量避免相邻平行。最好加线间地线，以免发生反馈藕合。
' L# j- M4 p  Y& b
    (2)印制摄导线的最小宽度主要由导线与绝缘基扳间的粘附强度和流过它们的电流值决定。
6 w3 h4 H  W, U, F- V
    当铜箔厚度为0.05mm、宽度为1~15mm时．通过2A的电流，温度不会高于3℃，因此导线宽度为1.5mm（60mil）可满足要求。对于集成电路，尤其是数字电路，通常选0.02~0.3mm(0.8~12mil)导线宽度。当然，只要允许，还是尽可能用宽线．尤其是电源线和地线。导线的最小间距主要由最坏情况下的线间绝缘电阻和击穿电压决定。对于集成电路，尤其是数字电路，只要工艺允许，可使间距小至5~8mm。
2 Q7 ^( K" Y: R$ r8 q- l4 |
+ W4 [2 A' `  R3 B    (3)印制导线拐弯处一般取圆弧形，而直角或夹角在高频电路中会影响电气性能。此外，尽量避免使用大面积铜箔，否则．长时间受热时，易发生铜箔膨胀和脱落现象。必须用大面积铜箔时，最好用栅格状.这样有利于排除铜箔与基板间粘合剂受热产生的挥发性气体。
7 l0 E5 K6 ~! e8 B
# Z2 c/ g( k, E/ w( T) m(4)焊盘：焊盘中心孔要比器件引线直径稍大一些。焊盘太大易形成虚焊。焊盘外径D一般不小于(d+1.2)mm，其中d为引线孔径。对高密度的数字电路，焊盘最小直径可取(d+1.0)mm。
, O% o' k2 `' N2 F) @
8 l6 ~6 s# c0 k  g2 R

16、工作层面类型说明
9 q6 q, `3 a+ e% Y# J6 W& P
1 L- x0 q7 M1 B⑴、信号层（Signal Layers）,有16个信号层，TopLayer BottomLayer MidLayer1-14。

) B* t* @3 D$ y* ~7 L⑵、内部电源/接地层（Internal Planes）,有4个电源/接地层Planel1-4。

⑶、机械层（Mechanical Layers）,有四个机械层。

⑷、钻孔位置层（Drill Layers）,主要用于绘制钻孔图及钻孔的位置，共包括Drill Guide 和Drill drawing两层。
" V4 ^# D- ?7 t7 `2 U
# ]6 ]6 c6 ?( D⑸、助焊层（Solder Mask）,有TopSolderMask和BottomSolderMask两层，手工上锡。

9 ]" r9 S+ R+ S⑹、锡膏防护层（Paste Mask）有TopPaste和BottomPaster两层。

⑺、丝印层（Silkscreen）,有TopOverLayer和BottomOverLayer两层，主要用于绘制元件的外形轮廓。
0 M1 c0 P- n7 r2 [( h$ W7 z
⑻、其它工作层面（Other）：

    KeepOutLayer:禁止布线层，用于绘制印制板外边界及定位孔等镂空部分。
; ?, C% z2 v* r  E
    MultiLayer:多层
, L% [- x. k5 `4 P
9 t9 ]7 L6 l) s7 t$ R8 ?: _    Connect:连接层
' E* h, T) I0 d3 `2 P) N. m* l
% h( F, w0 q% w+ ^4 b% R* e    DRCErrorRC错误层
" o* E' v6 P6 K+ Y/ ?7 K) [( E
# Q3 k, ~! `% U  B2 J! \( X# v    VisibleGrid:可视栅格层

    Pad Holes:焊盘层。
" h4 A* c6 N/ q6 M4 a
    Via Holes:过孔层。
) v- O1 Y* d  k& @" x
! y- ^& p; Y) s- c. Q17、PCB自动布线前的设置

6 ~! Y" x8 A8 m# Q& y- H    ⑴Design|Rules……
: ?. |% i! B6 O: {6 N% E3 E- D
# p) N: Z& v; z5 P9 h3 H    ⑵Auto Route|Setup……
5 ^2 N3 o. K# r7 B, j
    Lock All Pro-Route:锁定所有自动布线前手工预布的连线。

PCB工

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