PCB设计(印制电路板设计)

四散的尘埃 — Tue, 22 Nov 2022 11:08:10 +0000

PCB（printed circuit board）设计是指印制电路板设计。印制电路板的设计是以电路原理图为根据，实现电路设计者所需要的功能。印刷电路板的设计主要指版图设计，需要考虑外部连接的布局、内部电子元件的优化布局、金属连线和通孔的优化布局、电磁保护、热耗散等各种因素。简单的版图设计可以用手工实现，复杂的版图设计需要借助计算机辅助设计（CAD）实现。优秀的版图设计可以节约生产成本，达到良好的电路性能和散热性能。

简介

在高速设计中，可控阻抗板和线路的特性阻抗是最重要和最普遍的问题之一。首先了解一下传输线的定义：传输线由两个具有一定长度的导体组成，一个导体用来发送信号，另一个用来接收信号（切记“回路”取代“地”的概念）。在一个多层板中，每一条线路都是传输线的组成部分，邻近的参考平面可作为第二条线路或回路。一条线路成为“性能良好”传输线的关键是使它的特性阻抗在整个线路中保持恒定。

线路板成为“可控阻抗板”的关键是使所有线路的特性阻抗满足一个规定值，通常在25欧姆和70欧姆之间。在多层线路板中，传输线性能良好的关键是使它的特性阻抗在整条线路中保持恒定。

但是，究竟什么是特性阻抗？理解特性阻抗最简单的方法是看信号在传输中碰到了什么。当沿着一条具有同样横截面传输线移动时，这类似图1所示的微波传输。假定把1伏特的电压阶梯波加到这条传输线中，如把1伏特的电池连接到传输线的前端（它位于发送线路和回路之间），一旦连接，这个电压波信号沿着该线以光速传播，它的速度通常约为6英寸/纳秒。当然，这个信号确实是发送线路和回路之间的电压差，它可以从发送线路的任何一点和回路的相临点来衡量。图2是该电压信号的传输示意图。

Zen的方法是先“产生信号”，然后沿着这条传输线以6英寸/纳秒的速度传播。第一个0.01纳秒前进了0.06英寸，这时发送线路有多余的正电荷，而回路有多余的负电荷，正是这两种电荷差维持着这两个导体之间的1伏电压差，而这两个导体又组成了一个电容器。

在下一个0.01纳秒中，又要将一段0.06英寸传输线的电压从0调整到1伏特，这必须加一些正电荷到发送线路，而加一些负电荷到接收线路。每移动0.06英寸，必须把更多的正电荷加到发送线路，而把更多的负电荷加到回路。每隔0.01纳秒，必须对传输线路的另外一段进行充电，然后信号开始沿着这一段传播。

电荷来自传输线前端的电池，当沿着这条线移动时，就给传输线的连续部分充电，因而在发送线路和回路之间形成了1伏特的电压差。每前进0.01纳秒，就从电池中获得一些电荷（±Q），恒定的时间间隔（±t）内从电池中流出的恒定电量（±Q）就是一种恒定电流。流入回路的负电流实际上与流出的正电流相等，而且正好在信号波的前端，交流电流通过上、下线路组成的电容，结束整个循环过程。

PCB（Printed Circuit Board）

印刷电路板的缩写

软件

一、国内用的比较多的是

protel，

protel 99se，

protel DXP，

Altium，这些都是一个公司发展，不断升级的软件；当前版本是Altium Designer 9.1 比较简单，设计比较随意，但是做复杂的PCB这些软件就不是很好。

二、Cadende spb软件Cadende spb 这是

Cadence的软件，当前版本是Cadence SPB 16.5；其中的

ORCAD原理图设计是国际标准；其中

PCB设计、仿真很全，用起来比

protel复杂，主要是要求、设置复杂；但是为设计做好了规定，所以设计起来事半功倍，比

protel就明显强大。

三、

Mentor 公司的BORDSTATIONG和EE,其中BOARDSTATION由于只适用于

UNIX系统，不是为

PC机设计，所以使用的人较少；当前MentorEE版本为Mentor EE 7.9和

Cadence spb 属于同级别的

PCB设计软件，它有些地方比

cadence spb 差，它的强项是拉线、飞线，人称飞线王。

四、EAGLE Layout 这是欧洲使用最广泛的

PCB设计软件。上述所说

PCB设计软件，用的比较多的，

Cadence spb 和

Mentor EE 是里面当之无愧的王者。如果是初学设计

PCB我觉得

Cadence spb 比较好，它可以给设计者养成一个良好的设计习惯，而且能保证良好的设计质量。

技巧介绍

设置技巧

设计在不同阶段需要进行不同的各点设置，在布局阶段可以采用大格点进行器件布局；

对于IC、非定位接插件等大器件，可以选用50~100mil的格点精度进行布局，而对于电阻电容和电感等无源小器件，可采用25mil的格点进行布局。大格点的精度有利于器件的对齐和布局的美观。

PCB布局规则：

1、在通常情况下，所有的元件均应布置在电路板的同一面上，只有顶层元件过密时，才能将一些高度有限并且发热量小的器件，如贴片电阻、贴片电容、贴片IC等放在底层。

2、在保证电气性能的前提下，元件应放置在栅格上且相互平行或垂直排列，以求整齐、美观，在一般情况下不允许元件重叠；元件排列要紧凑，元件在整个版面上应分布均匀、疏密一致。

3、电路板上不同组件相临焊盘图形之间的最小间距应在1MM以上。

4、离电路板边缘一般不小于2MM.电路板的最佳形状为矩形，长宽比为3:2或4:3.电路板面尺大于200MM乘150MM时，应考虑电路板所能承受的机械强度。

布局技巧

在PCB的布局设计中要分析电路板的单元，依据起功能进行布局设计，对电路的全部元器件进行布局时，要符合以下原则：

1、按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置，使布局便于信号流通，并使信号尽可能保持一致的方向。

2、以每个功能单元的核心元器件为中心，围绕他来进行布局。元器件应均匀、整体、紧凑的排列在PCB上，尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接。

3、在高频下工作的电路，要考虑元器件之间的分布参数。一般电路应尽可能使元器件并行排列，这样不但美观，而且装旱容易，易于批量生产。

设计步骤

布局设计

在PCB中，特殊的元器件是指高频部分的关键元器件、电路中的核心元器件、易受干扰的元器件、带高压的元器件、发热量大的元器件，以及一些异性元器件，这些特殊元器件的位置需要仔细分析，做带布局合乎电路功能的要求及生产的需求。不恰当的放置他们可能产生电路兼容问题、信号完整性问题，从而导致 PCB设计的失败。

在设计中如何放置特殊元器件时首先考虑PCB尺寸大小。快易购指出pcb尺寸过大时，印刷线条长，阻抗增加，抗燥能力下降，成本也增加；过小时，散热不好，且临近线条容易受干扰。在确定PCB的尺寸后，在确定特殊元件的摆方位置。最后，根据功能单元，对电路的全部元器件进行布局。特殊元器件的位置在布局时一般要遵守以下原则：

1、尽可能缩短高频元器件之间的连接，设法减少他们的分布参数及和相互间的电磁干扰。易受干扰的元器件不能相互离的太近，输入和输出应尽量远离。

2一些元器件或导线有可能有较高的电位差，应加大他们的距离，以免放电引起意外短路。高电压的元器件应尽量放在手触及不到的地方。

3、重量超过15G的元器件，可用支架加以固定，然后焊接。那些又重又热的元器件，不应放到电路板上，应放到主机箱的底版上，且考虑散热问题。热敏元器件应远离发热元器件。

4、对与电位器、可调电感线圈、可变电容器、微动开关等可调元器件的布局应考虑整块扳子的结构要求，一些经常用到的开关，在结构允许的情况下，应放置到手容易接触到的地方。元器件的布局到均衡，疏密有度，不能头重脚轻。

一个产品的成功，一是要注重内在质量。而是要兼顾整体的美观，两者都比较完美的扳子，才能成为成功的产品。

放置顺序

1、放置与结构有紧密配合的元器件，如电源插座、指示灯、开关、连接器等。

2、放置特殊元器件，如大的元器件、重的元器件、发热元器件、变压器、IC等。

3、放置小的元器件。

布局检查

1、电路板尺寸和图纸要求加工尺寸是否相符合。

2、元器件的布局是否均衡、排列整齐、是否已经全部布完。

3、各个层面有无冲突。如元器件、外框、需要私印的层面是否合理。

3、常用到的元器件是否方便使用。如开关、插件板插入设备、须经常更换的元器件等。

4、热敏元器件与发热元器件距离是否合理。

5、散热性是否良好。

6、线路的干扰问题是否需要考虑。

具体方法

目的和作用

1.1 规范设计作业，提高生产效率和改善产品的质量。

适用范围

1.1 XXX 公司开发部的VCD超级VCDDVD音响等产品。

责任态度

3.1 XXX 开发部的所有电子工程师、技术员及电脑绘图员等。

资历和培训

4.1 有

电子技术基础;

4.2 有电脑基本操作常识;

4.3 熟悉利用电脑PCB 绘图软件.

工作指导

5.1 铜箔最小线宽：0.1MM，面板0.2MM 边缘铜箔最小要1.0MM

5.2 铜箔最小间隙：0.1MM，面板：0.2MM.

5.3 铜箔与板边最小距离为0.55MM，元件与板边最小距离为5.0MM，盘与板边最小距离为4.0MM

5.4 一般通孔安装元件的焊盘的大小（径)孔径的两倍，双面板最小1..5MM，单面板最小为2.0MM，议（2.5MM）如果不能用圆形焊盘，用腰圆形焊盘，小如下图所示（如有标准元件库，

则以标准元件库为准）

焊盘长边、短边与孔的关系为：

5.5 电解电容不可触及发热元件，大功率

电阻，敏电阻，压器，热器等.解电容与散热器的间隔最小为10.0MM，它元件到散热器的间隔最小为2.0MM.

5.6 大型元器件（如：变压器、直径15.0MM 以上的电解电容、大电流的插座等）加大铜箔及上锡面积如下图；阴影部分面积肥最小要与焊盘面积相等。

5.7 螺丝孔半径5.0MM 内不能有铜箔（要求接地外）元件.（按结构图要求）.

5.8 上锡位不能有丝印油.

5.9 焊盘中心距小于2.5MM 的，相邻的焊盘周边要有丝印油包裹，印油宽度为0.2MM（议0.5MM).

5.10 跳线不要放在IC 下面或马达、电位器以及其它大体积金属外壳的元件下.

5.11 在大面积PCB设计中（约超过500CM2 以上），防止过锡炉时PCB 板弯曲，在PCB 板中间留一条5 至10MM 宽的空隙不放元器件（走线），用来在过锡炉时加上防止PCB 板弯曲的压条，下图的阴影区：：

5.12 每一粒三极管必须在丝印上标出e,c,b 脚.

5.13 需要过锡炉后才焊的元件，盘要开走锡位，向与过锡方向相反，度视孔的大小为0.5MM 到1.0MM如下图：

5.14 设计双面板时要注意，金属外壳的元件，

插件时外壳与印制板接触的，顶层的焊盘不可开，一定要用绿油或丝印油盖住（例如两脚的晶振）。

5.15 为减少焊点短路，所有的双面印制板，过孔都不开绿油窗。

5.16 每一块PCB 上都必须用实心箭头标出过锡炉的方向：

5.17 孔洞间距离最小为1.25MM（双面板无效）

5.18 布局时，DIP 封装的IC 摆放的方向必须与过锡炉的方向成垂直，不可平行，如下图；如果布局上有困难，可允许水平放置IC (OP 封装的IC 摆放方向与DIP 相反）。

5.19 布线方向为水平或垂直，由垂直转入水平要走45 度进入。

5.20 元件的安放为水平或垂直。

5.21 丝印字符为水平或右转90 度摆放。

5.22 若铜箔入圆焊盘的宽度较圆焊盘的直径小时，则需加泪滴。如图：

5.23 物料编码和设计编号要放在板的空位上。

5.24 把没有接线的地方合理地作接地或电源用。

5.25 布线尽可能短，特别注意时钟线、低电平信号线及所有高频回路布线要更短。

5.26 模拟电路及数字电路的地线及

供电系统要完全分开。

5.27 如果印制板上有大面积地线和电源线区（面积超过500 平方毫米），应局部开窗口。如图：

5.28 电插印制板的定位孔规定如下，阴影部分不可放元件，手插元件除外，L 的范围是50 330mm,H的范围是50 250mm，果小于50X50 则要拼板开模方可电插，如果超过330X250 则改为手插板。定位孔需在长边上。

基本概念

少用过孔

一旦选用了过孔，务必处理好它与周边各实体的间隙，特别是容易被忽视的中间各层与过孔不相连的线与过孔的间隙，如果是自动布线，可在“过孔数量最小化” （ Via Minimiz8tion）子菜单里选择“on”项来自动解决。（2）需要的载流量越大，所需的过孔尺寸越大，如电源层和地层与其它层联接所用的过孔就要大一些。

丝印层

Overlay

为方便电路的安装和维修等，在印刷板的上下两表面印刷上所需要的标志图案和文字代号等，例如元件标号和标称值、元件外廓形状和厂家标志、生产日期等等。不少初学者设计丝印层的有关内容时，只注意文字符号放置得整齐美观，忽略了实际制出的PCB效果。他们设计的印板上，字符不是被元件挡住就是侵入了助焊区域被抹赊，还有的把元件标号打在相邻元件上，如此种种的设计都将会给装配和维修带来很大不便。正确的丝印层字符布置原则是：”不出歧义，见缝插针，美观大方”。

SMD封装

特殊性

Protel封装库内有大量SMD封装，即表面焊装器件。这类器件除体积小巧之外的最大特点是单面分布元引脚孔。因此，选用这类器件要定义好器件所在面，以免“丢失引脚（Missing Plns）”。另外，这类元件的有关文字标注只能随元件所在面放置。

填充区

网格状填充区（External Plane ）和填充区（Fill)

正如两者的名字那样，网络状填充区是把大面积的铜箔处理成网状的，填充区仅是完整保留铜箔。初学者设计过程中在计算机上往往看不到二者的区别，实质上，只要你把图面放大后就一目了然了。正是由于平常不容易看出二者的区别，所以使用时更不注意对二者的区分，要强调的是，前者在电路特性上有较强的抑制高频干扰的作用，适用于需做大面积填充的地方，特别是把某些区域当做屏蔽区、分割区或大电流的电源线时尤为合适。后者多用于一般的线端部或转折区等需要小面积填充的地方。

焊盘

Pad

焊盘是PCB设计中最常接触也是最重要的概念，但初学者却容易忽视它的选择和修正，在设计中千篇一律地使用圆形焊盘。选择元件的焊盘类型要综合考虑该元件的形状、大小、布置形式、振动和受热情况、受力方向等因素。Protel在封装库中给出了一系列不同大小和形状的焊盘，如圆、方、八角、圆方和定位用焊盘等，但有时这还不够用，需要自己编辑。例如，对发热且受力较大、电流较大的焊盘，可自行设计成“泪滴状”，在大家熟悉的彩电PCB的行输出变压器引脚焊盘的设计中，不少厂家正是采用的这种形式。一般而言，自行编辑焊盘时除了以上所讲的以外，还要考虑以下原则：

（1）形状上长短不一致时要考虑连线宽度与焊盘特定边长的大小差异不能过大；

（2）需要在元件引角之间走线时选用长短不对称的焊盘往往事半功倍；

（3）各元件焊盘孔的大小要按元件引脚粗细分别编辑确定，原则是孔的尺寸比引脚直径大0．2- 0．4毫米。

PCB放置焊盘：

1 ．放置焊盘的方法

可以执行主菜单中命令 Place/Pad ，也可以用组件放置工具栏中的 Place Pad 按钮。

进入放置焊盘（ Pad ）状态后，鼠标将变成十字形状，将鼠标移动到合适的位置上单击就完成了焊盘的放置。

2 ．焊盘的属性设置

焊盘的属性设置有以下两种方法：

● 在用鼠标放置焊盘时，鼠标将变成十字形状，按 Tab 键，将弹出 Pad （焊盘属性）设置对话框.

7-24 焊盘属性设置对话框

● 对已经在 PCB 板上放置好的焊盘，直接双击，也可以弹出焊盘属性设置对话框。在焊盘属性设置对话在框中有如下几项设置：

● Hole Size ：用于设置焊盘的内直径大小。

● Rotation ：用一设置焊盘放置的旋转角度。

● Location ：用于设置焊盘圆心的 x 和 y 坐标的位置。

● Designator 文本框：用于设置焊盘的序号。

● Layer 下拉列表：从该下拉列表中可以选择焊盘放置的布线层。

● Net 下拉列表：该下拉列表用于设置焊盘的网络。

● Electrical Type 下拉列表：用于选择焊盘的电气特性。该下拉列表共有 3 种选择方式： Load （节点）、 Source （源点）和 Terminator （终点）。

● Testpoint 复选项：用于设置焊盘是否作为测试点，可以做测试点的只有位于顶层的和底层的焊盘。

● Locked 复选项：选中该复选项，表示焊盘放置后位置将固定不动。

● Size and Shape 选项区域：用于设置焊盘的大小和形状

● X-Size 和 Y-Size ：分别设置焊盘的 x 和 y 的尺寸大小。

● Shape 下拉列表：用于设置焊盘的形状，有 Round （圆形）、 Octagonal （八角形）和 Rectangle

（长方形）。

● Paste Mask Expansions 选项区域：用于设置助焊层属性。

● Solder Mask Expansions 选项区域：用于设置阻焊层属性。

各类膜

Mask

这些膜不仅是PcB制作工艺过程中必不可少的，而且更是元件焊装的必要条件。按“膜”所处的位置及其作用，“膜”可分为元件面（或焊接面）助焊膜（TOp or Bottom 和元件面（或焊接面）阻焊膜（TOp or BottomPaste Mask）两类。顾名思义，助焊膜是涂于焊盘上，提高可焊性能的一层膜，也就是在绿色板子上比焊盘略大的各浅色圆斑。阻焊膜的情况正好相反，为了使制成的板子适应波峰焊等焊接形式，要求板子上非焊盘处的铜箔不能粘锡，因此在焊盘以外的各部位都要涂复一层涂料，用于阻止这些部位上锡。可见，这两种膜是一种互补关系。由此讨论，就不难确定菜单中

类似“solder Mask En1argement”等项目的设置了。

飞线

有两重含义

自动布线时供观察用的类似橡皮筋的网络连线，在通过网络表调入元件并做了初步布局后，用“Show 命令就可以看到该布局下的网络连线的交叉状况，不断调整元件的位置使这种交叉最少，以获得最大的自动布线的布通率。这一步很重要，可以说是磨刀不误砍柴功，多花些时间，值！另外，自动布线结束，还有哪些网络尚未布通，也可通过该功能来查找。找出未布通网络之后，可用手工补偿，实在补偿不了就要用到“飞线”的第二层含义，就是在将来的印板上用导线连通这些网络。要交待的是，如果该电路板是大批量自动线生产，可将这种飞线视为0欧阻值、具有统一焊盘间距的电阻元件来进行设计。

印刷电路板（Printed circuit board，PCB）几乎会出现在每一种电子设备当中。如果在某样设备中有电子零件，那么它们也都是镶在大小各异的PCB上。除了固定各种小零件外，PCB的主要功能是提供上头各项零件的相互电气连接。随着电子设备越来越复杂，需要的零件越来越多，PCB上头的线路与零件也越来越密集了。标准的PCB长得就像这样。裸板（上头没有零件）也常被称为「印刷线路板Printed Wiring Board（PWB）」。

板子本身的基板是由绝缘隔热、并不易弯曲的材质所制作成。在表面可以看到的细小线路材料是铜箔，原本铜箔是复盖在整个板子上的，而在制造过程中部分被蚀刻处理掉，留下来的部分就变成网状的细小线路了。这些线路被称作导线（conductor pattern）或称布线，并用来提供PCB上零件的电路连接。

为了将零件固定在PCB上面，我们将它们的接脚直接焊在布线上。在最基本的PCB（单面板）上，零件都集中在其中一面，导线则都集中在另一面。这么一来我们就需要在板子上打洞，这样接脚才能穿过板子到另一面，所以零件的接脚是焊在另一面上的。因为如此，PCB的正反面分别被称为零件面（Component Side）与焊接面（Solder Side）。

如果PCB上头有某些零件，需要在制作完成后也可以拿掉或装回去，那么该零件安装时会用到插座（Socket）。由于插座是直接焊在板子上的，零件可以任意的拆装。下面看到的是ZIF（Zero Insertion Force，零拨插力式）插座，它可以让零件（这里指的是CPU）可以轻松插进插座，也可以拆下来。插座旁的固定杆，可以在您插进零件后将其固定。

如果要将两块PCB相互连结，一般我们都会用到俗称「金手指」的边接头（edge connector）。金手指上包含了许多裸露的铜垫，这些铜垫事实上也是PCB布线的一部分。通常连接时，我们将其中一片PCB上的金手指插进另一片PCB上合适的插槽上（一般叫做扩充槽Slot）。在计算机中，像是显示卡，声卡或是其它类似的界面卡，都是借着金手指来与主机板连接的。

PCB上的绿色或是棕色，是阻焊漆（solder mask）的颜色。这层是绝缘的防护层，可以保护铜线，也可以防止零件被焊到不正确的地方。在阻焊层上另外会印刷上一层丝网印刷面（silk screen）。通常在这上面会印上文字与符号（大多是白色的），以标示出各零件在板子上的位置。丝网印刷面也被称作图标面（legend）。

PCB打样

PCB的中文名称为印制电路板又称印刷电路板、印刷线路板是重要的电子部件是电子元器件的支撑体?是电子元器件电气连接的提供者。由于它是采用电子印刷术制作的故被称为“印刷”电路板。

PCB打样就是指印制电路板在批量生产前的试产主要应用为电子工程师在设计好电路?并完成PCB Layout之后向工厂进行小批量试产的过程即为PCB打样。而PCB打样的生产数量一般没有具体界线一般是工程师在产品设计未完成确认和完成测试之前都称之为PCB打样。

转换器

高速模拟/数字转换器 (High speed ADC) 通常是模拟前端PCB电路系统里最基本的组成组件。由于模拟/数字元转换器的性能决定系统的整体效能表现，因此系统制造商往往将模拟/数字转换器视为最重要的组件。本文将详细介绍超音波系统前端的运作原理，并特别讨论模拟/数字转换器在其中所发挥的作用。

在PCB设计超音波系统的前端PCB电路时，制造商必须审慎考虑几项重要因素，以便进行适当的取舍。医务人员能否作出正确的诊断，乃取决于模拟PCB电路在这个过程当中关键性的作用。

模拟PCB电路的表现则取决于许多不同的参数，其中包括通道之间的串音干扰、无杂散讯号动态范围 (SFDR) 以及总谐波失真。因此制造商在决定选用何种模拟PCB电路之前，必须详细考虑这些参数。

以模拟/数字转换器为例来说，如果加设串行 LVDS 驱动器等先进PCB电路，便可缩小PCB电路板，以及抑制电磁波等噪声的干扰，有助于进一步改善系统的PCB设计。微型化、高效能及功能齐备的超音波系统产品的制造，造成市场上持续要求生产低耗电模拟IC，使其具备与放大器、模拟/数字转换器和小封装的更佳整合。

系统概述

超音波影像系统是目前最常用而又最精密的讯号处理仪器，可协助医务人员作出正确诊断。在超音波系统的前端，采用极度精密的模拟讯号处理PCB电路，像是模拟/数字转换器及低噪声放大器(LNA)等，而这些模拟PCB电路的表现是决定系统效能的关键因素。

超音波设备非常接近于雷达或声纳系统，只不过是在不同的频率带（范围）中操作。雷达操作于GHz（千兆赫）的范围中，声纳在kHz（千赫）的范围内，而超音波系统则在MHz（兆赫）范围内操作。这些设备的原理几乎与商业和军用航空器所用的－数组天线雷达系统操作模式相同。雷达系统的PCB设计者是使用相控操纵波束形成器数组为原理，这些原理后来也被超音波系统PCB设计者采用并加以改进。

在所有超音波系统仪器中，都有一个多元转换器在相对较长的电缆（大约2公尺）的末端。电缆内含高达 256 条微型同轴电缆，是超音波系统内最昂贵的组件之一。超音波系统一般会配备多个不同的转换器探头，让负责操作的医务人员可以依扫描影像的现场需求来选择适用的转换器。

影像的产生

扫描过程的第一步，每一个转换器负责产生脉冲讯号，并将讯号传送出去。传送出去的脉冲讯号以高频率的声波形式穿过人体组织，声波的传送速度一般介于1至20MHz之间。这些脉冲讯号开始在人体内进行定时和定标侦测。当讯号穿越身体的组织时，其中部分声波会反射回转换器模块，并由转换器负责侦测这些回波的电位（转换器将讯号传送出去之后，会立即进行切换，改用接收模式）。回波讯号的强度取决于回波讯号反射点在人体内的位置。直接从皮下组织反射回来的讯号一般都极强，而从人体内深入部位反射回来的讯号则极微弱。

由于健康安全相关法律对人体可以承受的最大辐射量有所规定，因此工程师PCB设计的电子接收系统必须极为灵敏。接近于人体表皮的病症区，我们称之为近场 (near field)，被反射回来的能量是高的。但是如果病症区在人体内的深处部位，称之为远场 (far field)，接收到的回波将极为微弱，因此必须被放大为1000倍或以上。

在远场影像的模式时，其效能限制来自于接收链路中存在的所有噪声。转换器/电缆组件以及接收系统的低噪声放大器是两个最大的外来噪声源。而近场影像模式下，效能限制则是来自于输入讯号的大小。这两种讯号之间的比率决定了超音波仪器的动态范围。

通过一系列接收器的时相转换、振幅调整以及智能型累计回波能量等过程，既可以获得高清晰度的影像。利用转换器数组的时移与调整接收讯号振幅的原理可以使设备具有定点观测扫描部位的功能。经过序列化的不同部位定位观测，超音波仪器即可建立一个组合影像。

数字聚波可以完成讯号的组合处理。在数字聚波中，经由身体内某一点反射回来的回波脉冲讯号会在每一信道内先储存起来，然后按照其先后次序排列一起，并将之固定成为同调讯号，然后聚集起来。这种将多个模拟/数字转换器的输出聚集一起的处理方法可以提高增益，因为信道内的噪声是互不相关的。（备注：模拟聚波技术基本已经成为过时的方法，现代所采用的大部分为数字聚波）。影像的形成，是于最接近转换器系统的仿真层取样，将其存储起来，再以数字化把它们聚集在一起而成。

DBF 系统需要精确的信道与信道匹配。两信道均需要VGA（视频图形数组），这种情况将会持续，直到模拟/数字转换器设备足够应付大的动态范围，并可以提供合理的成本和低耗电量。

影像模式

1. 灰度影像 — 产生基本的黑白图像

影像将被辨析成1毫米那么小的单位，呈现的影像是由发射能量以及检测那些返回的能量而成 (如先前所述)。

2. 多普勒影像(Doppler)–多普勒模式 (Doppler mode) 是通过跟踪回波的频率偏移来探测物体在各种环境中运动的速度。这些原理被应用在检查体内血液或者其它液体在体内流动的情形。这种技术是透过发射一连串声波进入体内，然后对反射波进行快速傅利叶转换(Fourier Transform, FFT)处理。这种计算处理方法即可确定来自人体的讯号频率分量，以及它们与流体速度的关系。

3.静脉和动脉模式 — 这种方式是将多普勒影像与灰度模式的联合应用。通过处理多普勒位移产生的音效讯号即可获得速率与节律。

电路原理图的设计步骤

电路原理图的设计是整个

电路设计的基础，它的设计的好坏直接决定后面PCB设计的效果。一般来说，电路原理图的设计如下。

具体设计的步骤：

第一步，启动

Protel DXP原理图编辑器

第二步，设置

电路原理图的大小与版面

第三步，从元件库取出所需元件放置在工作平面

第四步，根据设计需要连接元器件

第五步，对布线后的

元器件进行调整

第六步，保存已绘好的

原理图文档

第七步，打印输出图纸

主要的流程

在PCB设计中，其实在正式布线前，还要经过很漫长的步骤，以下就是PCB设计主要的流程：

系统规格

首先要先规划出该电子设备的各项系统规格。包含了系统功能，成本限制，大小，运作情形等等。

系统功能区块图

接下来必须要制作出系统的功能方块图。方块间的关系也必须要标示出来。

将系统分割几个PCB 将系统分割数个PCB的话，不仅在尺寸上可以缩小，也可以让系统具有升级与交换零件的能力。系统功能方块图就提供了我们分割的依据。像是计算机就可以分成主机板、显示卡、声卡、软盘驱动器和电源等等。

决定使用封装方法，和各PCB的大小当各PCB使用的技术和电路数量都决定好了，接下来就是决定板子的大小了。如果PCB设计的过大，那么封装技术就要改变，或是重新作分割的动作。在选择技术时，也要将线路图的品质与速度都考量进去。

高速流程

传统的PCB设计流程，在信号速率越来越高，甚至GHZ以上的高速PCB设计领域已经不适用了。高速PCB设计必须和仿真以及验证完美的结合在一起。而仿真也不是传统意义的简单的对设计进行验证，而是嵌入整个设计流程的前仿真得到规则，规则驱动设计，到最后的后仿真验证。

注意事项

（1）避免在PCB边缘安排重要的信号线，如时钟和复位信号等。

（2）机壳地线与信号线间隔至少为4毫米；保持机壳地线的长宽比小于5:1以减少电感效应。

（3）已确定位置的器件和线用LOCK功能将其锁定，使之以后不被误动。

（4）导线的宽度最小不宜小于0.2mm（8mil），在高密度高精度的印制线路中，导线宽度和间距一般可取12mil。

（5）在DIP封装的IC脚间走线，可应用10－10与12－12原则，即当两脚间通过2根线时，焊盘直径可设为50mil、线宽与线距都为10mil，当两脚间只通过1根线时，焊盘直径可设为64mil、线宽与线距都为12mil。

（6）当焊盘直径为1.5mm时，为了增加焊盘抗剥强度，可采用长不小于1.5mm，宽为1.5mm和长圆形焊盘。

（7）设计遇到焊盘连接的走线较细时，要将焊盘与走线之间的连接设计成水滴状，这样焊盘不容易起皮，走线与焊盘不易断开。

（8）大面积敷铜设计时敷铜上应有开窗口，加散热孔，并将开窗口设计成网状。

（9）尽可能缩短高频元器件之间的连线，减少它们的分布参数和相互间的电磁干扰。易受干扰的元器件不能相互挨得太近，输入和输出元件应尽量远离。

特殊元件布局

1、高频元件：高频元件之间的连线越短越好，设法减小连线的分布参数和相互之间的电磁干扰，易受干扰的元件不能离得太近。隶属于输入和隶属于输出的元件之间的距离应该尽可能大一些。

2、具有高电位差的元件：应该加大具有高电位差元件和连线之间的距离，以免出现意外短路时损坏元件。为了避免爬电现象的发生，一般要求2000V电位差之间的铜膜线距离应该大于2mm，若对于更高的电位差，距离还应该加大。带有高电压的器件，应该尽量布置在调试时手不易触及的地方。

3、重量太大的元件：此类元件应该有支架固定，而对于又大又重、发热量多的元件，不宜安装在电路板上。

4、发热与热敏元件：注意发热元件应该远离热敏元件。

规则装配

在设计中，从PCB板的装配角度来看，要考虑以下参数:

1)孔的直径要根据最大材料条件( MMC) 和最小材料条件(LMC) 的情况来决定。一个无支撑元器件的孔的直径应当这样选取，即从孔的MMC 中减去引脚的MMC ，所得的差值在0.15 -0. 5mm 之间。而且对于带状引脚，引脚的标称对角线和无支撑孔的内径差将不超过0.5mm ，并且不少于0.15mm。

2) 合理放置较小元器件，以使其不会被较大的元器件遮盖。

3) 阻焊的厚度应不大于0.05mm。

4) 丝网印制标识不能和任何焊盘相交。

5) 电路板的上半部应该与下半部一样，以达到结构对称。因为不对称的电路板可能会变弯曲。

后期检查要素

元件封装

（1）焊盘间距。如果是新的器件，要自己画元件封装，保证间距合适，焊盘间距直接影响到元件的焊接。

（2）过孔大小（如果有）。对于插件式器件，过孔大小应该保留足够的余量，一般保留不小于0.2mm比较合适。

（3）轮廓丝印。器件的轮廓丝印最好比实际大小要大一点，保证器件可以顺利安装。

布局

（1）IC不宜靠近板边。

（2）同一模块电路的器件应靠近摆放。比如去耦电容应该靠近IC的电源脚，组成同一个功能电路的器件优先摆放在一个区域，层次分明，保证功能的实现。

（3）根据实际安装安排插座的位置。插座都是引线到其他模块的，根据实际结构，为了安装方便，一般采用就近原则，安排插座的位置，而且一般靠近板边。

（4）注意插座方向。插座都是有方向的，方向反了，线材就要重新定做。对于平插的插座，插口方向应该朝向板外。

（5）Keep Out区域不能有器件。

（6）干扰源要远离敏感电路。高速信号、高速时钟或者大电流开关信号都属于干扰源，应该远离敏感电路，比如复位电路，模拟电路。可以用铺地来隔开它们。

布线

（1）线宽大小。线宽要结合工艺、载流量来选择，最小线宽不能小于PCB厂家的最小线宽。同时保证承载电流能力，一般以1mm/A来选取合适线宽。

（2）差分信号线。对于USB、以太网等差分线，注意走线要等长、平行、同平面，间距由阻抗决定。

（3）高速线注意回流路径。高速线容易产生电磁辐射，如果走线路径与回流路径形成面积过大，就会形成一个单匝线圈向外辐射电磁干扰，如图1。所以走线的时候要注意旁边有回流路径，多层板设置有电源层和地平面可以有效解决这个问题。

（4）注意模拟信号线。模拟信号线应该与数字信号隔开，走线尽量避免从干扰源（如时钟、DC-DC电源）旁边走过，而且走线越短越好。

EMC和信号完整性

（1）端接电阻。高速线或者频率较高并且走线较长的数字信号线最好在末端串入一个匹配电阻。

（2）输入信号线并接小电容。从接口输入的信号线，最好在靠近接口的地方并接皮法级小电容。电容大小根据信号的强度以及频率决定，不能太大，否则影响信号完整性。对于低速的输入信号，比如按键输入，可以选用330pF的小电容，如图2。

（3）驱动能力。比如驱动电流较大的开关信号可以加三极管驱动；对于扇出数较大的总线可以加缓冲器（如74LS224）驱动。

丝印

（1）板名、时间、PN码。

（2）标注。对一些接口（如排阵）的管脚或者关键信号进行标注。

（3）元件标号。元件标号要摆放至合适的位置，密集的元件标号可以分组摆放。注意不要摆放在过孔的位置。

其他

Mark点。对于需要机器焊接的PCB，需要加入两到三个的Mark点。

PCB设计