一、实验原理

（一）印刷电路板层次结构

      根据导电层数目，将印刷电路板分为单面板、双面板和多层电路板。

      单面板所用的绝缘基板只有一面敷铜箔，只能在敷铜箔面上制作包括固定、连接元件引脚的焊盘和实现元件引脚互连的印刷导线。该导电图形面称为焊锡面或底层(Bottom Layer)。没有铜膜的一面用于安放元件，称为元件面或顶层(Top Layer)。单面板结构简单，生产成本低，但布线设计难度最大，布通率低，少量无法通过印刷导线连接的节点，只能使用飞线连接。

      双面板的绝缘基板上下两面均覆盖铜箔，因此能够在上下两面制作元件焊盘、印刷导线、实现上下两面电气互连的金属化过孔。在双面板中，元件安装在顶层(Top Layer)，另一面为底层(Bottom Layer)焊锡面。双面板制作成本较高，但布线设计相对容易，布通率高。

      多层板中导电层的数目一般为4层以上，顶层(Top Layer)、底层(Bottom Layer)以及中间层(Mid Layer)可以作为信号层(Signal Layer)，中间层还可以有电源/地线层(Internal Plane)。各层之间的电气连接通过元件引脚焊盘和金属化过孔实现。多层板布通率高，印刷板面积可以很小，只是成本最高。

      表征元件轮廓、序号、型号等说明性文字的丝网漏影符号通常处于元件面(Top OverLayer)。

 

（二）刷电路板元件布局

      印刷板元件布局是PCB设计的关键，元件布局的合理性对印刷电路板布线的布通率影响很大。布局的一般过程是，先手工放置核心元件、电源及信号接插件、对干扰敏感元件以及大功率元件，然后对剩余元件进行自动布局，最后再手工调整个别元件的位置。

1、分区放置

      在电路系统中，数字电路、模拟电路以及大电流电路必须分区放置，区域内元件集中布局，使各区域的参考地线便于集中一点接地，以防止各子系统之间的地线耦合干扰。

      元件按信号流向依次放置，输入信号缓冲元件、输出信号驱动元件以及信号接插件应尽量靠近印刷电路板边框，以尽可能缩短输入/输出信号线。

      较重元件如变压器应靠近支撑点，以防止印刷板电路板产生弯曲。

2、元件间距

      元件距离印刷板边框一般大于200mil(5.08mm)。必须增加发热元件之间、发热元件与热敏元件之间的距离，以保证电路系统的热稳定性。对于电位差较大的相邻分区，如高压电路与低压电路之间的元件间距应足够大，以防止干扰与击穿。

      但是，不适当地拉大元件间距，除了使印刷板面积增大，成本增加外，还会使连线过长，印刷导线寄生电容、电阻、电感等增加，降低整个电路系统的性能。

3、退耦电容

      退耦电容一般采用0.1μF的瓷片电容，其寄生电感为5nH，可以滤除10MHz以下的高频信号。原则上在每1～4块数字IC芯片的电源和地线引脚之间并联一个退耦电容，在电源接插件的电源线和地线间并联10 μF左右的钽电解电容(寄生电感小)。

（三）印刷电路板布线

      通过印刷导线布线，实现由电路原理图所描述的元件之间的电气连接。

1、走线方向

      印刷导线转折点内角选择为135°。如果小于90°，则导线总长度增加，致使导线电阻和寄生电感增大。在双面或多层印制板中，上下两层信号线的走线方向应尽量相互垂直，避免平行走线，以减少相互间的信号耦合。高频电路的走线须严格限制平行布线的长度。

2、隔离屏蔽

      在数据总线中，可间隔布置信号地线，以实现各位信号间的隔离。模拟信号线应尽量靠近地线，远离大电流和电源线。在双面电路板中，为防止高频时钟信号产生的辐射，可在时钟电路下方底层面内放置一个金属填充接地区，以避免在时钟电路下方走线。

3、单点接地

      分区域布线的数字电路、模拟电路、大电流电路、高压电路等子系统的电源线、地线必须先单独走线，然后再分别单点接到系统电源线、地线上。不能多点接地，否则难以避免子系统间通过电源线、地线的寄生电阻或电感形成的相互干扰。

4、印刷导线宽度

      印刷导线的宽度选择取决于该导线上电流的大小，50μm厚度×1.27mm(50mil)宽度的铜箔导线的最大允许电流约为lA。对于小功率的数字、模拟电路印刷板，地线和电源印刷导线宽度一般可选择为50~100mil，大功率电路地线和电源线宽应该为200 mil以上。数字、模拟电路的信号线通常电流较小(50mA以下)，线宽可取10mil。

5、印刷导线间距

      受绝缘电阻、击穿电压、刻蚀工艺等因素的限制，印刷导线之间、印刷导线与焊盘、或过孔之间的距离不能过小。对于低压电路(数字电路)，最小间距可取10mil。对于200V以上电压的电路板，间距不小于50mil。

 

二、实验内容

（一）晶体振荡器电路原理图编辑

      由TTL非门组成的10MHz晶体振荡器电路原理图。电路偏置电源由外部提供，系统输出以及供电输入均通过3.96mm间距4芯插座与外部连接。

      使用原理图编辑器对晶体振荡器电路进行编辑，然后由原理图更新印刷电路初始文件。

（二）晶体振荡器电路印刷板设计

      印刷板面积为1800mil×1200mil(45.72mm×30.48mm)，印刷板四个顶角分别有一个直径为120mil(3.048mm)的定位钻孔，钻孔距两个顶角边均为100mil(2.54mm)，4芯插座位于印刷板短边。

      使用印刷板编辑器进行元件布局、手工布线，用单面印刷电路板实现。最后使用DRC工具对印刷板进行设计规则检查，以排除布线错误。