1、主要內(nèi)容,第九講 PCB設(shè)計(jì)規(guī)范,第一節(jié) PCB板布局規(guī)范 第二節(jié) PCB板布線(xiàn)規(guī)范 大 作 業(yè),第一節(jié) PCB板布局規(guī)范,一、PCB板布局概述 在PCB板設(shè)計(jì)中，布局是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。布局結(jié)果的好壞將直接影響布線(xiàn)的效果，因此可以這樣認(rèn)為，合理的布局是 PCB 設(shè)計(jì)成功的第一步。 布局的方式分兩種，一種是交互式布局，另一種是自動(dòng)布局，一般是在自動(dòng)布局的基礎(chǔ)上用交互式布局進(jìn)行調(diào)整，使其成為便于布線(xiàn)的最佳布局。在布局完成后，還可對(duì)設(shè)計(jì)文件及有關(guān)信息進(jìn)行返回標(biāo)注于原理圖，使得 PCB板中的有關(guān)信息與原理圖相一致，以便在今后的建檔、更改設(shè)計(jì)能同步起來(lái), 同時(shí)對(duì)模擬的有關(guān)信息進(jìn)行更新，使得能對(duì)電路的電氣

2、性能及功能進(jìn)行板級(jí)驗(yàn)證。,二、PCB板布局規(guī)則 1.元件放置基本原則 布局順序：先難后易，先大后小，先精后粗大，先密后疏。 元件放置層：元件擺放均應(yīng)該放置在頂層，只有在特定情況小，才把部分高度有限、發(fā)熱量小的貼片電阻、電容、IC等放置在底層。 元件放置位置：元件應(yīng)該放置在柵格上，相互平行或垂直，元件排列要求整齊、美觀、緊湊，輸入和輸入元件盡可能遠(yuǎn)離。 元件放置的方向和位置：同類(lèi)型的元件應(yīng)該在橫向或縱向方向一致；同類(lèi)型的有極性分立元件也要在橫向或縱向方向一致，具有相同結(jié)構(gòu)的電路盡可能采用對(duì)稱(chēng)布局。,去耦電容的放置：集成電路的去耦電容應(yīng)盡量靠芯片的電源引腳，使之與電源和地線(xiàn)之間形成的回路最短，旁路

3、電容應(yīng)均勻分布在集成電路周?chē)?電源供電考慮：使用同一個(gè)電源的元件應(yīng)該盡可能放置在一起，以便于電源的分割和布線(xiàn)。 留邊考慮：位于邊遠(yuǎn)的器件，一般離板邊緣至少2個(gè)板材的厚度。 留空考慮：雙列直插器件的相互距離要大于2毫米，BGA器件與相鄰元件的距離大于5毫米，貼片小元件的相互距離要大于0.7毫米，貼片元件焊盤(pán)外側(cè)與相鄰?fù)缀副P(pán)外側(cè)的距離要大于2毫米，壓接元件周?chē)?毫米不可以放置直插元件。 元件分布：均勻、疏密一致、重心平衡。,PCB板上元件貼片的受限區(qū)域(雙面PCB ),2. 按照信號(hào)走向布局原則 通常按照信號(hào)的傳遞過(guò)程逐一安排各功能電路單元的位置，以每個(gè)功能電路的核心器件為中心，圍繞它進(jìn)行布局

4、，減小和縮短元器件的引線(xiàn)和連接。 元件的布局應(yīng)該便于信號(hào)的傳遞，使信號(hào)盡可能保持一致的方向。多數(shù)情況下，信號(hào)的傳遞方向安排為從左到右或從上到下，與輸入、輸出相連的元件應(yīng)當(dāng)放在靠近輸入、輸出接插件或連接器的附近。 3. 防止電磁干擾的布局考慮原則 對(duì)電磁場(chǎng)輻射較強(qiáng)的元件，以及對(duì)電磁場(chǎng)感應(yīng)比較靈敏的元件，應(yīng)該加大它們相互之間的距離或加以屏蔽，元器件放置的方向應(yīng)與相鄰的印制導(dǎo)線(xiàn)交叉。 盡量避免高低電壓器件相互混雜，強(qiáng)弱信號(hào)的器件交錯(cuò)布局。,7,對(duì)于產(chǎn)生磁場(chǎng)的元件，如變壓器、揚(yáng)聲器、電感等，布局時(shí)應(yīng)注意減少磁力線(xiàn)對(duì)印刷導(dǎo)線(xiàn)的切割，相鄰元件的磁場(chǎng)方向應(yīng)相互垂直，減少彼此之間的耦合。 對(duì)干擾源進(jìn)行屏蔽，屏

5、蔽罩應(yīng)良好接地。 在高頻工作的電路，要考慮元件之間分布參數(shù)的影響。 工作電流大的器件，一般在布局時(shí)靠近電源的輸入端，應(yīng)與小電流電路分開(kāi)，并加上去耦電容。 4.抑制熱干擾的布局考慮原則 對(duì)于發(fā)熱的元件，應(yīng)該安排在有利于散熱的位置，一般在PCB的邊緣，必要時(shí)可以單獨(dú)設(shè)置散熱器或小風(fēng)扇，以降低溫度，減少對(duì)相鄰元件的影響。,一些功耗大的集成塊、大或中功率管、大功率電阻等元件，要放置在容易散熱的位置，并與其它元件隔開(kāi)一定的距離。 熱敏元件應(yīng)緊貼被測(cè)元件并遠(yuǎn)離高溫區(qū)域。 雙面放置元件時(shí)，底層不放置發(fā)熱元件。 5. 提高機(jī)械強(qiáng)度的布局考慮原則 要注意整個(gè)PCB的重心平衡與穩(wěn)定，重而大的元件盡量放置在靠近固定

6、端的位置，并降低重心，以提高機(jī)械強(qiáng)度和耐震、耐沖擊能力，減少PCB板的負(fù)荷和變形。 重15克以上的元器件，不能只靠焊盤(pán)來(lái)固定，應(yīng)使用支架或卡子等輔助固定裝置。 為了便于縮小體積或提高機(jī)械強(qiáng)度，可設(shè)置輔助底板，將一些笨重的元件牢固地安裝在輔助板上。,PCB板的最佳形狀是矩形，當(dāng)板面尺寸大于200150mm時(shí)要考慮使用機(jī)械邊框加固。 要在PCB板上留足固定支架、定位螺孔和連接插座的位置，便于安裝。,印制電路 板布局樣圖,印制電路 板布局樣圖,三、PCB板布局的檢查和評(píng)審 印制板尺寸是否與加工圖紙尺寸相符？能否符合 PCB 制造工藝要求？有無(wú)定位標(biāo)記？ 元件在二維、三維空間上有無(wú)沖突？ 元件布局是否

7、疏密有序，排列整齊？是否全部布完？ 需更換的元件能否方便的更換？插件插入設(shè)備是否方便？ 熱敏元件與發(fā)熱元件之間是否有適當(dāng)?shù)木嚯x？ 調(diào)整可調(diào)元件是否方便？ 在需要散熱的地方，裝了散熱器沒(méi)有？空氣流是否通暢？ 信號(hào)流程是否順暢且互連最短？ 插頭、插座等與機(jī)械設(shè)計(jì)是否矛盾？ 線(xiàn)路的干擾問(wèn)題是否有所考慮？,第二節(jié) PCB板布線(xiàn)規(guī)范,一、PCB板布線(xiàn)概述 在PCB設(shè)計(jì)中，布線(xiàn)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，布線(xiàn)的設(shè)計(jì)過(guò)程最長(zhǎng)、技巧最細(xì)、工作量最大。PCB 布線(xiàn)方式有兩種：自動(dòng)布線(xiàn)及交互式布線(xiàn)。 自動(dòng)布線(xiàn)的布通率，依賴(lài)于良好的布局， 走線(xiàn)的彎曲次數(shù)、導(dǎo)通

8、孔的數(shù)目、步進(jìn)的數(shù)目等布線(xiàn)規(guī)則可以預(yù)先設(shè)定。 布線(xiàn)過(guò)程一般先進(jìn)行探索式布線(xiàn)路徑，快速地把短線(xiàn)連通， 然后進(jìn)行迷宮式布線(xiàn)，先把要布的連線(xiàn)進(jìn)行全局的布線(xiàn)路徑優(yōu)化，可以根據(jù)需要斷開(kāi)已布的線(xiàn)， 并試著重新再布線(xiàn)，以改進(jìn)總體效果。 PCB 板的設(shè)計(jì)過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜而又簡(jiǎn)單的過(guò)程，要想很好地掌握它，還需廣大電子工程設(shè)計(jì)人員去自已體會(huì)， 才能得到其中的真諦。,二、布線(xiàn)規(guī)則 1. 常用的基本布線(xiàn)方法 直接布線(xiàn)：先把最關(guān)鍵的導(dǎo)線(xiàn)布放好，然后把其它次要的導(dǎo)線(xiàn)繞過(guò)這些布線(xiàn)布放好，通常利用元件跨越導(dǎo)線(xiàn)來(lái)提高布線(xiàn)率，布線(xiàn)不通時(shí)可以通過(guò)頂層斷路線(xiàn)來(lái)解決，適用于單面板。 XY坐標(biāo)布線(xiàn)：在PCB板的一面的所有導(dǎo)線(xiàn)都與水平邊緣線(xiàn)

9、平行，而相鄰的一面上的所有導(dǎo)線(xiàn)都與前一面的導(dǎo)線(xiàn)正交，兩面導(dǎo)線(xiàn)的連通通過(guò)金屬化過(guò)孔實(shí)現(xiàn)，適用于雙面板和多層板。,2. 布線(xiàn)寬度選擇原則 布線(xiàn)寬度選用的依據(jù)：布線(xiàn)最小寬度主要由導(dǎo)線(xiàn)與絕緣基板的粘附強(qiáng)度和流過(guò)它們的電流值來(lái)決定。,布 線(xiàn) 寬 度 與 電 流 關(guān) 系 表,布線(xiàn)常用寬度: 當(dāng)銅箔厚度為50um時(shí)，電源線(xiàn)布線(xiàn)寬度一般選用11.5mm，通過(guò)2A電流，溫度升高不超過(guò)3度，可以滿(mǎn)足大部分要求。數(shù)字電路信號(hào)線(xiàn)布線(xiàn)寬度通常選用0.20.3mm。當(dāng)布線(xiàn)密度允許時(shí)，應(yīng)盡可能增加布線(xiàn)寬度，特別是電源線(xiàn)和地線(xiàn)。 自動(dòng)布線(xiàn)要求依次按照地線(xiàn)電源線(xiàn)時(shí)鐘線(xiàn)其它的順序進(jìn)行布線(xiàn)，在布線(xiàn)規(guī)則中設(shè)置布線(xiàn)優(yōu)先級(jí)，0為最低級(jí)，

10、100為最高級(jí)。 布線(xiàn)與電感量：印制導(dǎo)線(xiàn)的電感量與其長(zhǎng)度成正比，與其寬度成反比，因此短而寬的線(xiàn)有利于抑制干擾。 布線(xiàn)寬度與焊盤(pán)：布線(xiàn)寬度一般要小于與之相連的焊盤(pán)直徑。,3. 布線(xiàn)間距選擇原則 導(dǎo)線(xiàn)的最小間距主要由最壞情況下的線(xiàn)間絕緣電阻和擊穿電壓決定。導(dǎo)線(xiàn)越短、間距越大，線(xiàn)間絕緣電阻就越大。當(dāng)導(dǎo)線(xiàn)間距為1.5mm時(shí)，其絕緣電阻超過(guò)20M，允許電壓為300V；導(dǎo)線(xiàn)間距為1.0mm時(shí)，允許電壓為200V。所以一般選用導(dǎo)線(xiàn)間距為1.01.5mm，可以滿(mǎn)足大部分設(shè)計(jì)要求。對(duì)于集成電路，尤其是數(shù)字電路，只要工藝允許可視間距很小。 4. 布線(xiàn)優(yōu)先次序原則 密度疏松原則：從PCB板連接關(guān)系最簡(jiǎn)單器件和最疏松

11、的區(qū)域開(kāi)始布線(xiàn)。 核心優(yōu)先原則：核心部分優(yōu)先布線(xiàn)，其它次要信號(hào)要照顧整體，不能與關(guān)鍵信號(hào)相抵觸。,5. 重要線(xiàn)路布線(xiàn)原則 重要線(xiàn)路主要包括：時(shí)鐘、復(fù)位以及弱信號(hào)線(xiàn)等。 重要線(xiàn)路（含總線(xiàn)和片選線(xiàn)）應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離I/O線(xiàn)和接插件，時(shí)鐘發(fā)生器盡量靠近使用該時(shí)鐘的器件。 時(shí)鐘線(xiàn)盡量短，并用地線(xiàn)將時(shí)鐘區(qū)圈起來(lái)；石英振蕩器外殼要接地；石英晶體及對(duì)噪聲敏感的器件下面不要走線(xiàn)。 時(shí)鐘信號(hào)最容易產(chǎn)生電磁輻射干擾，走線(xiàn)時(shí)應(yīng)與地線(xiàn)回路靠近，時(shí)鐘線(xiàn)垂直于I/O線(xiàn)比平行于I/O時(shí)所產(chǎn)生的干擾要小。 弱信號(hào)、低頻電路周?chē)灰纬呻娏鳝h(huán)路。 模擬電壓輸入線(xiàn)、參考電壓端要盡量遠(yuǎn)離數(shù)字電路信號(hào)，特別是時(shí)鐘信號(hào)。,6. 信號(hào)線(xiàn)布線(xiàn)

12、的一般原則 輸入、輸出端的導(dǎo)線(xiàn)應(yīng)盡量避免相鄰平行，若無(wú)法避免則平行信號(hào)線(xiàn)之間要盡量留有較大間隔，最好加線(xiàn)間地線(xiàn)，起到屏蔽作用。 印制板兩面的導(dǎo)線(xiàn)應(yīng)相互垂直、斜交或彎曲走線(xiàn)，避免平行走線(xiàn)，以減少寄生電容。 信號(hào)線(xiàn)間的壓差較大時(shí)，要加大導(dǎo)線(xiàn)間的間距；布線(xiàn)密度較低時(shí)，可加粗導(dǎo)線(xiàn)，并適當(dāng)加大間距。 重要信號(hào)應(yīng)采用手工優(yōu)先布線(xiàn)、屏蔽和加大安全距離等方法，使其回路面積最小，保證信號(hào)質(zhì)量，在多層板中盡量提供專(zhuān)門(mén)的布線(xiàn)層。,電源線(xiàn),信號(hào)clk,不好的布線(xiàn),強(qiáng)弱信號(hào)盡量遠(yuǎn)離,相鄰兩面采用#字型布線(xiàn),常見(jiàn)走線(xiàn)對(duì)比1,常見(jiàn)走線(xiàn)對(duì)比2,常見(jiàn)走線(xiàn)對(duì)比3,7. 信號(hào)走線(xiàn)控制 走線(xiàn)長(zhǎng)度控制：PCB設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該盡可能使布線(xiàn)長(zhǎng)度

13、最短，以減少布線(xiàn)長(zhǎng)度帶來(lái)的干擾問(wèn)題。特別是重要的信號(hào)線(xiàn)，應(yīng)該根據(jù)具體的情況采用合理的網(wǎng)路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使總長(zhǎng)度最短。,走線(xiàn)長(zhǎng)度控制,走線(xiàn)倒角控制：PCB設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量避免使用銳角和直角，以避免產(chǎn)生不必要的輻射，所有的線(xiàn)與線(xiàn)之間的夾角一般應(yīng)大于135。,走線(xiàn)倒角控制,不合理,8. 信號(hào)屏蔽原則 印制電路板上的元件若要加屏蔽時(shí)，可以在元件外面套一個(gè)屏蔽罩，在對(duì)應(yīng)于元件的另一面再罩上一個(gè)扁形屏蔽罩（或金屬板），將兩個(gè)屏蔽罩在電氣上連接起來(lái)并接地，構(gòu)成一個(gè)近似封閉的屏蔽盒。 印制導(dǎo)線(xiàn)如果需要加屏蔽，在要求不高時(shí)，可采用印制導(dǎo)線(xiàn)屏蔽，對(duì)于多層板，一般通過(guò)電源層和地線(xiàn)層的使用，既解決電源和地線(xiàn)的布線(xiàn)問(wèn)題，又可以

14、對(duì)信號(hào)線(xiàn)進(jìn)行屏蔽。,印制導(dǎo)線(xiàn)屏蔽方法,重要信號(hào)線(xiàn)的屏蔽：對(duì)于一些重要的信號(hào)線(xiàn)，如時(shí)鐘信號(hào)、同步信號(hào)、復(fù)位信號(hào)或頻率特別高的信號(hào)，應(yīng)該考慮采用包絡(luò)或覆銅的屏蔽方式進(jìn)行屏蔽。即將所布置的重要信號(hào)線(xiàn)或高頻信號(hào)線(xiàn)的上下左右用地線(xiàn)隔離，并考慮好屏蔽地和實(shí)際地平面的有效結(jié)合。,重要信號(hào)線(xiàn)的屏蔽,9. 地線(xiàn)布線(xiàn)的一般原則 一般將公共地線(xiàn)布置在PCB板的邊緣，便于PCB板安裝在機(jī)架上及機(jī)架與地線(xiàn)相連接。公共地線(xiàn)與印制板邊緣應(yīng)留一定的距離，一般不小于2倍的板材厚度。 盡量加粗地線(xiàn)。若地線(xiàn)很細(xì)，接地電位會(huì)隨電流的變化而變化，導(dǎo)致電子系統(tǒng)的信號(hào)受到干擾，特別是模擬電路部分，因此地線(xiàn)應(yīng)該盡量寬，一般以大于 3mm 為

15、宜。 在印制電路板上應(yīng)盡可能多地保留銅箔做地線(xiàn)，使傳輸特性和屏蔽作用得到改善，并減少分布電容的影響。數(shù)字電路中地線(xiàn)可以設(shè)計(jì)成閉合回路，模擬電路中地線(xiàn)不可以設(shè)計(jì)成閉合回路。在低頻電路中采用單點(diǎn)接地；在高頻電路中就近接地，而且要采用大面積接地方式。 印制板上若有大電流器件，如繼電器、揚(yáng)聲器等，其地線(xiàn)最好分開(kāi)獨(dú)立走，以減少地線(xiàn)上的噪聲。,模擬地和數(shù)字地的連接：模擬地和數(shù)字地應(yīng)該分開(kāi)排布，這樣可以減少模擬電路與數(shù)字電路之間的相互干擾。通常采用地線(xiàn)割裂法使各自自成回路，然后再分別接到公共的一點(diǎn)上。如圖所示模擬平面和數(shù)字平面是兩個(gè)相互獨(dú)立的平面，以保證信號(hào)的完整性，只在電源入口處通過(guò)一個(gè)0歐電阻或小電感連

16、接，再與公共地相連。,模擬地和數(shù) 字地的連接,單點(diǎn)接地示意圖,環(huán)路最小原則,環(huán)路最小規(guī)則：即信號(hào)線(xiàn)與地線(xiàn)回路構(gòu)成的環(huán)路面積要盡可能小，環(huán)路面積越小，對(duì)外電磁輻射越小，接收外界的干擾也越小，如圖所示。,電源與地線(xiàn)的緊密耦合設(shè)計(jì),不好,比較好,最好,大面積覆銅接地:沒(méi)有布線(xiàn)的區(qū)域最好由大的接地面來(lái)覆蓋，以提供屏蔽和增加去耦能力。但是發(fā)熱元件和大電流引線(xiàn)周?chē)鷳?yīng)盡量避免使用大面積銅箔，否則長(zhǎng)時(shí)間受熱易發(fā)生銅箔膨脹脫落現(xiàn)象。必須使用大面積銅箔時(shí)，最好用柵格狀，便于散熱。,孤立覆銅控制：獨(dú)立的覆銅區(qū)也叫銅島，它的出現(xiàn)會(huì)帶來(lái)一些不可預(yù)知的問(wèn)題，因此應(yīng)該將孤立覆銅區(qū)與實(shí)際地平面相連，或?qū)⒐铝⒏层~區(qū)刪除。在實(shí)際

17、PCB板制作中，增加覆銅區(qū)除了增加接地面積有助于改善信號(hào)質(zhì)量外，還有方便PCB板生產(chǎn)廠(chǎng)家加工的功效，同時(shí)還能防止PCB板的翹曲。,孤立覆銅處理,10. 電源線(xiàn)布線(xiàn)原則 盡量加寬電源線(xiàn)，根據(jù)估算電流，確定電源線(xiàn)的最小寬度。 保證印制電路板中電源線(xiàn)、地線(xiàn)的走向與數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较蛞恢?，增?qiáng)抗噪聲能力。 不同電源層在空間上要避免重疊，特別是一些電壓相差很大的電源之間，電源平面的重疊問(wèn)題一定要設(shè)法避免，難以避免時(shí)可考慮中間隔地層。,避免電源層在 空間上的重疊,11. 添加去耦電容原則 去耦電容的作用 去耦電容的主要作用就是減少器件內(nèi)部產(chǎn)生的噪聲在板上的傳播并將噪聲引導(dǎo)到地，去耦電容去除高頻如RF信號(hào)的干擾

18、。 去電容還有蓄能的作用，高頻器件在工作的時(shí)候，其電流是不連續(xù)的，而器件的VCC到總電源有一段距離，即使距離不長(zhǎng)，在頻率很高的情況下，感的影響也會(huì)很大，會(huì)導(dǎo)致器件在需要電流的時(shí)候，不能及時(shí)共給，去耦電容提供“高頻”電流，從而減少環(huán)路面積。,去耦電容的作用,去耦電容設(shè)計(jì) 容量計(jì)算：C=I/(dV/dt) 。與芯片所需電流成正比，與信號(hào)上升時(shí)間（頻率）成反比，一般推薦使用104（10M以下），103（1050M），102（50M以上） 位置選擇：需要放置在能夠最小化電容和芯片間走線(xiàn)電感的地方，建議靠近芯片電源引腳放置，且要連接到芯片本級(jí)地。,去耦電容配置原則 電源輸入端跨接一個(gè)10100uF的電解

19、電容，如果印制電路板的位置允許，采用100uF以上電解電容抗干擾效果更好。 每個(gè)集成芯片配置一個(gè)104（0.1uF）的陶瓷電容，如電路板的空間狹小，可每410個(gè)芯片配置一個(gè)110uF的鉭電解電容。 去耦電容的引線(xiàn)不能過(guò)長(zhǎng)，去耦電容的布局要合理。,去耦電容 配置原則,12. 器件布局分區(qū)/分層規(guī)則 為了防止不同工作頻率的模塊之間的互相干擾，同時(shí)盡量縮短高頻部分的布線(xiàn)長(zhǎng)度。通常將高頻的部分布設(shè)在接口部分以減少布線(xiàn)長(zhǎng)度，當(dāng)然，這樣的布局仍然要考慮到低頻信號(hào)可能受到的干擾。同時(shí)還要考慮到高/低頻部分地平面的分割問(wèn)題，通常采用將二者的地分割，再在接口處單點(diǎn)相接。 對(duì)混合電路多層板，可以將模擬與數(shù)字電路分別布置在印制板的兩面，分別使用不同的層布線(xiàn)，中間用地層隔離的方式。,器件布局分區(qū)/分層規(guī)則,13. 焊盤(pán)設(shè)計(jì)原則 焊盤(pán)尺寸 焊盤(pán)的內(nèi)孔尺寸必須從元件引線(xiàn)直徑和公差尺寸以及鍍錫層厚度、孔徑公差、孔金屬化電鍍層厚度等方面考慮，通常情況下以金屬引腳直徑加上 0.