Pcb規(guī)模設(shè)計技術(shù)規(guī)范

1、PCB設(shè)計基本概念1、“層(Layer) ”的概念     與字處理或其它許多軟件中為實現(xiàn)圖、文、色彩等的嵌套與合成而引入的“層”的概念有所同，Protel的“層”不是虛擬的，而是印刷板材料本身實實在在的各銅箔層。現(xiàn)今，由于電子線路的元件密集安裝。防干擾和布線等特殊要求，一些較新的電子產(chǎn)品中所用的印刷板不僅有上下兩面供走線，在板的中間還設(shè)有能被特殊加工的夾層銅箔，例如，現(xiàn)在的計算機主板所用的印板材料多在4層以上。這些層因加工相對較難而大多用于設(shè)置走線較為簡單的電源布線層（如軟件中的Ground Dever和Power Dever），并常用大面積填充的辦法

2、來布線（如軟件中的ExternaI P1a11e和Fill）。上下位置的表面層與中間各層需要連通的地方用軟件中提到的所謂“過孔（Via）”來溝通。有了以上解釋，就不難理解“多層焊盤”和“布線層設(shè)置”的有關(guān)概念了。舉個簡單的例子，不少人布線完成，到打印出來時方才發(fā)現(xiàn)很多連線的終端都沒有焊盤，其實這是自己添加器件庫時忽略了“層”的概念，沒把自己繪制封裝的焊盤特性定義為”多層（Mulii一Layer)的緣故。要提醒的是，一旦選定了所用印板的層數(shù)，務(wù)必關(guān)閉那些未被使用的層，免得惹事生非走彎路。    2、過孔(Via）   

3、0;為連通各層之間的線路，在各層需要連通的導線的文匯處鉆上一個公共孔，這就是過孔。工藝上在過孔的孔壁圓柱面上用化學沉積的方法鍍上一層金屬，用以連通中間各層需要連通的銅箔，而過孔的上下兩面做成普通的焊盤形狀，可直接與上下兩面的線路相通，也可不連。一般而言，設(shè)計線路時對過孔的處理有以下原則：    （1）盡量少用過孔，一旦選用了過孔，務(wù)必處理好它與周邊各實體的間隙，特別是容易被忽視的中間各層與過孔不相連的線與過孔的間隙，如果是自動布線，可在“過孔數(shù)量最小化” （ Via Minimiz8tion）子菜單里選擇“on”項來自動解決。  &#

4、160; （2）需要的載流量越大，所需的過孔尺寸越大，如電源層和地層與其它層聯(lián)接所用的過孔就要大一些。    3、絲印層（Overlay）     為方便電路的安裝和維修等，在印刷板的上下兩表面印刷上所需要的標志圖案和文字代號等，例如元件標號和標稱值、元件外廓形狀和廠家標志、生產(chǎn)日期等等。不少初學者設(shè)計絲印層的有關(guān)內(nèi)容時，只注意文字符號放置得整齊美觀，忽略了實際制出的PCB效果。他們設(shè)計的印板上，字符不是被元件擋住就是侵入了助焊區(qū)域被抹賒，還有的把元件標號打在相鄰元件上，如此種種的設(shè)計都將會給裝配和維修帶

5、來很大不便。正確的絲印層字符布置原則是：”不出歧義，見縫插針，美觀大方”。     4、SMD的特殊性     Protel封裝庫內(nèi)有大量SMD封裝，即表面焊裝器件。這類器件除體積小巧之外的最大特點是單面分布元引腳孔。因此，選用這類器件要定義好器件所在面，以免“丟失引腳（Missing Plns）”。另外，這類元件的有關(guān)文字標注只能隨元件所在面放置。     5、網(wǎng)格狀填充區(qū)（External Plane ）和填充區(qū)(Fill)     

6、;正如兩者的名字那樣，網(wǎng)絡(luò)狀填充區(qū)是把大面積的銅箔處理成網(wǎng)狀的，填充區(qū)僅是完整保留銅箔。初學者設(shè)計過程中在計算機上往往看不到二者的區(qū)別，實質(zhì)上，只要你把圖面放    大后就一目了然了。正是由于平常不容易看出二者的區(qū)別，所以使用時更不注意對二者的區(qū)分，要強調(diào)的是，前者在電路特性上有較強的抑制高頻干擾的作用，適用于需做大面積填充的地方，特別是把某些區(qū)域當做屏蔽區(qū)、分割區(qū)或大電流的電源線時尤為合適。后者多用于一般的線端部或轉(zhuǎn)折區(qū)等需要小面積填充的地方。    6、焊盤( Pad）    &#

7、160;焊盤是PCB設(shè)計中最常接觸也是最重要的概念，但初學者卻容易忽視它的選擇和修正，在設(shè)計中千篇一律地使用圓形焊盤。選擇元件的焊盤類型要綜合考慮該元件的形狀、大小、布置形式、振動和受熱情況、受力方向等因素。Protel在封裝庫中給出了一系列不同大小和形狀的焊盤，如圓、方、八角、圓方和定位用焊盤等，但有時這還不夠用，需要自己編輯。例如，對發(fā)熱且受力較大、電流較大的焊盤，可自行設(shè)計成“淚滴狀”，在大家熟悉的彩電PCB的行輸出變壓器引腳焊盤的設(shè)計中，不少廠家正是采用的這種形式。一般而言，自行編輯焊盤時除了以上所講的以外，還要考慮以下原則：     （1）形狀

8、上長短不一致時要考慮連線寬度與焊盤特定邊長的大小差異不能過大；    （2）需要在元件引角之間走線時選用長短不對稱的焊盤往往事半功倍；    （3）各元件焊盤孔的大小要按元件引腳粗細分別編輯確定，原則是孔的尺寸比引腳直徑大02- 04毫米。    7、各類膜（Mask)     這些膜不僅是PcB制作工藝過程中必不可少的，而且更是元件焊裝的必要條件。按“膜”所處的位置及其作用，“膜”可分為元件面（或焊接面）助焊膜（Top or Bott

9、om 和元件面（或焊接面）阻焊膜（Top or BottomPaste Mask）兩類。 顧名思義，助焊膜是涂于焊盤上，提高可焊性能的一層膜，也就是在綠色板子上比焊盤略大的各淺色圓斑。阻焊膜的情況正好相反，為了使制成的板子適應(yīng)波峰焊等焊接形式，要求板子上非焊盤處的銅箔不能粘錫，因此在焊盤以外的各部位都要涂覆一層涂料，用于阻止這些部位上錫。可見，這兩種膜是一種互補關(guān)系。由此討論，就不難確定菜單中類似“solder Mask En1argement”等項目的設(shè)置了。     8、飛線，飛線有兩重含義：    （1）自動

10、布線時供觀察用的類似橡皮筋的網(wǎng)絡(luò)連線，在通過網(wǎng)絡(luò)表調(diào)入元件并做了初步布局后，用“Show 命令就可以看到該布局下的網(wǎng)絡(luò)連線的交叉狀況，不斷調(diào)整元件的位置使這種交叉最少，以獲得最大的自動布線的布通率。這一步很重要，可以說是磨刀不誤砍柴功，多花些時間，值！另外，自動布線結(jié)束，還有哪些網(wǎng)絡(luò)尚未布通，也可通過該功能來查找。找出未布通網(wǎng)絡(luò)之后，可用手工補償，實在補償不了就要用到“飛線”的第二層含義，就是在將來的印板上用導線連通這些網(wǎng)絡(luò)。要交待的是，如果該電路板是大批量自動線生產(chǎn)，可將這種飛線視為0歐阻值、具有統(tǒng)一焊盤間距的電阻元件來進行設(shè)計.一、過孔的概念    

11、過孔（via）是多層PCB的重要組成部分之一，鉆孔的費用通常占PCB制板費用的30%到40%。簡單的說來，PCB上的每一個孔都可以稱之為過孔。從作用上看，過孔可以分成兩類： 1、用作各層間的電氣連接。2、用作器件的固定或定位。如果從工藝制程上來說，這些過孔一般又分為三類，即盲孔(blind via)、埋孔(buried via)和通孔(through via)。盲孔位于印刷線路板的頂層和底層表面，具有一定深度，用于表層線路和下面的內(nèi)層線路的連接，孔的深度通常不超過一定的比率(孔徑)。埋孔是指位于印刷線路板內(nèi)層的連接孔，它不會延伸到線路板的表面。上述兩類孔都位于線路板的內(nèi)層，層壓前利用通孔成型工

12、藝完成，在過孔形成過程中可能還會重疊做好幾個內(nèi)層。第三種稱為通孔，這種孔穿過整個線路板，可用于實現(xiàn)內(nèi)部互連或作為元件的安裝定位孔。由于通孔在工藝上更易于實現(xiàn)，成本較低，所以絕大部分印刷電路板均使用它，而不用另外兩種過孔。以下所說的過孔，沒有特殊說明的，均作為通孔考慮。    從設(shè)計的角度來看，一個過孔主要由兩個部分組成，一是中間的鉆孔（drill hole）,二是鉆孔周圍的焊盤區(qū)，見下圖。這兩部分的尺寸大小決定了過孔的大小。很顯然，在高速,高密度的PCB設(shè)計時，設(shè)計者總是希望過孔越小越好，這樣板上可以留有更多的布線空間，此外，過孔越小，其自身的寄生電容也

13、越小，更適合用于高速電路。但孔尺寸的減小同時帶來了成本的增加，而且過孔的尺寸不可能無限制的減小，它受到鉆孔(drill)和電鍍（plating）等工藝技術(shù)的限制：孔越小，鉆孔需花費的時間越長，也越容易偏離中心位置；且當孔的深度超過鉆孔直徑的6倍時，就無法保證孔壁能均勻鍍銅。比如，現(xiàn)在正常的一塊6層PCB板的厚度（通孔深度）為50Mil左右，所以PCB廠家能提供的鉆孔直徑最小只能達到8Mil。二、過孔的寄生電容    過孔本身存在著對地的寄生電容，如果已知過孔在鋪地層上的隔離孔直徑為D2,過孔焊盤的直徑為D1,PCB板的厚度為T,板基材介電常數(shù)為,則過孔的

14、寄生電容大小近似于：C=1.41TD1/(D2-D1) 過孔的寄生電容會給電路造成的主要影響是延長了信號的上升時間，降低了電路的速度。舉例來說，對于一塊厚度為50Mil的PCB板，如果使用內(nèi)徑為10Mil，焊盤直徑為20Mil的過孔，焊盤與地鋪銅區(qū)的距離為32Mil,則我們可以通過上面的公式近似算出過孔的寄生電容大致是：C=1.41x4.4x0.050x0.020/(0.032-0.020)=0.517pF，這部分電容引起的上升時間變化量為：T10-90=2.2C(Z0/2)=2.2x0.517x(55/2)=31.28ps 。從這些數(shù)值可以看出，盡管單個過孔的寄生電容引起的上升延變緩的效用不

15、是很明顯，但是如果走線中多次使用過孔進行層間的切換，設(shè)計者還是要慎重考慮的。三、過孔的寄生電感    同樣，過孔存在寄生電容的同時也存在著寄生電感，在高速數(shù)字電路的設(shè)計中，過孔的寄生電感帶來的危害往往大于寄生電容的影響。它的寄生串聯(lián)電感會削弱旁路電容的貢獻，減弱整個電源系統(tǒng)的濾波效用。我們可以用下面的公式來簡單地計算一個過孔近似的寄生電感：L=5.08hln(4h/d)+1 其中L指過孔的電感，h是過孔的長度，d是中心鉆孔的直徑。從式中可以看出，過孔的直徑對電感的影響較小，而對電感影響最大的是過孔的長度。仍然采用上面的例子，可以計算出過孔的電感為：L=5

16、.08x0.050ln(4x0.050/0.010)+1=1.015nH 。如果信號的上升時間是1ns，那么其等效阻抗大小為：XL=L/T10-90=3.19。這樣的阻抗在有高頻電流的通過已經(jīng)不能夠被忽略，特別要注意，旁路電容在連接電源層和地層的時候需要通過兩個過孔，這樣過孔的寄生電感就會成倍增加。四、高速PCB中的過孔設(shè)計    通過上面對過孔寄生特性的分析，我們可以看到，在高速PCB設(shè)計中，看似簡單的過孔往往也會給電路的設(shè)計帶來很大的負面效應(yīng)。為了減小過孔的寄生效應(yīng)帶來的不利影響，在設(shè)計中可以盡量做到：    

17、1從成本和信號質(zhì)量兩方面考慮，選擇合理尺寸的過孔大小。比如對6-10層的內(nèi)存模塊PCB設(shè)計來說，選用10/20Mil（鉆孔/焊盤）的過孔較好，對于一些高密度的小尺寸的板子，也可以嘗試使用8/18Mil的過孔。目前技術(shù)條件下，很難使用更小尺寸的過孔了。對于電源或地線的過孔則可以考慮使用較大尺寸，以減小阻抗。    2上面討論的兩個公式可以得出，使用較薄的PCB板有利于減小過孔的兩種寄生參數(shù)。    3PCB板上的信號走線盡量不換層，也就是說盡量不要使用不必要的過孔。    4電

18、源和地的管腳要就近打過孔，過孔和管腳之間的引線越短越好，因為它們會導致電感的增加。同時電源和地的引線要盡可能粗，以減少阻抗。    5在信號換層的過孔附近放置一些接地的過孔，以便為信號提供最近的回路。甚至可以在PCB板上大量放置一些多余的接地過孔。    當然，在設(shè)計時還需要靈活多變。前面討論的過孔模型是每層均有焊盤的情況，也有的時候，我們可以將某些層的焊盤減小甚至去掉。特別是在過孔密度非常大的情況下，可能會導致在鋪銅層形成一個隔斷回路的斷槽，解決這樣的問題除了移動過孔的位置，我們還可以考慮將過孔在該鋪銅層的焊盤尺

19、寸減小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。實踐證明，即使電路原理圖設(shè)計正確，印制電路板設(shè)計不當，也會對電子設(shè)備的可靠性產(chǎn)生不利影響。例如，如果印制板兩條細平行線靠得很近，則會形成信號波形的延遲，在傳輸線的終端形成反射噪聲。因此，在設(shè)計印制電路板的時候，應(yīng)注意采用正確的方法。一、地線設(shè)計     在電子設(shè)備中，接地是控制干擾的重要方法。如能將接地和屏蔽正確結(jié)合起來使用，可解決大部分干擾問題。電子設(shè)備中地線結(jié)構(gòu)大致有系統(tǒng)地、機殼地（屏蔽地）、數(shù)字地（邏輯地）和模擬地等。在地線設(shè)計中應(yīng)注意以下幾點：  

20、0; 1.正確選擇單點接地與多點接地    在低頻電路中，信號的工作頻率小于1MHz，它的布線和器件間的電感影響較小，而接地電路形成的環(huán)流對干擾影響較大，因而應(yīng)采用一點接地。當信號工作頻率大于10MHz時，地線阻抗變得很大，此時應(yīng)盡量降低地線阻抗，應(yīng)采用就近多點接地。當工作頻率在110MHz時，如果采用一點接地，其地線長度不應(yīng)超過波長的1/20，否則應(yīng)采用多點接地法。    2.將數(shù)字電路與模擬電路分開    電路板上既有高速邏輯電路，又有線性電路，應(yīng)使它們盡量分開

21、，而兩者的地線不要相混，分別與電源端地線相連。要盡量加大線性電路的接地面積。     3.盡量加粗接地線    若接地線很細，接地電位則隨電流的變化而變化，致使電子設(shè)備的定時信號電平不穩(wěn)，抗噪聲性能變壞。因此應(yīng)將接地線盡量加粗，使它能通過三位于印制電路板的允許電流。如有可能，接地線的寬度應(yīng)大于3mm。    4.將接地線構(gòu)成閉環(huán)路    設(shè)計只由數(shù)字電路組成的印制電路板的地線系統(tǒng)時，將接地線做成閉環(huán)路可以明顯的提高抗噪聲能力。其原因在于

22、：印制電路板上有很多集成電路元件，尤其遇有耗電多的元件時，因受接地線粗細的限制，會在地結(jié)上產(chǎn)生較大的電位差，引起抗噪聲能力下降，若將接地結(jié)構(gòu)成環(huán)路，則會縮小電位差值，提高電子設(shè)備的抗噪聲能力。二、電磁兼容性設(shè)計     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)、有效地進行工作的能力。電磁兼容性設(shè)計的目的是使電子設(shè)備既能抑制各種外來的干擾，使電子設(shè)備在特定的電磁環(huán)境中能夠正常工作，同時又能減少電子設(shè)備本身對其它電子設(shè)備的電磁干擾。    1.選擇合理的導線寬度由于瞬變電流在印制線條上所產(chǎn)生的沖擊干擾主要是由印

23、制導線的電感成分造成的，因此應(yīng)盡量減小印制導線的電感量。印制導線的電感量與其長度成正比，與其寬度成反比，因而短而精的導線對抑制干擾是有利的。時鐘引線、行驅(qū)動器或總線驅(qū)動器的信號線常常載有大的瞬變電流，印制導線要盡可能地短。對于分立元件電路，印制導線寬度在1.5mm左右時，即可完全滿足要求；對于集成電路，印制導線寬度可在0.21.0mm之間選擇。     2.采用正確的布線策略采用平等走線可以減少導線電感，但導線之間的互感和分布電容增加，如果布局允許，最好采用井字形網(wǎng)狀布線結(jié)構(gòu)，具體做法是印制板的一面橫向布線，另一面縱向布線，然后在交叉孔處用金屬化孔相連。

24、為了抑制印制板導線之間的串擾，在設(shè)計布線時應(yīng)盡量避免長距離的平等走線，盡可能拉開線與線之間的距離，信號線與地線及電源線盡可能不交叉。在一些對干擾十分敏感的信號線之間設(shè)置一根接地的印制線，可以有效地抑制串擾。     為了避免高頻信號通過印制導線時產(chǎn)生的電磁輻射，在印制電路板布線時，還應(yīng)注意以下幾點：     盡量減少印制導線的不連續(xù)性，例如導線寬度不要突變，導線的拐角應(yīng)大于90度禁止環(huán)狀走線等。    時鐘信號引線最容易產(chǎn)生電磁輻射干擾，走線時應(yīng)與地線回路相靠近，驅(qū)動器應(yīng)緊挨

25、著連接器。     總線驅(qū)動器應(yīng)緊挨其欲驅(qū)動的總線。對于那些離開印制電路板的引線，驅(qū)動器應(yīng)緊緊挨著連接器。     數(shù)據(jù)總線的布線應(yīng)每兩根信號線之間夾一根信號地線。最好是緊緊挨著最不重要的地址引線放置地回路，因為后者常載有高頻電流。    在印制板布置高速、中速和低速邏輯電路時，應(yīng)按照圖1的方式排列器件。     3.抑制反射干擾為了抑制出現(xiàn)在印制線條終端的反射干擾，除了特殊需要之外，應(yīng)盡可能縮短印制線的長度和采用慢速電路。必

26、要時可加終端匹配，即在傳輸線的末端對地和電源端各加接一個相同阻值的匹配電阻。根據(jù)經(jīng)驗，對一般速度較快的TTL電路，其印制線條長于10cm以上時就應(yīng)采用終端匹配措施。匹配電阻的阻值應(yīng)根據(jù)集成電路的輸出驅(qū)動電流及吸收電流的最大值來決定。三、去耦電容配置    在直流電源回路中，負載的變化會引起電源噪聲。例如在數(shù)字電路中，當電路從一個狀態(tài)轉(zhuǎn)換為另一種狀態(tài)時，就會在電源線上產(chǎn)生一個很大的尖峰電流，形成瞬變的噪聲電壓。配置去耦電容可以抑制因負載變化而產(chǎn)生的噪聲，是印制電路板的可靠性設(shè)計的一種常規(guī)做法，配置原則如下：     

27、電源輸入端跨接一個10100uF的電解電容器，如果印制電路板的位置允許，采用100uF以上的電解電容器的抗干擾效果會更好。    為每個集成電路芯片配置一個0.01uF的陶瓷電容器。如遇到印制電路板空間小而裝不下時，可每410個芯片配置一個110uF鉭電解電容器，這種器件的高頻阻抗特別小，在500kHz20MHz范圍內(nèi)阻抗小于1，而且漏電流很小（0.5uA以下）。    對于噪聲能力弱、關(guān)斷時電流變化大的器件和ROM、RAM等存儲型器件，應(yīng)在芯片的電源線（Vcc）和地線（GND）間直接接入去耦電容。    去耦電容的引線不能過長，特別是高頻旁路電容不能帶引線。四、印制電路板的尺寸與器件的布置    印制電路板大小要適中，過大時印制線條長，阻抗增加，不僅抗噪聲能力下降，成本也高；過小，則散熱不好，同時易受臨近線條干擾。    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。如圖2所示。時種發(fā)生器、晶振和CPU的時鐘輸入端都易產(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)盡量遠離