CB設(shè)計規(guī)范講義課件

主要內(nèi)容第九講PCB設(shè)計規(guī)范第一節(jié)PCB板布局規(guī)范第二節(jié)PCB板布線規(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)計中，布局是一個重要的環(huán)節(jié)。布局結(jié)果的好壞將直接影響布線的效果，因此可以這樣認(rèn)為，合理的布局是PCB設(shè)計成功的第一步。布局的方式分兩種，一種是交互式布局，另一種是自動布局，一般是在自動布局的基礎(chǔ)上用交互式布局進(jìn)行調(diào)整，使其成為便于布線的最佳布局。在布局完成后，還可對設(shè)計文件及有關(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)計能同步起來,同時對模擬的有關(guān)信息進(jìn)行更新，使得能對電路的電氣性能及功能進(jìn)行板級驗證。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：同類型的元件應(yīng)該在橫向或縱向方向一致；同類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稱布局。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，使之與電源和地線之間形成的回路最短，旁路電容應(yīng)均勻分布在集成電路周圍。電源供電考慮：使用同一個電源的元件應(yīng)該盡可能放置在一起，以便于電源的分割和布線。留邊考慮：位于邊遠(yuǎn)的器件，一般離板邊緣至少2個板材的厚度。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，貼片元件焊盤外側(cè)與相鄰?fù)缀副P外側(cè)的距離要大于2毫米，壓接元件周圍5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.按照信號走向布局原則通常按照信號的傳遞過程逐一安排各功能電路單元的位置，以每個功能電路的核心器件為中心，圍繞它進(jìn)行布局，減小和縮短元器件的引線和連接。元件的布局應(yīng)該便于信號的傳遞，使信號盡可能保持一致的方向。多數(shù)情況下，信號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電磁場輻射較強(qiáng)的元件，以及對電磁場感應(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)線交叉。盡量避免高低電壓器件相互混雜，強(qiáng)弱信號的器件交錯布局。7對于產(chǎn)生磁場的元件，如變壓器、揚聲器、電感等，布局時應(yīng)注意減少磁力線對印刷導(dǎo)線的切割，相鄰元件的磁場方向應(yīng)相互垂直，減少彼此之間的耦合。對干擾源進(jìn)行屏蔽，屏蔽罩應(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，一般在布局時靠近電源的輸入端，應(yīng)與小電流電路分開，并加上去耦電容。4.抑制熱干擾的布局考慮原則對于發(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，必要時可以單獨設(shè)置散熱器或小風(fēng)扇，以降低溫度，減少對相鄰元件的影響。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，并與其它元件隔開一定的距離。熱敏元件應(yīng)緊貼被測元件并遠(yuǎn)離高溫區(qū)域。雙面放置元件時，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，不能只靠焊盤來固定，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200×150mm時要考慮使用機(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？有無定位標(biāo)記？元件在二維、三維空間上有無沖突？元件布局是否疏密有序，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，裝了散熱器沒有？空氣流是否通暢？信號流程是否順暢且互連最短？插頭、插座等與機(jī)械設(shè)計是否矛盾？線路的干擾問題是否有所考慮？

第二節(jié)PCB板布線規(guī)范一、PCB板布線概述

在PCB設(shè)計中，布線是完成產(chǎn)品設(shè)計的重要步驟，可以說前面的準(zhǔn)備工作都是為它而做的，在整個PCB中，布線的設(shè)計過程最長、技巧最細(xì)、工作量最大。PCB布線方式有兩種：自動布線及交互式布線。自動布線的布通率，依賴于良好的布局，走線的彎曲次數(shù)、導(dǎo)通孔的數(shù)目、步進(jìn)的數(shù)目等布線規(guī)則可以預(yù)先設(shè)定。布線過程一般先進(jìn)行探索式布線路徑，快速地把短線連通，然后進(jìn)行迷宮式布線，先把要布的連線進(jìn)行全局的布線路徑優(yōu)化，可以根據(jù)需要斷開已布的線，并試著重新再布線，以改進(jìn)總體效果。PCB板的設(shè)計過程是一個復(fù)雜而又簡單的過程，要想很好地掌握它，還需廣大電子工程設(shè)計人員去自已體會，才能得到其中的真諦。二、布線規(guī)則1.常用的基本布線方法直接布線：先把最關(guān)鍵的導(dǎo)線布放好，然后把其它次要的導(dǎo)線繞過這些布線布放好，通常利用元件跨越導(dǎo)線來提高布線率，布線不通時可以通過頂層斷路線來解決，適用于單面板。X—Y坐標(biāo)布線：在PCB板的一面的所有導(dǎo)線都與水平邊緣線平行，而相鄰的一面上的所有導(dǎo)線都與前一面的導(dǎo)線正交，兩面導(dǎo)線的連通通過金屬化過孔實現(xiàn)，適用于雙面板和多層板。2.布線寬度選擇原則布線寬度選用的依據(jù)：布線最小寬度主要由導(dǎo)線與絕緣基板的粘附強(qiáng)度和流過它們的電流值來決定。布線寬度與電流關(guān)系表布線常用寬度:當(dāng)銅箔厚度為50um時，電源線布線寬度一般選用1~1.5mm，通過2A電流，溫度升高不超過3度，可以滿足大部分要求。數(shù)字電路信號線布線寬度通常選用0.2~0.3mm。當(dāng)布線密度允許時，應(yīng)盡可能增加布線寬度，特別是電源線和地線。自動布線要求依次按照地線——電源線——時鐘線——其它的順序進(jìn)行布線，在布線規(guī)則中設(shè)置布線優(yōu)先級，0為最低級，100為最高級。布線與電感量：印制導(dǎo)線的電感量與其長度成正比，與其寬度成反比，因此短而寬的線有利于抑制干擾。布線寬度與焊盤：布線寬度一般要小于與之相連的焊盤直徑。3.布線間距選擇原則導(dǎo)線的最小間距主要由最壞情況下的線間絕緣電阻和擊穿電壓決定。導(dǎo)線越短、間距越大，線間絕緣電阻就越大。當(dāng)導(dǎo)線間距為1.5mm時，其絕緣電阻超過20M，允許電壓為300V；導(dǎo)線間距為1.0mm時，允許電壓為200V。所以一般選用導(dǎo)線間距為1.0~1.5mm，可以滿足大部分設(shè)計要求。對于集成電路，尤其是數(shù)字電路，只要工藝允許可視間距很小。4.布線優(yōu)先次序原則密度疏松原則：從PCB板連接關(guān)系最簡單器件和最疏松的區(qū)域開始布線。核心優(yōu)先原則：核心部分優(yōu)先布線，其它次要信號要照顧整體，不能與關(guān)鍵信號相抵觸。5.重要線路布線原則重要線路主要包括：時鐘、復(fù)位以及弱信號線等。重要線路（含總線和片選線）應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離I/O線和接插件，時鐘發(fā)生器盡量靠近使用該時鐘的器件。時鐘線盡量短，并用地線將時鐘區(qū)圈起來；石英振蕩器外殼要接地；石英晶體及對噪聲敏感的器件下面不要走線。時鐘信號最容易產(chǎn)生電磁輻射干擾，走線時應(yīng)與地線回路靠近，時鐘線垂直于I/O線比平行于I/O時所產(chǎn)生的干擾要小。弱信號、低頻電路周圍不要形成電流環(huán)路。模擬電壓輸入線、參考電壓端要盡量遠(yuǎn)離數(shù)字電路信號，特別是時鐘信號。6.信號線布線的一般原則輸入、輸出端的導(dǎo)線應(yīng)盡量避免相鄰平行，若無法避免則平行信號線之間要盡量留有較大間隔，最好加線間地線，起到屏蔽作用。印制板兩面的導(dǎo)線應(yīng)相互垂直、斜交或彎曲走線，避免平行走線，以減少寄生電容。信號線間的壓差較大時，要加大導(dǎo)線間的間距；布線密度較低時，可加粗導(dǎo)線，并適當(dāng)加大間距。重要信號應(yīng)采用手工優(yōu)先布線、屏蔽和加大安全距離等方法，使其回路面積最小，保證信號質(zhì)量，在多層板中盡量提供專門的布線層。電源線信號clk不好的布線強(qiáng)弱信號盡量遠(yuǎn)離相鄰兩面采用#字型布線常見走線矮對比1常見走線澡對比2常見走線顛對比37.襯信號走業(yè)線控制走線長證度控制版：PC窩B設(shè)計遞時應(yīng)該曠盡可能框使布線盲長度最浩短，以幼減少布遣線長度原帶來的丸干擾問嚼題。特訓(xùn)別是重芝要的信腿號線，竟應(yīng)該根依據(jù)具體換的情況買采用合勺理的網(wǎng)揚路拓?fù)溏P結(jié)構(gòu)，潑使總長目度最短菜。走線長過度控制走線倒除角控制責(zé)：PC宗B設(shè)計觀中應(yīng)盡遠(yuǎn)量避免溉使用銳缺角和直刪角，以案避免產(chǎn)慕生不必昨要的輻搞射，所宇有的線患與線之山間的夾槐角一般他應(yīng)大于門135醫(yī)°。走線倒角吃控制不合理8.辮信號屏刮蔽原則印制電復(fù)路板上摧的元件顧若要加杜屏蔽時父，可以討在元件她外面套鏈一個屏專蔽罩，忠在對應(yīng)綢于元件疼的另一塊面再罩重上一個滋扁形屏煩蔽罩（程或金屬捉板），乓將兩個血屏蔽罩字在電氣低上連接砍起來并鞭接地，泰構(gòu)成一賤個近似陪封閉的模屏蔽盒繳。印制導(dǎo)線仁如果需要票加屏蔽，杯在要求不率高時，可尼采用印制高導(dǎo)線屏蔽插，對于多胃層板，一盤般通過電蓋源層和地?fù)窬€層的使殖用，既解末決電源和傷地線的布是線問題，欠又可以對番信號線進(jìn)焰行屏蔽。印制導(dǎo)鉛線屏蔽搭方法重要信安號線的漲屏蔽：廚對于一她些重要絲式的信號匪線，如誕時鐘信嗎號、同勾步信號中、復(fù)位難信號或健頻率特鉛別高的汽信號，毛應(yīng)該考旋慮采用糧包絡(luò)或綁覆銅的校屏蔽方刮式進(jìn)行因屏蔽。敬即將所彎布置的移重要信章號線或斃高頻信剝號線的該上下左奸右用地葡線隔離肥，并考無慮好屏航蔽地和趟實際地仍平面的刻有效結(jié)辰合。重要信盜號線的底屏蔽9.地幣線布線的慘一般原則一般將撓公共地晨線布置混在PC璃B板的股邊緣，色便于P楚CB板伴安裝在秋機(jī)架上起及機(jī)架割與地線菠相連接殿。公共克地線與假印制板穩(wěn)邊緣應(yīng)擇留一定閱的距離換，一般示不小于鴉2倍的搞板材厚毫度。盡量加粗絡(luò)地線。若囑地線很細(xì)棕，接地電等位會隨電醒流的變化疏而變化，丸導(dǎo)致電子冰系統(tǒng)的信莫號受到干列擾，特別素是模擬電馬路部分，狡因此地線龜應(yīng)該盡量挺寬，一般使以大于亞3mm葛為宜。在印制電磨路板上應(yīng)紗盡可能多符地保留銅聰箔做地線頑，使傳輸還特性和屏?xí)儽巫饔玫檬叩礁纳?，家并減少分贊布電容的袋影響。數(shù)輪字電路中訪地線可以便設(shè)計成閉接合回路，妖模擬電路梅中地線不乏可以設(shè)計套成閉合回擴(kuò)路。在低渾頻電路中待采用單點蹲接地；在媽高頻電路倚中就近接臭地，而且流要采用大鈴面積接地駱方式。印制板上鳥若有大電購流器件，性如繼電器求、揚聲器扯等，其地淚線最好分衫開獨立走胳，以減少摔地線上的嚷噪聲。模擬地情和數(shù)字逼地的連極接：模贊擬地和披數(shù)字地捷應(yīng)該分遠(yuǎn)開排布倦，這樣芳可以減究少模擬沖電路與賄數(shù)字電役路之間條的相互秀干擾。衡通常采潤用地線愁割裂法為使各自詢自成回齊路，然將后再分光別接到承公共的幟一點上艇。如圖陸所示模劇擬平面淘和數(shù)字紅平面是需兩個相然互獨立息的平面禾，以保煙證信號涌的完整胳性，只廢在電源熄入口處剝通過一螞個0歐隨電阻或絹小電感先連接，扔再與公慚共地相長連。模擬地和磨數(shù)字地的搬連接單點接地冶示意圖環(huán)路最小濁原則環(huán)路最產(chǎn)小規(guī)則貓：即信化號線與甲地線回慎路構(gòu)成鹿的環(huán)路眠面積要規(guī)盡可能熱小，環(huán)大路面積蹤蝶越小，決對外電仍磁輻射窗越小，付接收外阿界的干馬擾也越尼小，如攻圖所示褲。電源與躁地線的練緊密耦欲合設(shè)計不好比較好最好大面積覆攪銅接地:謎沒有布線孟的區(qū)域最求好由大的敞接地面來居覆蓋，以授提供屏蔽俯和增加去逝耦能力。聯(lián)但是發(fā)熱胳元件和大峽電流引線卵周圍應(yīng)盡驗量避免使復(fù)用大面積范銅箔，否宅則長時間胸受熱易發(fā)販生銅箔膨族脹脫落現(xiàn)傾象。必須齒使用大面穿積銅箔時榴，最好用舞柵格狀，劣便于散熱困。孤立覆銅碎控制：獨應(yīng)立的覆銅掛區(qū)也叫銅專島，它的跡出現(xiàn)會帶徐來一些不蜂可預(yù)知的躬問題，因敬此應(yīng)該將焰孤立覆銅嫩區(qū)與實際歉地平面相影連，或?qū)⑴９铝⒏层~攪區(qū)刪除。岡在實際P性CB板制互作中，增蔽加覆銅區(qū)遺除了增加粗接地面積李有助于改途善信號質(zhì)估量外，還乒有方便P喉CB板生炕產(chǎn)廠家加污工的功效管，同時還駁能防止P殼CB板的還翹曲。孤立覆皇銅處理10.紅電源翁線布線救原則盡量加寬胡電源線，渠根據(jù)估算屠電流，確累定電源線蜂的最小寬術(shù)度。保證印制傭電路板中印電源線、私地線的走扭向與數(shù)據(jù)浴傳輸?shù)姆浆F(xiàn)向一致，撒增強(qiáng)抗噪窗聲能力。不同電源拜層在空間鉆上要避免甲重疊，特啞別是一些箭電壓相差政很大的電燭源之間，甘電源平面糠的重疊問客題一定要圈設(shè)法避免棄，難以避跪免時可考陣慮中間隔溝地層。避免電源圓層在空間上的邊重疊Z器件11.接添加靠去耦電熟容原則去耦電容共的作用去耦電容箭的主要作哲用就是減博少器件內(nèi)芬部產(chǎn)生的翅噪聲在板付上的傳播縫并將噪聲仙引導(dǎo)到地體，去耦電裕容去除高摟頻如RF菌信號的干兩擾。去電容還廁有蓄能的謎作用，高遙頻器件在姐工作的時協(xié)候，其電掩流是不連模續(xù)的，而毫器件的V迫CC到總昆電源有一惡段距離，壞即使距離戰(zhàn)不長，在脖頻率很高視的情況下夕，感的影續(xù)響也會很聞大，會導(dǎo)崖致器件在辯需要電流鹿的時候，仙不能及時微共給，去耦電容套提供“高搞頻”電流溪，從而減潤少環(huán)路面錢積。去耦電趴容的作辱用去耦電該容設(shè)計容量計算辣：C=I仿/(dV圓/dt)艘。與芯劣片所需電井流成正比抬，與信號響上升時間粒（頻率）稀成反比，崖一般推薦吵使用10脫4（10且M以下）哭，103稍（10~層50M）滿，102放（50M爛以上）位置選擇務(wù)：需要放元置在能夠矮最小化電棗容和芯片姿間走線電置感的地方揪，建議靠畏近芯片電便源引腳放女置，且要皮連接到芯駁片本級地旺?！獭寥ヱ铍姷羧菖渲媚显瓌t電源輸入駕端跨接一叔個10~廚100u疏F的電解遇電容，如槍果印制電備路板的位體置允許，元采用10皇0uF以較上電解電哄容抗干擾固效果更好牧。每個集躍成芯片男配置一醒個10斯4（0難.1u毀F）的贏陶瓷電扎容，如馳電路板巨的空間講狹小，梢可每4燙~10技個芯片句配置一蝕個1~疲10u嗚F的鉭崖電解電旋容。去耦電容斥的引線不共能過長，紅去耦電容宜的布局要喉合理。去耦電容配置原某則12.迷器件布局辱分區(qū)/分爆層規(guī)則為了防止軟不同工作架頻率的模蹄塊之間的遷互相干擾悲，同時盡小量縮短高濟(jì)頻部分的宅布線長度爆。通常將害高頻的部親分布設(shè)在祥接口部分劑以減少布餡線長度，趣當(dāng)然，這煉樣的布局貼仍然要考旅慮到低頻漆信號可能發(fā)受到的干配擾。同時棵還要考慮摧到高/低祥頻部分地吩平面的分惑割問題，祝通常采用增將二者的性地分割，燒再在接口京處單點相貍接。對混合電誼路多層板毒，可以將委模擬與數(shù)傘字電路分群別布置在傅印制板的超兩面，分忌別使用不郵同的層布邀線，中間受用地層隔敏離的方式孝。器件布譜局分區(qū)災(zāi)/分層換規(guī)則13.臨焊盤筒設(shè)計原獅則焊盤尺迷寸焊盤的內(nèi)末孔尺寸必合須從元件鋒引線直徑街和公差尺零寸以及鍍前錫層厚度握、孔徑公鍬差、孔金嗚屬化電鍍昂層厚度等念方面考慮畏，通常情叨況下以金羅屬引腳直曠徑加上惹0.2m賣m作為歇焊盤的內(nèi)致孔直徑。岡例如，電烈阻的金屬饑引腳直徑偏為0.么5mm，共則焊盤孔不直徑為洞0.7m膀m，而焊欠盤外徑應(yīng)嗽該為焊盤呀孔徑加1列.2mm駱，最小應(yīng)源該為焊盤旁孔徑加狀1.0m舒m。當(dāng)與焊盤泉連接的銅晉膜線較細(xì)慮時，要將流焊盤與銅愁膜線之間隔的連接設(shè)削計成淚滴側(cè)狀。相鄰的焊忍盤要避免斃有銳角。14.裹過孔設(shè)計獅原則過線孔制表成板的最樣小孔徑定課義取決于艘板厚度?？讖絻?yōu)像選系列木如下：孔徑：陽24西mil貴2齊0mi貧l訴16m允il帖12蒼mil海8抄mil焊盤直徑汗：左40鮮mil畜35m部il幫28mi有l(wèi)2找5mil嘗20濕mil內(nèi)層熱焊近盤：紀(jì)50mi米l4值5mil酒40州mil止35m鞋il積30mi禿l板厚度