PCB設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

布局

在設(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。

尤其是預(yù)布局，是思考整個(gè)電路板，信號(hào)流向、散熱、結(jié)構(gòu)等架構(gòu)的過程。如果預(yù)布局是失敗的，后面的再多努力也是白費(fèi)。

1、考慮整體

一個(gè)產(chǎn)品的成功與否，一是要注重內(nèi)在質(zhì)量，二是兼顧整體的美觀，兩者都較完美才能認(rèn)為該產(chǎn)品是成功的。

在一個(gè)PCB板上，元件的布局要求要均衡，疏密有序，不能頭重腳輕或一頭沉。

PCB是否會(huì)有變形?

是否預(yù)留工藝邊?

是否預(yù)留MARK點(diǎn)?

是否需要拼板?

多少層板，可以保證阻抗控制、信號(hào)屏蔽、信號(hào)完整性、經(jīng)濟(jì)性、可實(shí)現(xiàn)性?

2、排除低級(jí)錯(cuò)誤

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?

元件布局是否疏密有序，排列整齊?是否全部布完?

需經(jīng)常更換的元件能否方便地更換?插件板插入設(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(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?

線路的干擾問題是否有所考慮?

3、旁路或去耦電容

在布線時(shí)，模擬器件和數(shù)字器件都需要這些類型的電容，都需要靠近其電源引腳連接一 個(gè)旁路電容，此電容值通常為 0.1μF。引腳盡量短，減小走線的感抗，且要盡量靠近器件

在電路板上加旁路或去耦電容，以及這些電容在板上的布置，對(duì)于數(shù)字和模擬設(shè)計(jì)來說 都屬于基本常識(shí)，但其功能卻是有區(qū)別的。在模擬布線設(shè)計(jì)中旁路電容通常用于旁路電源上的高頻信號(hào)，如果不加旁路電容，這 些高頻信號(hào)可能通過電源引腳進(jìn)入敏感的模擬芯片。一般來說，這些高頻信號(hào) 的頻率超出 模擬器件抑制高頻信號(hào)的能力。如果在模擬電路中不使用旁路電容的話，就可能在信號(hào)路徑 上引入噪聲，更嚴(yán)重的情況甚至?xí)鹫駝?dòng)。而對(duì)于控制器和處理器這樣的數(shù)字器件 來說，同樣需要去耦電容，但原因不同。這些 電容的一個(gè)功能是用作“微型”電荷庫(kù)，這是因?yàn)樵?a target="_blank">數(shù)字電路中，執(zhí)行門狀態(tài)的切換(即開關(guān) 切換)通常需要很大的電 流，當(dāng)開關(guān)時(shí)芯片上產(chǎn)生開關(guān)瞬態(tài)電流并流經(jīng)電路板，有這額外的 “備用”電荷是有利的。如果執(zhí)行開關(guān)動(dòng)作時(shí)沒有足夠的電荷，會(huì)造成電源電壓發(fā)生很大變化。電 壓變化太大，會(huì)導(dǎo)致數(shù)字信號(hào)電平進(jìn)入不確定狀態(tài)，并很可能引起數(shù)字器件中的狀態(tài)機(jī)錯(cuò)誤運(yùn)行。流經(jīng)電路板走線的開關(guān)電流將引起電壓發(fā)生變化，由于電路板走線 存在寄生電 感，則可采用如下公式計(jì)算電壓的變化：V=Ldl/dt 其中 V=電壓的變化 L=電路板走線感抗 dI=流經(jīng)走線的電流變化 dt=電流變化的時(shí)間 因此，基于多種原因，在供電電源處或有源器件的電源引腳處施加旁路(或去耦)電容是 非常好的做法。

4、輸入電源，如果電流比較大，建議減少走線長(zhǎng)度和面積，不要滿場(chǎng)跑

輸入上的開關(guān)噪聲耦合到了電源輸出的平面。輸出電源的MOS管的開關(guān)噪聲影響了前級(jí)的輸入電源。

如果電路板上存在大量大電流DCDC，則有不同頻率，大電流高電壓跳變干擾。

所以我們需要減小輸入電源的面積，滿足通流就可以。所以在電源布局的時(shí)候，要考慮避免輸入電源滿板跑。

5、電源線和地線

電源線和地線的位置良好配合，可以降低電磁干擾(EMl)的可能性。如果電源線和地線 配合不當(dāng)，會(huì)設(shè)計(jì)出系統(tǒng)環(huán)路，并很可能會(huì)產(chǎn)生噪聲。電源線和地線配 合不當(dāng)?shù)?PCB 設(shè)計(jì) 示例如圖所示。在此電路板上，使用不同的路線來布電源線和地線，由于這種不恰當(dāng)?shù)呐浜?，電路板?a target="_blank">電子元器件和線路受電磁干擾 (EMI)的可能性比較大。

6、數(shù)模分離

在每個(gè) PCB 設(shè)計(jì)中，電路的噪聲部分和“安靜”部分(非噪聲部分)要分隔開。一般來說，數(shù)字電路可以容忍噪聲干擾，而且對(duì)噪聲不敏感(因?yàn)閿?shù)字電 路有較大的電壓噪聲容限);相反，模擬電路的電壓噪聲容限就小得多。兩者之中，模擬電路對(duì)開關(guān)噪聲最為敏感。在混合信號(hào)系統(tǒng)的布線中，這兩種電路要分隔開。

電路板布線的基本知識(shí)既適用于模擬電路，也適用于數(shù)字電路。一個(gè)基本的經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則是 使用不間斷的地平面，這一基本準(zhǔn)則可降低了數(shù)字電路中的 dI/dt(電流隨時(shí)間的變化)效應(yīng)， 因?yàn)?dI/dt 效應(yīng)會(huì)造成地的電勢(shì)并使噪聲進(jìn)入模擬電路。數(shù)字和模擬電路的布線技巧基本相同，但有一點(diǎn)除外。對(duì)于模擬電路，還要另外一點(diǎn) 需要注意，就是要將數(shù)字信號(hào)線和地平面中的回路盡量遠(yuǎn)離模擬電路。這一點(diǎn) 可以通過如下做法來實(shí)現(xiàn)：將模擬地平面單獨(dú)連接到系統(tǒng)地連接端，或者將模擬電路放置在電路板的最 遠(yuǎn)端，也就是線路的末端。這樣做是為了保持信號(hào)路徑所受到 的外部干擾最小。對(duì)于數(shù)字 電路就不需要這樣做，數(shù)字電路可容忍地平面上的大量噪聲，而不會(huì)出現(xiàn)問題。

7、散熱考慮

在布局過程中，需要考慮散熱風(fēng)道，散熱死角;

熱敏感器件不要放在熱源風(fēng)后面。優(yōu)先考慮DDR這樣散熱困難戶的布局位置。避免由于熱仿真不通過，導(dǎo)致反復(fù)調(diào)整。

布線

在PCB設(shè)計(jì)中，布線是完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(gè)PCB中，以布線的設(shè)計(jì)過程限定最高，技巧最細(xì)、工作量最大。

PCB布線有單面布線、雙面布線及多層布線。布線的方式也有兩種：自動(dòng)布線及交互式布線，在自動(dòng)布線之前， 可以用交互式預(yù)先對(duì)要求比較嚴(yán)格的線進(jìn)行布線，輸入端與輸出端的邊線應(yīng)避免相鄰平行，以免產(chǎn)生反射干擾。必要時(shí)應(yīng)加地線隔離，兩相鄰層的布線要互相垂直，平行容易產(chǎn)生寄生耦合。

自動(dòng)布線的布通率，依賴于良好的布局，布線規(guī)則可以預(yù)先設(shè)定， 包括走線的彎曲次數(shù)、導(dǎo)通孔的數(shù)目、步進(jìn)的數(shù)目等。一般先進(jìn)行探索式布經(jīng)線，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，它可以根據(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。

對(duì)目前高密度的PCB設(shè)計(jì)已感覺到貫通孔不太適應(yīng)了， 它浪費(fèi)了許多寶貴的布線通道，為解決這一矛盾，出現(xiàn)了盲孔和埋孔技術(shù)，它不僅完成了導(dǎo)通孔的作用，還省出許多布線通道使布線過程完成得更加方便，更加流暢，更為完善，PCB 板的設(shè)計(jì)過程是一個(gè)復(fù)雜而又簡(jiǎn)單的過程，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。

1 電源、地線的處理

既使在整個(gè)PCB板中的布線完成得都很好，但由于電源、 地線的考慮不周到而引起的干擾，會(huì)使產(chǎn)品的性能下降，有時(shí)甚至影響到產(chǎn)品的成功率。所以對(duì)電、地線的布線要認(rèn)真對(duì)待，把電、地線所產(chǎn)生的噪音干擾降到最低限度，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量。

對(duì)每個(gè)從事電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的工程人員來說都明白地線與電源線之間噪音所產(chǎn)生的原因， 現(xiàn)只對(duì)降低式抑制噪音作以表述：

(1)、眾所周知的是在電源、地線之間加上去耦電容。

(2)、盡量加寬電源、地線寬度，最好是地線比電源線寬，它們的關(guān)系是：地線>電源線>信號(hào)線，通常信號(hào)線寬為：0.2～0.3mm,最經(jīng)細(xì)寬度可達(dá)0.05～0.07mm,電源線為1.2～2.5 mm

對(duì)數(shù)字電路的PCB可用寬的地導(dǎo)線組成一個(gè)回路, 即構(gòu)成一個(gè)地網(wǎng)來使用(模擬電路的地不能這樣使用)

(3)、用大面積銅層作地線用,在印制板上把沒被用上的地方都與地相連接作為地線用?；蚴亲龀啥鄬影澹娫?，地線各占用一層。

2 數(shù)字電路與模擬電路的共地處理

現(xiàn)在有許多PCB不再是單一功能電路(數(shù)字或模擬電路)，而是由數(shù)字電路和模擬電路混合構(gòu)成的。因此在布線時(shí)就需要考慮它們之間互相干擾問題，特別是地線上的噪音干擾。

數(shù)字電路的頻率高，模擬電路的敏感度強(qiáng)，對(duì)信號(hào)線來說，高頻的信號(hào)線盡可能遠(yuǎn)離敏感的模擬電路器件，對(duì)地線來說，整人PCB對(duì)外界只有一個(gè)結(jié)點(diǎn)，所以必須在PCB內(nèi)部進(jìn)行處理數(shù)、模共地的問題，而在板內(nèi)部數(shù)字地和模擬地實(shí)際上是分開的它們之間互不相連，只是在PCB與外界連接的接口處(如插頭等)。數(shù)字地與模擬地有一點(diǎn)短接，請(qǐng)注意，只有一個(gè)連接點(diǎn)。也有在PCB上不共地的，這由系統(tǒng)設(shè)計(jì)來決定。

3 信號(hào)線布在電(地)層上

在多層印制板布線時(shí)，由于在信號(hào)線層沒有布完的線剩下已經(jīng)不多，再多加層數(shù)就會(huì)造成浪費(fèi)也會(huì)給生產(chǎn)增加一定的工作量，成本也相應(yīng)增加了，為解決這個(gè)矛盾，可以考慮在電(地)層上進(jìn)行布線。首先應(yīng)考慮用電源層，其次才是地層。因?yàn)樽詈檬潜Ａ舻貙拥耐暾浴?/p>

4 大面積導(dǎo)體中連接腿的處理

在大面積的接地(電)中，常用元器件的腿與其連接，對(duì)連接腿的處理需要進(jìn)行綜合的考慮，就電氣性能而言，元件腿的焊盤與銅面滿接為好，但對(duì)元件的焊接裝配就存在一些不良隱患如：①焊接需要大功率加熱器。②容易造成虛焊點(diǎn)。所以兼顧電氣性能與工藝需要，做成十字花焊盤，稱之為熱隔離(heat shield)俗稱熱焊盤(Thermal)，這樣，可使在焊接時(shí)因截面過分散熱而產(chǎn)生虛焊點(diǎn)的可能性大大減少。多層板的接電(地)層腿的處理相同。

5 布線中網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的作用

在許多CAD系統(tǒng)中，布線是依據(jù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)決定的。網(wǎng)格過密，通路雖然有所增加，但步進(jìn)太小，圖場(chǎng)的數(shù)據(jù)量過大，這必然對(duì)設(shè)備的存貯空間有更高的要求，同時(shí)也對(duì)象計(jì)算機(jī)類電子產(chǎn)品的運(yùn)算速度有極大的影響。而有些通路是無(wú)效的，如被元件腿的焊盤占用的或被安裝孔、定們孔所占用的等。網(wǎng)格過疏，通路太少對(duì)布通率的影響極大。所以要有一個(gè)疏密合理的網(wǎng)格系統(tǒng)來支持布線的進(jìn)行。

標(biāo)準(zhǔn)元器件兩腿之間的距離為0.1英寸(2.54mm),所以網(wǎng)格系統(tǒng)的基礎(chǔ)一般就定為0.1英寸(2.54 mm)或小于0.1英寸的整倍數(shù)，如：0.05英寸、0.025英寸、0.02英寸等。

6 設(shè)計(jì)規(guī)則檢查(DRC)

布線設(shè)計(jì)完成后，需認(rèn)真檢查布線設(shè)計(jì)是否符合設(shè)計(jì)者所制定的規(guī)則，同時(shí)也需確認(rèn)所制定的規(guī)則是否符合印制板生產(chǎn)工藝的需求，一般檢查有如下幾個(gè)方面：

(1)、線與線，線與元件焊盤，線與貫通孔，元件焊盤與貫通孔，貫通孔與貫通孔之間的距離是否合理，是否滿足生產(chǎn)要求。

(2)、電源線和地線的寬度是否合適，電源與地線之間是否緊耦合(低的波阻抗)?在PCB中是否還有能讓地線加寬的地方。

(3)、對(duì)于關(guān)鍵的信號(hào)線是否采取了最佳措施，如長(zhǎng)度最短，加保護(hù)線，輸入線及輸出線被明顯地分開。

(4)、模擬電路和數(shù)字電路部分，是否有各自獨(dú)立的地線。

(5)后加在PCB中的圖形(如圖標(biāo)、注標(biāo))是否會(huì)造成信號(hào)短路。

(6)對(duì)一些不理想的線形進(jìn)行修改。

(7)、在PCB上是否加有工藝線?阻焊是否符合生產(chǎn)工藝的要求，阻焊尺寸是否合適，字符標(biāo)志是否壓在器件焊盤上，以免影響電裝質(zhì)量。

(8)、多層板中的電源地層的外框邊緣是否縮小，如電源地層的銅箔露出板外容易造成短路。

7 檢查是否有銳角、阻抗不連續(xù)點(diǎn)等

(1)對(duì)于高頻電流來說，當(dāng)導(dǎo)線的拐彎處呈現(xiàn)直角甚至銳角時(shí)，在靠近彎角的部位，磁通密度及電場(chǎng)強(qiáng)度都比較高，會(huì)輻射較強(qiáng)的電磁波，而且此處的電感量會(huì)比較大，感抗便也比鈍角或圓角要大一些。

(2)對(duì)于數(shù)字電路的總線布線來說，布線拐彎呈現(xiàn)鈍角或圓角，布線所占的面積比較小。在相同的線間距條件下，總的線間距所占的寬度要比直角拐彎的少0.3倍。

8 檢查3W、3H原則

(1)時(shí)鐘、復(fù)位、100M以上信號(hào)以及一些關(guān)鍵的總線信號(hào)等與其他信號(hào)線布線必須滿足3W原則，同層和相鄰層無(wú)較長(zhǎng)平行走線，且鏈路上過孔盡量少。

(2)高速信號(hào)的過孔數(shù)量問題，有些器件指導(dǎo)書上一般對(duì)高速信號(hào)的過孔數(shù)量要求比較嚴(yán)格，咨詢互連的原則的是除了必須的管腳fanout過孔外，嚴(yán)禁在內(nèi)層打多余的過孔，他們布過8G的PCIE 3.0的走線，也打過4個(gè)過孔，沒有問題。

(3)同層時(shí)鐘及高速信號(hào)中心距需嚴(yán)格滿足3H(H為走線層到回流平面間距);相鄰層的信號(hào)嚴(yán)禁重疊，建議也滿足3H的原則，關(guān)于上述的串?dāng)_問題，有工具可以檢查的。

布線約束

布線約束：層分布布線約束：層分布

RF PCB的每層都大面積輔地，沒有電源平面，RF布線層的上下相鄰兩層都應(yīng)該是地平面。即使是數(shù)?；旌习?，數(shù)字部分可以存在電源平面，但RF區(qū)域仍然要滿足每層都大面積輔地的要求。

RF單板的層疊結(jié)構(gòu)

布線約束：基本要求

(1)走線要求盡量最短，不走閉環(huán)，不走銳角直角，線的寬度一致，沒有浮空線。

(2)焊盤的出線方式要合理。

布線基本要求圖

(3)差分信號(hào)線一般都是走的高速信號(hào)，其要滿足阻抗的對(duì)稱性，差分線不能交叉走線，線長(zhǎng)相差不能超過100mil，差分線之間和單個(gè)差分線到地之間都要滿足阻抗要求。差分走線過孔不能超過4個(gè)。差分線對(duì)間的間距滿足3W規(guī)則。

(4)一般晶振、pll濾波器件、模擬處理信號(hào)處理芯片、電感、變壓器下禁止走時(shí)鐘線、控制線、電磁敏感線。

(5)模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)，電源線與控制信號(hào)線，弱信號(hào)與其他任何信號(hào)都不能并排走線，應(yīng)該分層(最好有地隔離)或相距較遠(yuǎn)走線。如果分層相鄰層的線與線之間要交叉走線，不能并行走線。為了減少線間串?dāng)_，應(yīng)保證線間距足夠大，當(dāng)線中心間距不少于3倍線寬時(shí)，則可保持70%的電場(chǎng)不互相干擾，稱為3W規(guī)則。如要達(dá)到98%的電場(chǎng)不互相干擾，可使用10W的間距。

注：時(shí)鐘布線的時(shí)候，一定要注意和數(shù)據(jù)線、控制信號(hào)線的有效隔離，距離越遠(yuǎn)越好，盡可能不要布在同層。

(6)強(qiáng)輻射信號(hào)線(高頻、高速，尤以時(shí)鐘線為甚)不要靠近接口、拉手條等以防對(duì)外輻射。

(7)敏感信號(hào)(主要指：弱信號(hào)、復(fù)位信號(hào)、比較器的輸入信號(hào)、AD的參考電源、鎖相環(huán)濾波信號(hào)、芯片內(nèi)部的PLL電路的濾波部分。)布線應(yīng)該盡可能短，不靠近強(qiáng)輻射信號(hào)，不放在板的邊緣，離外金屬框架15mm以上。長(zhǎng)距離走線時(shí)可以包地(應(yīng)注意包地可能會(huì)引起阻抗變化)、內(nèi)層走線。另外，對(duì)于ESD較弱的芯片的走線，建議內(nèi)層走線，可以減弱芯片損壞的概率。

布線約束：電源

(1)注意電源退耦、濾波，防止不同單元通過電源線產(chǎn)生干擾，電源布線時(shí)電源線之間應(yīng)相互隔離。電源線與其它強(qiáng)干擾線(如CLK)用地線隔離。

(2)小信號(hào)放大器的電源布線需要地銅皮及接地過孔隔離，避免其它EMI干擾竄入，進(jìn)而惡化本級(jí)信號(hào)質(zhì)量。

(3)不同電源層在空間上要避免重疊。主要是為了減少不同電源之間的干擾，特別是一些電壓相差很大的電源之間，電源平面的重疊問題一定要設(shè)法避免，難以避免時(shí)可考慮中間隔地層。

布線約束：電源過流能力

(1)電源部分導(dǎo)線印制線在層間轉(zhuǎn)接的過孔數(shù)符合通過電流的要求(1A/Ф0.3mm 孔)

(2)PCB的POWER部分的銅箔尺寸符合其流過的最大電流，并考慮余量(一般參考為1A/mm線寬)

布線約束：接地方法

(1)接地線要短而直，減少分布電感，減小公共地阻抗所產(chǎn)生的干擾。

調(diào)整各組內(nèi)濾波電容方向，縮小地回路。如圖15所示的三個(gè)濾波電容，接地偏向于相關(guān)的RF 器件方向，尤其是高頻濾波電容。

電容的接地圖

(2)RF 主信號(hào)路徑上的接地器件和電源濾波電容需要接地時(shí)，為減小器件接地電感，要求就近接地。

(3)有些元件的底部是接地的金屬殼，要在元件的投影區(qū)內(nèi)加一些接地孔，投影區(qū)內(nèi)的表面層不得布信號(hào)線和過孔;

(4)接地線需要走一定的距離時(shí)，應(yīng)加粗走線線寬、縮短走線長(zhǎng)度，禁止接近和超過1/4導(dǎo)引波長(zhǎng)，以防止天線效應(yīng)導(dǎo)致信號(hào)輻射;

(5)除特殊用途外，不得有孤立銅皮，銅皮上一定要加地線過孔

(6)對(duì)某些敏感電路、有強(qiáng)烈輻射源的電路分別放在屏蔽腔內(nèi)，裝配時(shí)屏蔽腔壓在PCB表面。PCB在設(shè)計(jì)時(shí)要加上“過孔屏蔽墻”，就是在PCB上與屏蔽腔壁緊貼的部位加上接地的過孔。如下圖12所示，要有兩排以上的過孔，兩排過孔相互錯(cuò)開，同一排的過孔間距在100mils左右。

布線約束：通用規(guī)則

(1)PCB頂層走RF信號(hào)，RF信號(hào)下面的平面層必須是完整的接地平面，形成微帶線結(jié)構(gòu)。如圖13所示。要保證微帶線的結(jié)構(gòu)完整性，必須做到：同層內(nèi)微帶線要做包地銅皮處理，建議地銅皮邊緣離微帶線邊緣有3H的寬度。H表示介質(zhì)層厚度。在3H范圍內(nèi)，不得有其它信號(hào)過孔。禁止RF 信號(hào)走線跨第二層的地平面縫隙。非耦合微帶線間要加地銅皮，并在地銅皮上加地過孔。

微帶線至屏蔽壁距離應(yīng)保持為3H以上。微帶線不得跨第二層地平面的分割線。

微帶線結(jié)構(gòu)圖

(2)要求地銅皮到信號(hào)走線間隔≥3H。

(3)地銅皮邊緣加地線孔，孔間距約在100mils左右，均勻整齊排列;

(4)地線銅皮邊緣要光滑、平整，禁止尖銳毛刺;

(5)除特殊用途外，禁止RF信號(hào)走線上伸出多余的線頭。

(6)RF信號(hào)布線周圍如果存在其它RF信號(hào)線，就要在兩者之間輔地銅皮，并在地銅皮上間隔100mils左右加一個(gè)接地過孔，起隔離作用。

(7)RF信號(hào)布線周圍如果存在其它不相關(guān)的非RF信號(hào)(如過路電源線)，要在兩者間輔地銅皮，并每隔100mils左右加一個(gè)接地過孔。

(8)RF信號(hào)過孔與內(nèi)層的其它布線靠近，如左圖所示的過路電源線靠近了RF信號(hào)過孔，電源線上的EMI 干擾會(huì)竄入RF布線，所以要采用圖14右圖正確的布線方法，在電源線與RF信號(hào)過孔間輔地并加地過孔，起隔離作用。有時(shí)內(nèi)層的RF信號(hào)線與其它有較強(qiáng)干擾的信號(hào)(如過路電源線)過孔靠近，也采用同樣的方法輔地并加地過孔。

電源線與射頻過孔布線圖

(9)器件安裝孔是非金屬化孔時(shí)，RF 信號(hào)布線要遠(yuǎn)離器件安裝孔。需要在RF信號(hào)布線與安裝孔間輔進(jìn)地銅皮，并加接地過孔。

1. 布線優(yōu)先次序

關(guān)鍵信號(hào)線優(yōu)先：電源、模擬小信號(hào)、高速信號(hào)、時(shí)鐘信號(hào)和同步信號(hào)等關(guān)鍵信號(hào)優(yōu)先布線。

密度優(yōu)先原則：從單板上連接關(guān)系最復(fù)雜的器件著手布線。從單板上連線最密集的區(qū)域開始布線。

2. 自動(dòng)布線

在布線質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求的情況下，可使用自動(dòng)布線器以提高工作效率，在

自動(dòng)布線前應(yīng)完成以下準(zhǔn)備工作：

自動(dòng)布線控制文件(do file)為了更好地控制布線質(zhì)量，一般在運(yùn)行前要詳細(xì)定義布線規(guī)則，這些規(guī)則可以在軟件的圖形界面內(nèi)進(jìn)行定義，但軟件提供了更好的控制方法，即針對(duì)設(shè)計(jì)情況，寫出自動(dòng)布線控制文件(do file),軟件在該文件控制下運(yùn)行。

3. 盡量為時(shí)鐘信號(hào)、高頻信號(hào)、敏感信號(hào)等關(guān)鍵信號(hào)提供專門的布線層，并保

證其最小的回路面積。 必要時(shí)應(yīng)采取手工優(yōu)先布線、 屏蔽和加大安全間距等方法。保證信號(hào)質(zhì)量。

4. 電源層和地層之間的 EMC 環(huán)境較差，應(yīng)避免布置對(duì)干擾敏感的信號(hào)。

5. 有阻抗控制要求的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)布置在阻抗控制層上。

6. 進(jìn)行 PCB 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該遵循的規(guī)則

1) 地線回路規(guī)則：

環(huán)路最小規(guī)則，即信號(hào)線與其回路構(gòu)成的環(huán)面積要盡可能小，環(huán)面積越小，對(duì)外的輻射越少，接收外界的干擾也越小。針對(duì)這一規(guī)則，在地平面分割時(shí)，要考慮到地平面與重要信號(hào)走線的分布，防止由于地平面開槽等帶來的問題;在雙層板設(shè)計(jì)中， 在為電源留下足夠空間的情況下， 應(yīng)該將留下的部分用參考地填充，且增加一些必要的孔，將雙面地信號(hào)有效連接起來，對(duì)一些關(guān)鍵信號(hào)盡量采用地線隔離，對(duì)一些頻率較高的設(shè)計(jì)，需特別考慮其地平面信號(hào)回路問題，建議采用多層板為宜。

2) 串?dāng)_控制：

串?dāng)_ (CrossTalk)是指 PCB 上不同網(wǎng)絡(luò)之間因較長(zhǎng)的平行布線引起的相互干擾， 主要是由于平行線間的分布電容和分布電感的作用?？朔?dāng)_的主要措施是：

加大平行布線的間距，遵循 3W 規(guī)則。

在平行線間插入接地的隔離線。

減小布線層與地平面的距離。

3) 屏蔽保護(hù)

對(duì)應(yīng)地線回路規(guī)則，實(shí)際上也是為了盡量減小信號(hào)的回路面積，多見于一些比較重要的信號(hào)， 如時(shí)鐘信號(hào)， 同步信號(hào);對(duì)一些特別重要， 頻率特別高的信號(hào)，應(yīng)該考慮采用銅軸電纜屏蔽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，即將所布的線上下左右用地線隔離，而且還要考慮好如何有效的讓屏蔽地與實(shí)際地平面有效結(jié)合。

4) 走線的方向控制規(guī)則：

即相鄰層的走線方向成正交結(jié)構(gòu)。避免將不同的信號(hào)線在相鄰層走成同一方向，以減少不必要的層間竄擾;當(dāng)由于板結(jié)構(gòu)限制(如某些背板)難以避免出現(xiàn)該情況，特別是信號(hào)速率較高時(shí)，應(yīng)考慮用地平面隔離各布線層，用地信號(hào)線隔離各信號(hào)線。

5) 走線的開環(huán)檢查規(guī)則：

一般不允許出現(xiàn)一端浮空的布線(Dangling Line),主要是為了避免產(chǎn)生"天線效應(yīng)"，減少不必要的干擾輻射和接受，否則可能帶來不可預(yù)知的結(jié)果。

6) 阻抗匹配檢查規(guī)則：

同一網(wǎng)絡(luò)的布線寬度應(yīng)保持一致，線寬的變化會(huì)造成線路特性阻抗的不均勻，當(dāng)傳輸?shù)乃俣容^高時(shí)會(huì)產(chǎn)生反射，在設(shè)計(jì)中應(yīng)該盡量避免這種情況。在某些條件下，如接插件引出線，BGA 封裝的引出線類似的結(jié)構(gòu)時(shí)，可能無(wú)法避免線寬的變化，應(yīng)該盡量減少中間不一致部分的有效長(zhǎng)度。

7) 走線終結(jié)網(wǎng)絡(luò)規(guī)則：

在高速數(shù)字電路中， 當(dāng) PCB 布線的延遲時(shí)間大于信號(hào)上升時(shí)間 (或下降時(shí)間)的 1/4 時(shí)，該布線即可以看成傳輸線，為了保證信號(hào)的輸入和輸出阻抗與傳輸線的阻抗正確匹配，可以采用多種形式的匹配方法，所選擇的匹配方法與網(wǎng)絡(luò)的連接方式和布線的拓樸結(jié)構(gòu)有關(guān)。

A. 對(duì)于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)(一個(gè)輸出對(duì)應(yīng)一個(gè)輸入)連接，可以選擇始端串聯(lián)匹配或終端并聯(lián)匹配。前者結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，但延遲較大。后者匹配效果好，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。

B. 對(duì)于點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)(一個(gè)輸出對(duì)應(yīng)多個(gè)輸出)連接，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的拓樸結(jié)構(gòu)為菊花鏈時(shí)，應(yīng)選擇終端并聯(lián)匹配。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)為星型結(jié)構(gòu)時(shí)，可以參考點(diǎn)對(duì)點(diǎn)結(jié)構(gòu)。

星形和菊花鏈為兩種基本的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu), 其他結(jié)構(gòu)可看成基本結(jié)構(gòu)的變形, 可采取一些靈活措施進(jìn)行匹配。在實(shí)際操作中要兼顧成本、功耗和性能等因素，一般不追求完全匹配，只要將失配引起的反射等干擾限制在可接受的范圍即可。

8) 走線閉環(huán)檢查規(guī)則：

防止信號(hào)線在不同層間形成自環(huán)。在多層板設(shè)計(jì)中容易發(fā)生此類問題，自環(huán)將引起輻射干擾。

9) 走線的分枝長(zhǎng)度控制規(guī)則：

盡量控制分枝的長(zhǎng)度，一般的要求是 Tdelay<=Trise/20。

10) 走線的諧振規(guī)則：

主要針對(duì)高頻信號(hào)設(shè)計(jì)而言，即布線長(zhǎng)度不得與其波長(zhǎng)成整數(shù)倍關(guān)系，以免產(chǎn)生諧振現(xiàn)象。

11) 走線長(zhǎng)度控制規(guī)則：

即短線規(guī)則，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該盡量讓布線長(zhǎng)度盡量短，以減少由于走線過長(zhǎng)帶來的干擾問題，特別是一些重要信號(hào)線，如時(shí)鐘線，務(wù)必將其振蕩器放在離器件很近的地方。對(duì)驅(qū)動(dòng)多個(gè)器件的情況，應(yīng)根據(jù)具體情況決定采用何種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

12) 倒角規(guī)則：

PCB 設(shè)計(jì)中應(yīng)避免產(chǎn)生銳角和直角，以免產(chǎn)生不必要的輻射，同時(shí)工藝性能也不好。

13) 器件去耦規(guī)則：

A. 在印制版上增加必要的去耦電容，濾除電源上的干擾信號(hào)，使電源信號(hào)穩(wěn)定。在多層板中，對(duì)去藕電容的位置一般要求不太高，但對(duì)雙層板，去耦電容的布局及電源的布線方式將直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，有時(shí)甚至關(guān)系到設(shè)計(jì)的成敗。

B. 在雙層板設(shè)計(jì)中，一般應(yīng)該使電流先經(jīng)過濾波電容濾波再供器件使用，同時(shí)還要充分考慮到由于器件產(chǎn)生的電源噪聲對(duì)下游的器件的影響，一般來說，采用總線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較好，在設(shè)計(jì)時(shí)，還要考慮到由于傳輸距離過長(zhǎng)而帶來的電壓跌落給器件造成的影響，必要時(shí)增加一些電源濾波環(huán)路，避免產(chǎn)生電位差。

C. 在高速電路設(shè)計(jì)中，能否正確地使用去耦電容，關(guān)系到整個(gè)板的穩(wěn)定性。

14) 器件布局分區(qū)/分層規(guī)則：

A. 主要是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長(zhǎng)度。通常將高頻的部分布設(shè)在接口部分以減少布線長(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題，通常采用將二者的地分割，再在接口處單點(diǎn)相接。

B. 對(duì)混合電路，也有將模擬與數(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，中間用地層隔離的方式。

15) 孤立銅區(qū)控制規(guī)則：

孤立銅區(qū)的出現(xiàn)，將帶來一些不可預(yù)知的問題，因此將孤立銅區(qū)與別的信號(hào)相接，有助于改善信號(hào)質(zhì)量，通常是將孤立銅區(qū)接地或刪除。在實(shí)際的制作中，PCB 廠家將一些板的空置部分增加了一些銅箔，這主要是為了方便印制板加工，同時(shí)對(duì)防止印制板翹曲也有一定的作用。

孤立銅區(qū)的出現(xiàn)，將帶來一些不可預(yù)知的問題，因此將孤立銅區(qū)與別的信號(hào)相接，有助于改善信號(hào)質(zhì)量，

通常是將孤立銅區(qū)接地或刪除。在實(shí)際的制作中，PCB廠家將一些板的空置部分增加了一些銅箔，這主要是為了方便印制板加工，同時(shí)對(duì)防止印制板翹曲也有一定的作用。

16) 電源與地線層的完整性規(guī)則：

對(duì)于導(dǎo)通孔密集的區(qū)域，要注意避免孔在電源和地層的挖空區(qū)域相互連接，形成對(duì)平面層的分割，從而破壞平面層的完整性，并進(jìn)而導(dǎo)致信號(hào)線在地層的回路面積增大。

17) 重疊電源與地線層規(guī)則：

不同電源層在空間上要避免重疊。主要是為了減少不同電源之間的干擾，特別是一些電壓相差很大的電源之間，電源平面的重疊問題一定要設(shè)法避免，難以避免時(shí)可考慮中間隔地層。

18) 3W 規(guī)則：

為了減少線間串?dāng)_， 應(yīng)保證線間距足夠大， 當(dāng)線中心間距不少于 3 倍線寬時(shí)，

則可保持 70%的電場(chǎng)不互相干擾， 稱為 3W 規(guī)則。如要達(dá)到 98%的電場(chǎng)不互相干擾，可使用 10W 的間距。

19) 20H 規(guī)則：

由于電源層與地層之間的電場(chǎng)是變化的，在板的邊緣會(huì)向外輻射電磁干擾。稱為邊沿效應(yīng)。解決的辦法是將電源層內(nèi)縮， 使得電場(chǎng)只在接地層的范圍內(nèi)傳導(dǎo)。以一個(gè) H(電源和地之間的介質(zhì)厚度)為單位，若內(nèi)縮 20H 則可以將 70%的電場(chǎng)限制在接地層邊沿內(nèi);內(nèi)縮 100H 則可以將 98%的電場(chǎng)限制在內(nèi)。

20) 五、五規(guī)則：

印制板層數(shù)選擇規(guī)則，即時(shí)鐘頻率到 5MHz 或脈沖上升時(shí)間小于 5ns，則 PCB板須采用多層板，這是一般的規(guī)則，有的時(shí)候出于成本等因素的考慮，采用雙層板結(jié)構(gòu)時(shí)，這種情況下，最好將印制板的一面做為一個(gè)完整的地平面層。

審核編輯：湯梓紅