解讀PCB設(shè)計規(guī)范

PCB 設(shè)計規(guī)范

一、引言

1. 目的

本規(guī)范規(guī)定了我公司 PCB 設(shè)計流程和設(shè)計原則，為 PCB 設(shè)計人員提供必須遵循的規(guī)則和約定。

提高 PCB 的設(shè)計質(zhì)量和設(shè)計效率。

提高 PCB 的可生產(chǎn)性，可測試性，可維護性。

使得 PCB 的設(shè)計滿足安規(guī)、EMC、EMI 等技術(shù)規(guī)范要求。

2. 術(shù)語定義

● PCB：印制電路板

● 原理圖：用原理圖設(shè)計工具繪制成的表達硬件電路中各種之間的連接關(guān)系圖。

● 網(wǎng)表：由原理圖設(shè)計工具生成的表達元器件間電氣連接關(guān)系的文本文件。

● 布局：PCB 設(shè)計過程中按照設(shè)計要求把元器件擺放在板上的過程。

● 仿真：利用 EDA 設(shè)計工具對 PCB 布局布線效果進行仿真分析從而在物理實現(xiàn)

之前發(fā)現(xiàn)設(shè)計中存在的 EMC 問題、時序問題和信號完整性問題。

3. 適用范圍

本規(guī)范適用于所有產(chǎn)品的 PCB 工藝設(shè)計，運用于但不限于 PCB 的設(shè)計、PCB 投板工藝審查等活動。

4. 概述

電路原理圖設(shè)計完畢，就要進行 PCB 設(shè)計。PCB 設(shè)計是一項專業(yè)性很強的工作，而且對產(chǎn)品開發(fā)周期起著舉足輕重的作用。PCB 設(shè)計質(zhì)量除了直接同設(shè)計人員素質(zhì)有關(guān)以外，還同原理圖設(shè)計的正確性、提交原理圖者的準備情況有關(guān)。

PCB 設(shè)計必須考慮生產(chǎn)工藝流程及維護測試需要，例如選用表貼器件還是插件、單面還是雙面放置器件、機械安裝孔及表貼加工定位孔、測試點、元器件擺放方向、散熱器及固定件的位置，特殊接插件的位置等等，這些常常為經(jīng)驗不足的硬件開發(fā)人員所忽略，導(dǎo)致設(shè)計出的板只能是廢板。硬件工程師對此要引起足夠的重視。

本規(guī)范不討論其中的原理，只是給出相應(yīng)要求，以便于 PCB 評審時有依據(jù)。

二、 設(shè)計過程

設(shè)計任務(wù)受理

2.1 PCB 設(shè)計申請流程

當(dāng)硬件設(shè)計人員需要進行 PCB 設(shè)計時提出申請，由項目經(jīng)理下達任務(wù)。進行設(shè)之前必須做好如下材料的準備。

● 經(jīng)過評審的完全正確的原理圖，包括紙面文件和電子文件。

● 帶有元器件編碼的 BOM 清單

● PCB 結(jié)構(gòu)圖，注明外型尺寸、安裝孔位置及大小、接插件定位尺寸、禁止布線區(qū)（可選）

● 對于新器件要提供器件封裝資料

● PCB 布線規(guī)則約束文檔

● 相關(guān)源文件已經(jīng)上傳到 SVN

2.2 理解設(shè)計要求并制定設(shè)計規(guī)劃

●仔細閱讀原理圖，理解電路工作條件(比如，模擬電路的工作頻率，數(shù)字電路的速度)，理解相關(guān)的布線要求

●在于原理圖設(shè)計者充分交流的基礎(chǔ)上，并閱讀相應(yīng)的布線規(guī)則文檔，理解和確認板上的關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)，比如電源、時鐘、高速信號等

●如果發(fā)現(xiàn)原理圖中有不符合硬件設(shè)計規(guī)范的地方，理解提出，并協(xié)助修改。●制定 PCB 設(shè)計計劃及進度，包括

▲ 原理圖網(wǎng)表導(dǎo)入成功

▲ 布局完成

▲ 布線完成

▲ 信號完整性和 EMC 分析

▲ GERBER 文檔的生成

● 制定出每一步完成的具體時間，每一步完成后均要由原理圖設(shè)計者及相關(guān)設(shè)計人員進行評審，評審?fù)ㄟ^后方可進行下一步。

2.3 創(chuàng)建 PCB 板

1) 根據(jù)單板結(jié)構(gòu)圖或?qū)?yīng)的標準板框，創(chuàng)建 PCB 設(shè)計文件，包括安裝孔、禁布區(qū)，

SMT 光學(xué)定位孔等，

2) 正確選定單板坐標原點的位置，原點的設(shè)置原則如下：

●單板左邊和下邊的交叉點或延長線的交叉點?！?單板左角的第一個焊盤

（優(yōu)先）

3) 一旦原點確定，元件布局布線均以此為準，布局推薦設(shè)置格點為 25MIL。

4) 板框的線寬應(yīng)該為 8MIL。安裝孔在沒有特殊要求的情況下，孔內(nèi)徑為 130，外徑

為 260。

5) 板框四周倒圓角，倒角半徑為 100MIL。特殊情況參考機械設(shè)計要求。

6) 板子大于 400X200MM 的 BGA 板子，需要 BGA 附近的對角上面放置機械固定孔。

2.4 布局

1) 元件布局區(qū)域需離板邊至少 3MM，推薦使用 5MM

2) 在安裝孔周圍，布局和布線均需距離 3MM

3) 需先放置與結(jié)構(gòu)有關(guān)的元件，如對外的接口，電源接口，板與板之間的接口等。

4) 優(yōu)先放置核心電路元件或體積較大的元件，再以該元件為中心，放置外圍電路。

5) 高功率的器件，應(yīng)盡量放在利于散熱的位置，如通風(fēng)口附件。

6) 質(zhì)量比較大的元器件，應(yīng)盡量不放在線路板的中間。

7) 元器件盡量布在正面，盡量在反面只有一種元器件（去藕電容），若無特殊情況，

反面盡量不布芯片。

8) 布局應(yīng)盡量滿足以下要求:總的連線盡可能短，關(guān)鍵信號線最短;高電壓、大電流信號

與小電流，低電壓的弱信號完全分開;模擬信號與數(shù)字信號分開；高頻信號與低頻信號

分開；高頻元器件的間隔要充分。

9) 在布局時，應(yīng)考慮同一電源的器件盡量放在一起，雙方便電源分割。

10) 考慮信號流向，合理布局，盡量使信號流向一致。

11) 輸入、輸出應(yīng)盡量遠離。

12) 帶高壓的元器件應(yīng)放在手不易觸及的地方。

13) 可調(diào)元件應(yīng)放于方便調(diào)節(jié)的地方。

14) 布局應(yīng)均勻、整齊、緊湊。

15) 表面貼元件焊盤排列方向應(yīng)盡量一致，以方便焊接。

16) 表面貼元件和高的元器件應(yīng)留有一個的焊接空間，建議大于 10MM，以方便焊接。

17) 去藕電容應(yīng)盡量放置在電源輸入端。

18) 用于阻抗匹配的阻容器件，應(yīng)根據(jù)其屬性合理布局。串聯(lián)匹配電阻的布局要靠近信

號的驅(qū)動端，距離一般不超過 500mil。匹配電阻、電容的布局一定要分清信號端，對

于多負載的終端匹配一定要在信號的最遠端匹配。在同一電路，在各個產(chǎn)品里，盡量保持布局一致。

2.5 疊層設(shè)計

2.5.1. 在 CPB 的 EMC 和 SI 設(shè)計

在 CPB 的 EMC 和 SI 設(shè)計考慮中，首先涉及的便是層的設(shè)置；PCB 板的層數(shù)由電源、地的層數(shù)和信號層數(shù)組成；電源層、地層、信號層的相對位置以及電源、地平面的分割對單板的 MEC 和 SI 的指標至關(guān)重要。

1) 合理的層數(shù)

根據(jù)電源、地的種類，信號密度，工作頻率，有特殊布線要求的信號數(shù)量，以及綜合單板的性能指標要求與成本承受能力來綜合評定，根據(jù)評定結(jié)果最終確定單板的層數(shù)；對于 MEC 和 SI 指標要求苛刻而相對成本能承受的情況下，適當(dāng)增加地平面乃是 PCB 的 EMC 設(shè)計的殺手锏之一。

a) 電源、地的層數(shù)

電源的層數(shù)由其種類數(shù)量準定；單一電源供電，一個電源平面足夠了；多種電源，若相互不交錯，可以采用電源層割；若多種電源相互交錯，則需考慮 2 個或以上的電源平面。電源平面的設(shè)置滿足以下條件：

● 單一電源或多種互不交錯的電源；

● 相鄰層的關(guān)鍵信號不跨分割區(qū)；地的層數(shù)除滿足電源平面的要求外，還要考慮：

● 元件面下面（第 2 層或倒數(shù)第 2 層）有相對完整的地平面

● 高頻、高速、時鐘等關(guān)鍵信號有一相鄰地坪面

● 關(guān)鍵電源有一對應(yīng)地平面相鄰。

b) 信號層數(shù)

基本布局完成后，根據(jù)布線密度對所需的層數(shù)進行大致判斷。然后結(jié)合板上的工作頻率、有特殊布線要求的信號數(shù)量以及性能要求與成本承受能力，最后確定信號層數(shù)。

2) 性能指標與成本要求

在設(shè)計過程中，需根據(jù)產(chǎn)品定位、 推出時間、 質(zhì)量要求等相關(guān)方面，進行統(tǒng)一評估，以達到最佳的性價比。

為了盡快將穩(wěn)定產(chǎn)品推向市場，在開發(fā)的初始階段，過于強調(diào)成本、加工工藝因素毫無疑問會對產(chǎn)品的開發(fā)進度、質(zhì)量造成一定的影響。

3) 環(huán)境規(guī)則導(dǎo)入

在 SVN 的 SOURCE 下面，將逐步添加相關(guān)環(huán)境規(guī)則，具體分類如下：

4) 電源層、地層、信號層的相對位置

a) 電源、地平面的阻抗以及電源、地之間的 EMC 環(huán)境問題

● 電源、地平面存在自身的特性阻抗，電源平面的阻抗比地平面阻抗高；

● 為降低電源平面的阻抗，盡量將 PCB 的主電源平面與其對應(yīng)的地平面相鄰排布并且盡量靠近，利用兩者的耦合電容，降低電源平面的阻抗；

● 電源、地平面構(gòu)成的平面電容與 PCB 上的退耦電容一起構(gòu)成頻響曲線比較復(fù)雜的電源、地電容，它的有效退耦頻帶比較寬。

b) 電源、地作為參考平面，兩者的區(qū)別

電源、地平面均能作參考平面，且有一定的屏蔽作用，但相對而言，電源平面具有較高的特性阻抗，與參考電平存在較大的電位差；從屏蔽的角度，地平面一般均作了接地處理，并作為基準電平參考點，其屏蔽效果遠遠優(yōu)于電源平面

在選擇參考平面時，應(yīng)優(yōu)選地平面。

c) 電源層、地層、信號層的相對

板層的排布一般原則：

● 元件面下面（第二層或倒數(shù)第二層）為地平面，提供器件屏蔽層以及為頂

層布線提供參考平面；

● 所有信號層盡可能與地平面相鄰；

● 盡量避免兩信號層直接相鄰；

● 主電源層盡可能與其對應(yīng)地相鄰；

● 兼顧層壓結(jié)構(gòu)對稱。

2.5.2. 具體層數(shù)設(shè)置探討

S 代表信號層，G 代表地層，P 代表電源層

2.6 布線

2.6.1 線寬和線間距設(shè)置

線寬和線間距設(shè)置需考慮以下因素：

1) 單板密度。

單板密度越高，使用更細的線寬和更窄的線間距。

2) 信號的電流強度。

當(dāng)信號平均電流較大時，需考慮布線寬度所能承受的電流多小。經(jīng)寬與電流關(guān)系可參照以下表格：

注 A：用銅皮作導(dǎo)線通過大電流的時候，銅箔寬度的載流量應(yīng)參照表中的數(shù)值降低 50%去選擇。

注 B：在 PCB 加工作，通常用 OZ（盎司）作為銅皮厚度單位，1 盎司銅厚的定義為1 平方

英尺面積內(nèi)銅箔重量為一盎司。對應(yīng)的物理厚度為 35UM，2OZ 的厚度為 70UM。

3) 可靠性要求。

在可靠性要求高時，使用較寬的布線和較大的線間距。

4) PCB 加工限制。

現(xiàn)在國內(nèi)的 PCB 加工工藝為：推薦最小線寬/線間距為 6MIL/6MIL，極限線寬線間距為：4MIL6MIL。

2.6.2 孔的設(shè)置

1. 制成板的孔的大小取決于板的厚度，板厚孔徑比應(yīng)介于 5-8 2. 過孔孔徑優(yōu)選系列如下（單位 MIL）：

2.6.3 進行 PCB 設(shè)計應(yīng)遵循的規(guī)則

環(huán)路最小規(guī)則，即信號線與其回路構(gòu)成的環(huán)面積要盡可能小，環(huán)面積越小，對外的輻射越少，接收外界的干擾也越小。針對這一規(guī)則，在地平面分割時，要考慮地平面與重要信號走線的分布，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，且增加一些必要的過孔，將雙面地信號有效連接起來，對一些關(guān)鍵信號盡量采用地線隔離，對一些頻率較高的設(shè)計，需要特別考慮其也平面信號回路問題。

2) 串?dāng)_控制

串?dāng)_是指 PCB 上不同網(wǎng)絡(luò)這間因較長的平行布線引起的相互干擾，主要由于平行線間的分

布電容和分布電感的作用。解決串?dāng)_的主要措施是：

A、 加大平行布線的間距，遵循 3W 規(guī)則。

B、 在平行線間插入地線。

C、 減小布線層與地線間的距離。

對應(yīng)地線回路規(guī)則，實際上也是為了盡量減小信號的回路面積，多見于一些比較重要的信號，如時鐘信號，同步信號。對一些特別重要，頻率特別高的信號，應(yīng)該考慮采用銅軸電纜屏蔽結(jié)構(gòu)設(shè)計，即將所布的線上下左右同地線隔離，而且還要考慮好如何有效讓屏蔽地與實際地平面有效結(jié)合。

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

一般不允許出線一端浮空的走線。

主要以免產(chǎn)生不必要的天線效應(yīng)，減小不必要的干攏輻射和接收，帶來不必要的不可預(yù)知的錯誤和問是。

同一網(wǎng)線的布線寬度應(yīng)盡量保持一致，線寬的變化會變成線路的特征阻抗不均勻，不傳輸速率較高時，會產(chǎn)生發(fā)射。在設(shè)計中應(yīng)盡量避免這種情況的發(fā)生。在有些條件下，如BGA 走線，可能無法避免這種情況的發(fā)生。在這種情況下，應(yīng)盡量減小中間寬度不一致的走線的有效長度。

信號線在各個不同層走線，不能形成自環(huán)，特別在多層板設(shè)計中，容易產(chǎn)生這樣的問題。自環(huán)將引起幅射干擾。

盡量控制分枝的長度，一般要求是 Tdelay<=Trise/20

9) 走線長度控制

在設(shè)計時，應(yīng)該盡量讓布線長度盡量短，以減少由于走線過長帶來的干擾問題，特別是一些重要信號線，如時鐘線，務(wù)必將其振蕩器放在離器件很近的地方。對驅(qū)動多個器件的情況，應(yīng)根據(jù)具體情況決定采用何種網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)。

10) 走線的諧振規(guī)則：

主要針對高頻信號設(shè)計而言，即布線長度不得與其波長成整數(shù)倍關(guān)系，以免產(chǎn)生諧振現(xiàn)象。

11) 走線倒角

PCB 設(shè)計中應(yīng)避免產(chǎn)生銳角和直角，直角和銳角會產(chǎn)生不必要的輻射，同時工藝性能也不好。

12) 器件去藕

A、 在線路板上，加上必要的去藕電容，濾去電源上的干擾信號，使電源穩(wěn)定。在多層板中，對電源的去藕電容，要求不是很高，但是在雙層板子，去藕電容的布局和布線方式，將直接影響到整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

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

C、 在高速電路設(shè)計中，能否正確使用去藕電容，直接影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。D、 去藕電容一般布在芯片電源輸入處，越靠近電源，效果越好。

A、 主要是為了防止不同工作頻率的模塊之間的相互干擾，同時，盡量縮短高頻部分的走線長度。通常將高頻部分布在接口部分減少走線長度，同時，也要考慮低頻信號可能受到的干擾。在處理高頻和低頻部分的地，一般采用兩者分割，再在接口處單單點接地。B、 對模擬數(shù)字混合信號的處理，同樣也是一般采用分別布在線路板的兩邊，走線也走在不同的兩個層上。

14) 孤立銅區(qū)控制

孤立銅區(qū)的出現(xiàn)，將會帶來一些不可控的問題，因此孤立銅和別的信號連接將有助改善信號質(zhì)量。一般將孤立銅區(qū)和地平面相連。

在過也密集區(qū)域，應(yīng)注意避免過孔在電源和地層平面探空區(qū)域相互連接，形成對平面的分割，從面破壞整個平面的完整性，導(dǎo)致信號回路面積增大。

16) 重疊電源和地層規(guī)則

不同電源，在空間上要避免重疊。主要是為了減小電源平面之間的干擾，特別是一些電壓相差比較大的電源層之間，必須想辦法避免重疊，如果實在沒辦法避免重疊，則需在兩個電源之間加上一個地層。

17) 3W 規(guī)則

為了減少線間串?dāng)_，應(yīng)該保持線間有足夠?qū)挼木€間距離，當(dāng)線中心距不少 3T 時，則可保持 70%的電場不相互干擾，稱為 3T 規(guī)則。如果要在到 98%的電場不相互干擾，則需要 10T。

由于電源層和地層之間的電場是變會在，在電路板邊緣會向外輻射電磁干擾，稱為邊緣效應(yīng)。解決辦法是電源層內(nèi)縮，使得電場只能在接地層內(nèi)傳導(dǎo)，以 H（電源和地之間的介質(zhì)厚度）為單位，若縮進去 20H，則 70%的電場在接地層內(nèi)傳導(dǎo)，或 100H，則 98%的電場在接地層同傳導(dǎo)。

2.6.4 具體布線原則

2.6.4.1 電源和地平面

1) 盡量給出單獨的電源層和地層，即使要在表層接線，電源線和地線也要盡量的短而

且要足夠粗。

2) 對于多層板，一般都有電源層和地層，需要注意的只是模擬部分和數(shù)字部分的地和

電源即使電壓相同也要分割開來。

3) 對于雙層板電源線應(yīng)盡量粗而短，電源線和地線的寬度要求可以根據(jù) 1MM 的線寬

最大對應(yīng) 1A 的電流來計算，電源和地構(gòu)成的環(huán)路盡量小。

4) 為了防止電源線較長時，電源線上的藕合雜訊直接進入負載器件，應(yīng)在進入每個負

載器件之前進行去藕，且為了防止各器件之間的相互干擾，需對每個器件進行獨立

去藕。并且做到先濾波，再進行負載器件。

2.6.5 特殊信號布線

1) 時鐘布線

● 時鐘作為對 EMC 最大的影響之一，走時鐘線應(yīng)盡量少打過孔，盡量避免和其它信號線平行，且應(yīng)遠離信號線，避免對信號線干擾。

● 同時應(yīng)該避開電源部分，以避免電源和時鐘互相干擾。

● 當(dāng)一個線路板上有多個不同頻率的時鐘信號時，兩個不同頻率的時鐘不可并行走線。

● 時鐘線應(yīng)盡量避免靠近輸出接口，以免高頻時鐘藕合到 CABLE 線上并延線發(fā)射出去。

● 如果板上有專門的時鐘芯片，時鐘芯片下不能走線，應(yīng)該在其下方鋪銅，必要時可以對他進行單獨割地。

● 對于很多芯片都有參考晶振，這些晶振下方也不可以走線，要鋪銅隔離。晶振外殼需接地。

● 對于雙層板，沒有電源和地層，時鐘走線方式如下：

2) 差分信號布線

● 成對差分線，一般平行走線，盡量少打過也，必需打過孔時，必須兩對線同時打，

以做到阻抗匹配。

3) 相同屬性的信號線

相同屬性的一組總線，應(yīng)盡量并排走線，并且盡量做到等長。

4) 一些基本的走線原則

● 考慮到散熱，連焊等因素，正確的走線方法如下：

● 兩焊盤間距很小時，焊盤間不可直接相連

● 從貼片焊盤引出的過孔盡量遠離焊盤

2.6.6 工藝設(shè)計要求

2.6.6.1. 所有器件都應(yīng)有唯一的標號。

2.6.6.2. 器件的標號應(yīng)盡量靠近所指的器件, 盡量避免標號遠離所指器件或與兩個器件的距離相近等使生產(chǎn)人員無法識別的情況。

● 如下圖中的標號 R1 就比較難以識別。

2.6.6.3. 器件的標號必須在 X 軸方向，只有一個方向，在 Y 軸上，也只有一個方向。2.6.6.4. 器件在線路板設(shè)計完成后，需要重新排，按照從左到右，從上到下依次增大。2.6.6.5. 當(dāng)器件周圍確實沒有空間放置標號時，可采用如下二圖所示的變通方法。

2.6.6.6. 器件位號，板子名稱，版本，編碼的字體大小一律采用如下圖的 19 號字。

2.6.6.7. 在決定板子的整體的放置方向時，應(yīng)考慮在使用過程中需要進行手工操作的器件本身的標識方向。

2.6.6.8. 在撥動開關(guān)邊上應(yīng)有表格說明每一位撥動開關(guān)的作用，在所有接插件邊上除了器件標號外也應(yīng)有必要的說明，如輸入輸出，正負極性等，所有指示燈邊上也應(yīng)有簡單的內(nèi)容說明。

2.6.6.9. 電阻（包括排阻）標號采用 R＋編號，電容采用 C＋編號，撥動開關(guān)采用 S＋編號，集成塊（包括晶振）采用 U＋編號，二極管采用 D＋編號，接插件（包括跳線開關(guān)）采用 J＋編號，變壓器采用 T＋編號，線圈電感采用 L＋編號,振蕩器采用 X+編號。

2.6.6.10. 板上有極性的器件（如電解電容、直流電源），必須注明正極（或能唯一確定其安裝方向標識）的位置。

2.6.6.11. 所有線路板，設(shè)計完成后，需加上線路板版本信息，格式如下：

● 第一行：線路板名稱

● 第二行：線路板版本號

● 第三行：線路板設(shè)計日期

2.6.6.12. 在 PCB 板上上，必須設(shè)計條形碼貼放位置和 PASS 標簽的位置。如下圖:

2.6.6.13. 在 PCB 板上空的位置，需添加防靜電標志，如果 PCB 非常密集，可以不加。防靜電標志在 PCB 庫的 Format symbols 下面的 ESD 標志。

2.6.6.14. 在用貼片元件的 PCB 板上，為了提高貼片元件的貼裝準確性，PCB 板上必須設(shè)有校正標志（MARKS），且每一塊板最少要兩個標記，分別設(shè)于 PCB 的一組對角上，如下圖：

審核編輯：湯梓紅