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1、主要内容 第九讲PCB设计规范 第一节PCB板布局规范第二节PCB板布线规范大作业 第一节PCB板布局规范 一 PCB板布局概述在PCB板设计中 布局是一个重要的环节 布局结果的好坏将直接影响布线的效果 因此可以这样认为 合理的布局是PCB设计成功的第一步 布局的方式分两种 一种是交互式布局 另一种是自动布局 一般是在自动布局的基础上用交互式布局进行调整 使其成为便于布线的最佳布局 在布局完成后 还可对设计文件及有关信息进行返回标注于原理图 使得PCB板中的有关信息与原理图相一致 以便在今后的建档 更改设计能同步起来 同时对模拟的有关信息进行更新 使得能对电路的电气性能及功能进行板级验证 二
2、PCB板布局规则1 元件放置基本原则布局顺序 先难后易 先大后小 先精后粗大 先密后疏 元件放置层 元件摆放均应该放置在顶层 只有在特定情况小 才把部分高度有限 发热量小的贴片电阻 电容 IC等放置在底层 元件放置位置 元件应该放置在栅格上 相互平行或垂直 元件排列要求整齐 美观 紧凑 输入和输入元件尽可能远离 元件放置的方向和位置 同类型的元件应该在横向或纵向方向一致 同类型的有极性分立元件也要在横向或纵向方向一致 具有相同结构的电路尽可能采用对称布局 去耦电容的放置 集成电路的去耦电容应尽量靠芯片的电源引脚 使之与电源和地线之间形成的回路最短 旁路电容应均匀分布在集成电路周围 电源供电考虑
3、 使用同一个电源的元件应该尽可能放置在一起 以便于电源的分割和布线 留边考虑 位于边远的器件 一般离板边缘至少2个板材的厚度 留空考虑 双列直插器件的相互距离要大于2毫米 BGA器件与相邻元件的距离大于5毫米 贴片小元件的相互距离要大于0 7毫米 贴片元件焊盘外侧与相邻通孔焊盘外侧的距离要大于2毫米 压接元件周围5毫米不可以放置直插元件 元件分布 均匀 疏密一致 重心平衡 PCB板上元件贴片的受限区域 双面PCB 2 按照信号走向布局原则通常按照信号的传递过程逐一安排各功能电路单元的位置 以每个功能电路的核心器件为中心 围绕它进行布局 减小和缩短元器件的引线和连接 元件的布局应该便于信号的传递
4、 使信号尽可能保持一致的方向 多数情况下 信号的传递方向安排为从左到右或从上到下 与输入 输出相连的元件应当放在靠近输入 输出接插件或连接器的附近 3 防止电磁干扰的布局考虑原则对电磁场辐射较强的元件 以及对电磁场感应比较灵敏的元件 应该加大它们相互之间的距离或加以屏蔽 元器件放置的方向应与相邻的印制导线交叉 尽量避免高低电压器件相互混杂 强弱信号的器件交错布局 7 对于产生磁场的元件 如变压器 扬声器 电感等 布局时应注意减少磁力线对印刷导线的切割 相邻元件的磁场方向应相互垂直 减少彼此之间的耦合 对干扰源进行屏蔽 屏蔽罩应良好接地 在高频工作的电路 要考虑元件之间分布参数的影响 工作电流大
5、的器件 一般在布局时靠近电源的输入端 应与小电流电路分开 并加上去耦电容 4 抑制热干扰的布局考虑原则对于发热的元件 应该安排在有利于散热的位置 一般在PCB的边缘 必要时可以单独设置散热器或小风扇 以降低温度 减少对相邻元件的影响 一些功耗大的集成块 大或中功率管 大功率电阻等元件 要放置在容易散热的位置 并与其它元件隔开一定的距离 热敏元件应紧贴被测元件并远离高温区域 双面放置元件时 底层不放置发热元件 5 提高机械强度的布局考虑原则要注意整个PCB的重心平衡与稳定 重而大的元件尽量放置在靠近固定端的位置 并降低重心 以提高机械强度和耐震 耐冲击能力 减少PCB板的负荷和变形 重15克以上
6、的元器件 不能只靠焊盘来固定 应使用支架或卡子等辅助固定装置 为了便于缩小体积或提高机械强度 可设置辅助底板 将一些笨重的元件牢固地安装在辅助板上 PCB板的最佳形状是矩形 当板面尺寸大于200 150mm时要考虑使用机械边框加固 要在PCB板上留足固定支架 定位螺孔和连接插座的位置 便于安装 印制电路板布局样图 印制电路板布局样图 三 PCB板布局的检查和评审印制板尺寸是否与加工图纸尺寸相符 能否符合PCB制造工艺要求 有无定位标记 元件在二维 三维空间上有无冲突 元件布局是否疏密有序 排列整齐 是否全部布完 需更换的元件能否方便的更换 插件插入设备是否方便 热敏元件与发热元件之间是否有适当
7、的距离 调整可调元件是否方便 在需要散热的地方 装了散热器没有 空气流是否通畅 信号流程是否顺畅且互连最短 插头 插座等与机械设计是否矛盾 线路的干扰问题是否有所考虑 第二节PCB板布线规范 一 PCB板布线概述在PCB设计中 布线是完成产品设计的重要步骤 可以说前面的准备工作都是为它而做的 在整个PCB中 布线的设计过程最长 技巧最细 工作量最大 PCB布线方式有两种 自动布线及交互式布线 自动布线的布通率 依赖于良好的布局 走线的弯曲次数 导通孔的数目 步进的数目等布线规则可以预先设定 布线过程一般先进行探索式布线路径 快速地把短线连通 然后进行迷宫式布线 先把要布的连线进行全局的布线路径
8、优化 可以根据需要断开已布的线 并试着重新再布线 以改进总体效果 PCB板的设计过程是一个复杂而又简单的过程 要想很好地掌握它 还需广大电子工程设计人员去自已体会 才能得到其中的真谛 二 布线规则1 常用的基本布线方法直接布线 先把最关键的导线布放好 然后把其它次要的导线绕过这些布线布放好 通常利用元件跨越导线来提高布线率 布线不通时可以通过顶层断路线来解决 适用于单面板 X Y坐标布线 在PCB板的一面的所有导线都与水平边缘线平行 而相邻的一面上的所有导线都与前一面的导线正交 两面导线的连通通过金属化过孔实现 适用于双面板和多层板 2 布线宽度选择原则布线宽度选用的依据 布线最小宽度主要由导
9、线与绝缘基板的粘附强度和流过它们的电流值来决定 布线宽度与电流关系表 布线常用宽度 当铜箔厚度为50um时 电源线布线宽度一般选用1 1 5mm 通过2A电流 温度升高不超过3度 可以满足大部分要求 数字电路信号线布线宽度通常选用0 2 0 3mm 当布线密度允许时 应尽可能增加布线宽度 特别是电源线和地线 自动布线要求依次按照地线 电源线 时钟线 其它的顺序进行布线 在布线规则中设置布线优先级 0为最低级 100为最高级 布线与电感量 印制导线的电感量与其长度成正比 与其宽度成反比 因此短而宽的线有利于抑制干扰 布线宽度与焊盘 布线宽度一般要小于与之相连的焊盘直径 3 布线间距选择原则导线的
10、最小间距主要由最坏情况下的线间绝缘电阻和击穿电压决定 导线越短 间距越大 线间绝缘电阻就越大 当导线间距为1 5mm时 其绝缘电阻超过20M 允许电压为300V 导线间距为1 0mm时 允许电压为200V 所以一般选用导线间距为1 0 1 5mm 可以满足大部分设计要求 对于集成电路 尤其是数字电路 只要工艺允许可视间距很小 4 布线优先次序原则密度疏松原则 从PCB板连接关系最简单器件和最疏松的区域开始布线 核心优先原则 核心部分优先布线 其它次要信号要照顾整体 不能与关键信号相抵触 5 重要线路布线原则重要线路主要包括 时钟 复位以及弱信号线等 重要线路 含总线和片选线 应尽可能远离I O
11、线和接插件 时钟发生器尽量靠近使用该时钟的器件 时钟线尽量短 并用地线将时钟区圈起来 石英振荡器外壳要接地 石英晶体及对噪声敏感的器件下面不要走线 时钟信号最容易产生电磁辐射干扰 走线时应与地线回路靠近 时钟线垂直于I O线比平行于I O时所产生的干扰要小 弱信号 低频电路周围不要形成电流环路 模拟电压输入线 参考电压端要尽量远离数字电路信号 特别是时钟信号 6 信号线布线的一般原则输入 输出端的导线应尽量避免相邻平行 若无法避免则平行信号线之间要尽量留有较大间隔 最好加线间地线 起到屏蔽作用 印制板两面的导线应相互垂直 斜交或弯曲走线 避免平行走线 以减少寄生电容 信号线间的压差较大时 要加
12、大导线间的间距 布线密度较低时 可加粗导线 并适当加大间距 重要信号应采用手工优先布线 屏蔽和加大安全距离等方法 使其回路面积最小 保证信号质量 在多层板中尽量提供专门的布线层 电源线 信号clk 不好的布线 强弱信号尽量远离 相邻两面采用 字型布线 常见走线对比1 常见走线对比2 常见走线对比3 7 信号走线控制走线长度控制 PCB设计时应该尽可能使布线长度最短 以减少布线长度带来的干扰问题 特别是重要的信号线 应该根据具体的情况采用合理的网路拓扑结构 使总长度最短 走线长度控制 走线倒角控制 PCB设计中应尽量避免使用锐角和直角 以避免产生不必要的辐射 所有的线与线之间的夹角一般应大于13
13、5 走线倒角控制 不合理 8 信号屏蔽原则印制电路板上的元件若要加屏蔽时 可以在元件外面套一个屏蔽罩 在对应于元件的另一面再罩上一个扁形屏蔽罩 或金属板 将两个屏蔽罩在电气上连接起来并接地 构成一个近似封闭的屏蔽盒 印制导线如果需要加屏蔽 在要求不高时 可采用印制导线屏蔽 对于多层板 一般通过电源层和地线层的使用 既解决电源和地线的布线问题 又可以对信号线进行屏蔽 印制导线屏蔽方法 重要信号线的屏蔽 对于一些重要的信号线 如时钟信号 同步信号 复位信号或频率特别高的信号 应该考虑采用包络或覆铜的屏蔽方式进行屏蔽 即将所布置的重要信号线或高频信号线的上下左右用地线隔离 并考虑好屏蔽地和实际地平面
14、的有效结合 重要信号线的屏蔽 9 地线布线的一般原则一般将公共地线布置在PCB板的边缘 便于PCB板安装在机架上及机架与地线相连接 公共地线与印制板边缘应留一定的距离 一般不小于2倍的板材厚度 尽量加粗地线 若地线很细 接地电位会随电流的变化而变化 导致电子系统的信号受到干扰 特别是模拟电路部分 因此地线应该尽量宽 一般以大于3mm为宜 在印制电路板上应尽可能多地保留铜箔做地线 使传输特性和屏蔽作用得到改善 并减少分布电容的影响 数字电路中地线可以设计成闭合回路 模拟电路中地线不可以设计成闭合回路 在低频电路中采用单点接地 在高频电路中就近接地 而且要采用大面积接地方式 印制板上若有大电流器件
15、 如继电器 扬声器等 其地线最好分开独立走 以减少地线上的噪声 模拟地和数字地的连接 模拟地和数字地应该分开排布 这样可以减少模拟电路与数字电路之间的相互干扰 通常采用地线割裂法使各自自成回路 然后再分别接到公共的一点上 如图所示模拟平面和数字平面是两个相互独立的平面 以保证信号的完整性 只在电源入口处通过一个0欧电阻或小电感连接 再与公共地相连 模拟地和数字地的连接 单点接地示意图 环路最小原则 环路最小规则 即信号线与地线回路构成的环路面积要尽可能小 环路面积越小 对外电磁辐射越小 接收外界的干扰也越小 如图所示 电源与地线的紧密耦合设计 不好 比较好 最好 大面积覆铜接地 没有布线的区域
16、最好由大的接地面来覆盖 以提供屏蔽和增加去耦能力 但是发热元件和大电流引线周围应尽量避免使用大面积铜箔 否则长时间受热易发生铜箔膨胀脱落现象 必须使用大面积铜箔时 最好用栅格状 便于散热 孤立覆铜控制 独立的覆铜区也叫铜岛 它的出现会带来一些不可预知的问题 因此应该将孤立覆铜区与实际地平面相连 或将孤立覆铜区删除 在实际PCB板制作中 增加覆铜区除了增加接地面积有助于改善信号质量外 还有方便PCB板生产厂家加工的功效 同时还能防止PCB板的翘曲 孤立覆铜处理 10 电源线布线原则尽量加宽电源线 根据估算电流 确定电源线的最小宽度 保证印制电路板中电源线 地线的走向与数据传输的方向一致 增强抗噪声能力 不同电源层在空间上要避免重叠 特别是一些电压相差很大的电源之间 电源平面的重叠问题一定要设法避免 难以避免时可考虑中间隔地层 避免电源层在空间上的重叠 11 添加去耦电容原则去耦电容的作用去耦电容的主要作用就是减少器件内部产生的噪声在板上的传播并将噪声引导到地 去耦电容去除高频如RF信号的干扰 去电容还有蓄能的作用 高频器件在工作的时候 其电流是不连续的 而器件的VCC到总电源有一段距离
