試談PCB的合理布局(doc 9頁).doc

PCB合理布局A.創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)表1.網(wǎng)絡(luò)表是原理圖與PCB的接口文件，PCB設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)所用的原理圖和PCB設(shè)計工具的特性，選用正確的網(wǎng)絡(luò)表格式，創(chuàng)建符合要求的網(wǎng)絡(luò)表。2.創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)表的過程中，應(yīng)根據(jù)原理圖設(shè)計工具的特性，積極協(xié)助原理圖設(shè)計者排除錯誤。保證網(wǎng)絡(luò)表的正確性和完整性。3.確定器件的封裝（PCB FOOTPRINT）4.創(chuàng)建PCB板 根據(jù)單板結(jié)構(gòu)圖或?qū)?yīng)的標(biāo)準(zhǔn)板框,創(chuàng)建PCB設(shè)計文件；注意正確選定單板坐標(biāo)原點的位置，原點的設(shè)置原則：A.單板左邊和下邊的延長線交匯點。B.單板左下角的第一個焊盤。板框四周倒圓角，倒角半徑5mm。特殊情況參考結(jié)構(gòu)設(shè)計要求。B.布局1.根據(jù)結(jié)構(gòu)圖設(shè)置板框尺寸，按結(jié)構(gòu)要素布置安裝孔、接插件等需要定位的器件，并給這些器件賦予不可移動屬性。按工藝設(shè)計規(guī)范的要求進行尺寸標(biāo)注。2.根據(jù)結(jié)構(gòu)圖和生產(chǎn)加工時所須的夾持邊設(shè)置印制板的禁止布線區(qū)、禁止布局區(qū)域。根據(jù)某些元件的特殊要求，設(shè)置禁止布線區(qū)。3.綜合考慮PCB性能和加工的效率選擇加工流程。加工工藝的優(yōu)選順序為：元件面單面貼裝元件面貼、插混裝（元件面插裝焊接面貼裝一次波峰成型）雙面貼裝元件面貼插混裝、焊接面貼裝。4.布局操作的基本原則A.遵照“先大后小，先難后易”的布置原則，即重要的單元電路、核心元器件應(yīng)當(dāng)優(yōu)先布局B.布局中應(yīng)參考原理框圖，根據(jù)單板的主信號流向規(guī)律安排主要元器件C.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D.相同結(jié)構(gòu)電路部分，盡可能采用“對稱式”標(biāo)準(zhǔn)布局；E.按照均勻分布、重心平衡、版面美觀的標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化布局；F.器件布局柵格的設(shè)置，一般IC器件布局時，柵格應(yīng)為50-100 mil,小型表面安裝器件，如表面貼裝元件布局時，柵格設(shè)置應(yīng)不少于25mil。G.如有特殊布局要求，應(yīng)雙方溝通后確定。5.同類型插裝元器件在X或Y方向上應(yīng)朝一個方向放置。同一種類型的有極性分立元件也要力爭在X或Y方向上保持一致，便于生產(chǎn)和檢驗。6.發(fā)熱元件要一般應(yīng)均勻分布，以利于單板和整機的散熱，除溫度檢測元件以外的溫度敏感器件應(yīng)遠離發(fā)熱量大的元器件。7.元器件的排列要便于調(diào)試和維修，亦即小元件周圍不能放置大元件、需調(diào)試的元、器件周圍要有足夠的空間。8.需用波峰焊工藝生產(chǎn)的單板，其緊固件安裝孔和定位孔都應(yīng)為非金屬化孔。當(dāng)安裝孔需要接地時,應(yīng)采用分布接地小孔的方式與地平面連接。9.焊接面的貼裝元件采用波峰焊接生產(chǎn)工藝時，阻、容件軸向要與波峰焊傳送方向垂直，阻排及SOP（PIN間距大于等于1.27mm）元器件軸向與傳送方向平行；PIN間距小于1.27mm（50mil)的IC、SOJ、PLCC、QFP等有源元件避免用波峰焊焊接。10. BGA與相鄰元件的距離5mm。其它貼片元件相互間的距離0.7mm；貼裝元件焊盤的外側(cè)與相鄰插裝元件的外側(cè)距離大于2mm；有壓接件的PCB，壓接的接插件周圍5mm內(nèi)不能有插裝元、器件，在焊接面其周圍5mm內(nèi)也不能有貼裝元、器件。11. IC去偶電容的布局要盡量靠近IC的電源管腳，并使之與電源和地之間形成的回路最短。12.元件布局時,應(yīng)適當(dāng)考慮使用同一種電源的器件盡量放在一起,以便于將來的電源分隔。13.用于阻抗匹配目的阻容器件的布局，要根據(jù)其屬性合理布置。串聯(lián)匹配電阻的布局要靠近該信號的驅(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的源端與終端，對于多負載的終端匹配一定要在信號的最遠端匹配。14.布局完成后打印出裝配圖供原理圖設(shè)計者檢查器件封裝的正確性，并且確認單板、背板和接插件的信號對應(yīng)關(guān)系，經(jīng)確認無誤后方可開始布線。C.設(shè)置布線約束條件1.報告設(shè)計參數(shù)布局基本確定后，應(yīng)用PCB設(shè)計工具的統(tǒng)計功能，報告網(wǎng)絡(luò)數(shù)量，網(wǎng)絡(luò)密度，平均管腳密度等基本參數(shù)，以便確定所需要的信號布線層數(shù)。信號層數(shù)的確定可參考以下經(jīng)驗數(shù)據(jù)Pin密度 信號層數(shù) 板層數(shù)1.0以上 2 20.6-1.0 2 40.4-0.6 4 60.3-0.4 6 80.2-0.3 8 1214注：PIN密度的定義為： 板面積（平方英寸）/（板上管腳總數(shù)/14）布線層數(shù)的具體確定還要考慮單板的可靠性要求，信號的工作速度，制造成本和交貨期等因素。1.布線層設(shè)置 在高速數(shù)字電路設(shè)計中，電源與地層應(yīng)盡量靠在一起，中間不安排布線。所有布線層都盡量靠近一平面層，優(yōu)選地平面為走線隔離層。為了減少層間信號的電磁干擾，相鄰布線層的信號線走向應(yīng)取垂直方向?？梢愿鶕?jù)需要設(shè)計1-2個阻抗控制層，如果需要更多的阻抗控制層需要與PCB產(chǎn)家協(xié)商。阻抗控制層要按要求標(biāo)注清楚。將單板上有阻抗控制要求的網(wǎng)絡(luò)布線分布在阻抗控制層上。2.線寬和線間距的設(shè)置線寬和線間距的設(shè)置要考慮的因素A.單板的密度。板的密度越高，傾向于使用更細的線寬和更窄的間隙。B.信號的電流強度。當(dāng)信號的平均電流較大時，應(yīng)考慮布線寬度所能承載的的電流，線寬可參考以下數(shù)據(jù)：PCB設(shè)計時銅箔厚度,走線寬度和電流的關(guān)系不同厚度，不同寬度的銅箔的載流量見下表:銅皮厚度35um銅皮厚度50um銅皮厚度70um銅皮t=10銅皮t=10銅皮t=10注：i.用銅皮作導(dǎo)線通過大電流時，銅箔寬度的載流量應(yīng)參考表中的數(shù)值降額50%去選擇考慮。ii.在PCB設(shè)計加工中，常用OZ（盎司）作為銅皮厚度的單位，1 OZ銅厚的定義為1平方英尺面積內(nèi)銅箔的重量為一盎，對應(yīng)的物理厚度為35um；2OZ銅厚為70um。C.電路工作電壓：線間距的設(shè)置應(yīng)考慮其介電強度。D.可靠性要求?？煽啃砸蟾邥r，傾向于使用較寬的布線和較大的間距。E. PCB加工技術(shù)限制國內(nèi)國際先進水平推薦使用最小線寬/間距6mil/6mil 4mil/4mil極限最小線寬/間距4mil/6mil 2mil/2mil1.孔的設(shè)置過線孔制成板的最小孔徑定義取決于板厚度，板厚孔徑比應(yīng)小于5-8?？讖絻?yōu)選系列如下：孔徑：24mil 20mil 16mil 12mil 8mil焊盤直徑：40mil 35mil 28mil 25mil 20mil內(nèi)層熱焊盤尺寸：50mil 45mil 40mil 35mil 30mil板厚度與最小孔徑的關(guān)系：板厚：3.0mm2.5mm2.0mm1.6mm1.0mm最小孔徑：24mil 20mil 16mil 12mil 8mil盲孔和埋孔盲孔是連接表層和內(nèi)層而不貫通整板的導(dǎo)通孔，埋孔是連接內(nèi)層之間而在成品板表層不可見的導(dǎo)通孔，這兩類過孔尺寸設(shè)置可參考過線孔。應(yīng)用盲孔和埋孔設(shè)計時應(yīng)對PCB加工流程有充分的認識，避免給PCB加工帶來不必要的問題，必要時要與PCB供應(yīng)商協(xié)商。測試孔測試孔是指用于ICT測試目的的過孔，可以兼做導(dǎo)通孔，原則上孔徑不限，焊盤直徑應(yīng)不小于25mil，測試孔之間中心距不小于50mil。不推薦用元件焊接孔作為測試孔。2.特殊布線區(qū)間的設(shè)定特殊布線區(qū)間是指單板上某些特殊區(qū)域需要用到不同于一般設(shè)置的布線參數(shù)，如某些高密度器件需要用到較細的線寬、較小的間距和較小的過孔等，或某些網(wǎng)絡(luò)的布線參數(shù)的調(diào)整等，需要在布線前加以確認和設(shè)置。3.定義和分割平面層A.平面層一般用于電路的電源和地層（參考層），由于電路中可能用到不同的電源和地層，需要對電源層和地層進行分隔，其分隔寬度要考慮不同電源之間的電位差，電位差大于12V時，分隔寬度為50mil，反之，可選20-25mil。B.平面分隔要考慮高速信號回流路徑的完整性。C.當(dāng)由于高速信號的回流路徑遭到破壞時，應(yīng)當(dāng)在其他布線層給予補嘗。例如可用接地的銅箔將該信號網(wǎng)絡(luò)包圍，以提供信號的地回路。B.布線前仿真（布局評估，待擴充）C.布線1.布線優(yōu)先次序關(guān)鍵信號線優(yōu)先：電源、摸擬小信號、高速信號、時鐘信號和同步信號等關(guān)鍵信號優(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.自動布線在布線質(zhì)量滿足設(shè)計要求的情況下，可使用自動布線器以提高工作效率，在自動布線前應(yīng)完成以下準(zhǔn)備工作：自動布線控制文件(do file)為了更好地控制布線質(zhì)量，一般在運行前要詳細定義布線規(guī)則，這些規(guī)則可以在軟件的圖形界面內(nèi)進行定義，但軟件提供了更好的控制方法，即針對設(shè)計情況，寫出自動布線控制文件（do file),軟件在該文件控制下運行。3.盡量為時鐘信號、高頻信號、敏感信號等關(guān)鍵信號提供專門的布線層，并保證其最小的回路面積。必要時應(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)避免布置對干擾敏感的信號。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.進行PCB設(shè)計時應(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，要考慮到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，需特別考慮其地平面信號回路問題，建議采用多層板為宜。2） 竄擾控制串?dāng)_（CrossTalk)是指PCB上不同網(wǎng)絡(luò)之間因較長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用地線隔離，而且還要考慮好如何有效的讓屏蔽地與實際地平面有效結(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，特別是信號速率較高時，應(yīng)考慮用地平面隔離各布線層，用地信號線隔離各信號線。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，線寬的變化會造成線路特性阻抗的不均勻，當(dāng)傳輸?shù)乃俣容^高時會產(chǎn)生反射，在設(shè)計中應(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，可能無法避免線寬的變化，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布線的延遲時間大于信號上升時間（或下降時間）的1/4時，該布線即可以看成傳輸線，為了保證信號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.對于點對點（一個輸出對應(yīng)一個輸入）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.對于點對多點（一個輸出對應(yīng)多個輸出）連接，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的拓樸結(jié)構(gòu)為菊花鏈時，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，可以參考點對點結(jié)構(gòu)。星形和菊花鏈為兩種基本的拓撲結(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行匹配。在實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：防止信號線在不同層間形成自環(huán)。在多層板設(shè)計中容易發(fā)生此類問題，自環(huán)將引起輻射干擾。9） 走線的分枝長度控制規(guī)則：盡量控制分枝的長度，一般的要求是Tdelay=Trise/20。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） 走線長度控制規(guī)則：即短線規(guī)則，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)。12） 倒角規(guī)則：PCB設(shè)計中應(yīng)避免產(chǎn)生銳角和直角，產(chǎn)生不必要的輻射，同時工藝性能也不好。13） 器件去藕規(guī)則：A.在印制版上增加必要的去藕電容，濾除電源上的干擾信號，使電源信號穩(wěn)定。在多層板中，對去藕電容的位置一般要求不太高，但對雙層板，去藕電容的布局及電源的布線方式將直接影響到整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性，有時甚至關(guān)系到設(shè)計的成敗。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。C.在高速電路設(shè)計中，能否正確地使用去藕電容，關(guān)系到整個板的穩(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，同時盡量縮短高頻部分的布線長度。通常將高頻的部分布設(shè)在接口部分以減少布線長度，當(dāng)然，這樣的布局仍然要考慮到低頻信號可能受到的干擾。同時還要考慮到高/低頻部分地平面的分割問題，通常采用將二者的地分割，再在接口處單點相接。B.對混合電路，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)與別的信號相接，有助于改善信號質(zhì)量，通常是將孤立銅區(qū)接地或刪除。在實際的制作中，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，同時對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，形成對平面層的分割，從而破壞平面層的完整性，并進而導(dǎo)致信號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，則可保持70%的電場不互相干擾，稱為3W規(guī)則。如要達到98%的電場不互相干擾，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是變化的，在板的邊緣會向外輻射電磁干擾。稱為邊沿效應(yīng)。解決的辦法是將電源層內(nèi)縮，使得電場只在接地層的范圍內(nèi)傳導(dǎo)。以一個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%的電場限制在接地層邊沿內(nèi)；內(nèi)縮100H則可以將98%的電場限制在內(nèi)。20） 五-五規(guī)則：印制板層數(shù)選擇規(guī)則，即時鐘頻率到5MHz或脈沖上升時間小于5ns，則PCB板須采用多層板，這是一般的規(guī)則，有的時候出于成本等因素的考慮，采用雙層板結(jié)構(gòu)時，這種情況下，最好將印制板的一面做為一個完整的地平面層。D.后仿真及設(shè)計優(yōu)化（待補充）E.工藝設(shè)計要求1.一般工藝設(shè)計要求參考印制電路CAD工藝設(shè)計規(guī)范Q/DKBA-Y001-19992.功能板的ICT可測試要求A.對于大批量生產(chǎn)的單板，一般在生產(chǎn)中要做ICT（In Circuit Test),為了滿足ICT測試設(shè)備的要求，PCB設(shè)計中應(yīng)做相應(yīng)的處理，一般要求每個網(wǎng)絡(luò)都要至少有一個可供測試探針接觸的測試點，稱為ICT測試點。B. PCB上的ICT測試點的數(shù)目應(yīng)符合ICT測試規(guī)范的要求,且應(yīng)在PCB板的焊接面,檢測