pcb布線規(guī)則談

1、設計過程A. 創(chuàng)建網(wǎng)絡表1. 網(wǎng)絡表是原理圖與 PCB 的接口文件, PCB 設計人員應根據(jù)所用的原理圖和 PCB 設 計工具的特性,選用正確的網(wǎng)絡表格式,創(chuàng)建符合要求的網(wǎng)絡表。2. 創(chuàng)建網(wǎng)絡表的過程中,應根據(jù)原理圖設計工具的特性,積極協(xié)助原理圖設計者排除 錯誤。保證網(wǎng)絡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)臉藴拾蹇?, 創(chuàng)建 PCB 設計文件;注意正確選定單板坐標原點的位置,原點的設置原則: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)設計要

2、求。B. 布局1. 根據(jù)結(jié)構(gòu)圖設置板框尺寸,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。按工藝設計規(guī)范的要求進行尺寸標注。2. 根據(jù)結(jié)構(gòu)圖和生產(chǎn)加工時所須的夾持邊設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、核心元器件應當優(yōu)先 布局.B. 布局中應參

3、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 ” 標準布局;E. 按照均勻分布、重心平衡、版面美觀的標準優(yōu)化布局;F. 器件布局柵格的設置, 一般 IC 器件布局時, 柵格應為 50-100 mil,小型表面安裝器件, 如表面貼裝元件布局時,柵格設置應不少于 25mil 。G . 如有特殊布局要求,應雙方溝通后確定。5. 同類型插裝元器

4、件在 X 或 Y 方向上應朝一個方向放置。 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為非金屬化孔。當安裝 孔需要接地時 , 應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

5、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 , 應適當考慮使用同一種電源的器

6、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關(guān)系,經(jīng)確認無誤后方可開始布線。C. 設置布線約束條件1. 報告設計參數(shù)布局基本確定后,應用 PCB 設計工具的統(tǒng)計功能,報告網(wǎng)絡數(shù)量,網(wǎng)絡密度,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

7、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. 布線層設置 在高速數(shù)字電路設計中, 電源與地層應盡量靠在一起, 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取垂直方向?？梢愿鶕?jù)需要設計 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)

8、家協(xié) 商。 阻抗控制層要按要求標注清楚。 將單板上有阻抗控制要求的網(wǎng)絡布線分布在阻抗控制層 上。2. 線寬和線間距的設置 線寬和線間距的設置要考慮的因素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。當信號的平均電流較大時,應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. 用銅皮作導線通過大電流時,銅箔寬度的載流量應參考表中的數(shù)值降額 50%去選擇

9、考慮。ii. 在 PCB 設計加工中, 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,對應的物理厚度為 35um ; 2OZ 銅厚為 70um 。C. 電路工作電壓:線間距的設置應考慮其介電強度。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,板厚孔徑比應小于 5-8?？讖絻?yōu)選系列如下:孔徑:24mil

10、 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:3.0mm 2.5mm 2.0mm 1.6mm 1.0mm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通孔,埋孔是連接內(nèi)層之間而在成品板表層不可見的導通孔,這兩類過孔尺寸設置可參考過線孔。應用盲孔和埋孔設計時應對 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 供應商協(xié)商。

11、測試孔測試孔是指用于 ICT 測試目的的過孔,可以兼做導通孔,原則上孔徑不限,焊盤直徑 應不小于 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)絡的布線參數(shù)的調(diào)整等,需要在布線前加以確認和設置。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 1

12、2V 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. 當由于高速信號的回流路徑遭到破壞時,應當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, 在自動布線前應完成以下準備工作:自動布線控

13、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,應避免布置對干擾敏感的信號。 5. 有阻抗控制要 求的網(wǎng)絡應布置在阻抗控制層上。 6. 進行 PCB 設計時應該遵循的規(guī)則 1 地線回路規(guī)則:環(huán)路最小規(guī)則

14、, 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; 在雙層板設計中, 在為電源留下足夠空間的情 況下, 應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 竄擾控制串擾(CrossTalk 是指 PCB 上不同網(wǎng)絡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。

15、克服串擾的主要措施是: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,應該考慮采用銅軸電 纜屏蔽結(jié)構(gòu)設計, 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,應考

16、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 " , 減少不必要的干擾輻射和接受, 否則可能帶來不可預 知的結(jié)果。6 阻抗匹配檢查規(guī)則:同一網(wǎng)絡的布線寬度應保持一致, 線寬的變化會造成線路特性阻抗的不均勻, 當傳輸?shù)?速度較高時會產(chǎn)生反射, 在設計中應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)絡規(guī)則:在高速數(shù)字電路中,當 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)復雜,成本較高。 B. 對于點對多點(一個