PCB布線規(guī)則詳解

1、PCB 布線規(guī)則詳解1 電源、地線的處理 既使在整個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，會使產(chǎn)品的性能下降，有時甚至影響到產(chǎn)品的成功率。所以對電、 地線的布線要認真對待，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。對每個從事電子產(chǎn)品設(shè)計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)只對降低式抑制噪音作以表述： 眾所周知的是在電源、 地線之間加上去耦電容。 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：地線電源線信號線，通常信 號線寬為：0.20.3mm,最經(jīng)細寬度可達 0.050.07mm,電源線為1.22.5

2、mm對數(shù)字電路的PCB 可用寬的地導(dǎo)線組成一個回路 , 即構(gòu)成一個地網(wǎng)來使用 （模擬電路的地不能這樣使用 ） 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?，電源，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，對信號線來說，高頻的信號線盡可能遠離敏感的模擬電路器件，對地線來說，整人PCB 對外界只有一個結(jié)點，所以必須在PCB 內(nèi)部進行處理數(shù)、模共地

3、的問題，而在板內(nèi)部數(shù)字地和模擬地實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短接，請注意，只有一個連接點。也有在PCB 上不共地的，這由系統(tǒng)設(shè)計來決定。3、信號線布在電 （地）層上在多層印制板布線時， 由于在信號線層沒有布完的線剩下已經(jīng)不多， 再多加層數(shù)就會造成浪費也會給生產(chǎn)增加一定的工作量， 成本也相應(yīng)增加了， 為解決這個矛盾，可以考慮在電（地）層上進行布線。首先應(yīng)考慮用電源層，其次才是地層。因為最好是保留地層的完整性。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，對連接腿的處理需要進行綜合的考慮， 就

4、電氣性能而言， 元件腿的焊盤與銅面滿接為好， 但對元件的焊接裝配就存在一些不良隱患如： 焊接需要大功率加熱器。 容易造成虛焊點。 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，可使在焊接時因截面過分散熱而產(chǎn)生虛焊點的可能性大大減少。 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， 但步進太小， 圖場的數(shù)據(jù)量過大， 這必然對設(shè)備的存貯空間有更高的要求， 同時也對象計算機類電子產(chǎn)品的運算速度有極大的影響。 而有些通路是無效的

5、， 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， 通路太少對布通率的影響極大。所以要有一個疏密合理的網(wǎng)格系統(tǒng)來支持布線的進行。 標準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)計規(guī)則檢查（ DRC ） 布線設(shè)計完成后，需認真檢查布線設(shè)計是否符合設(shè)計者所制定的規(guī)則， 同時也需確認所制定的規(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方面： 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

6、距離是否合理，是否滿足生產(chǎn)要求。 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。 對于關(guān)鍵的信號線是否采取了最佳措施，如長度最短，加保護線，輸入線及輸出線被明顯地分開。 模擬電路和數(shù)字電路部分，是否有各自獨立的地線。 后加在 PCB 中的圖形(如圖標、注標)是否會造成信號短路。 對一些不理想的線形進行修改。 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， 字符標志是否壓在器件焊盤上， 以免影響電裝質(zhì)量。 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。 概述 本文檔的目

7、的在于說明使用 PADS 的印制板設(shè)計軟件PowerPCB 進行印制板設(shè)計的流程和一些注意事項， 為一個工作組的設(shè)計人員提供設(shè)計規(guī)范， 方便設(shè)計人員之間進行交流和相互檢查。2、設(shè)計流程PCB 的設(shè)計流程分為網(wǎng)表輸入、規(guī)則設(shè)置、元器件布局、布線、檢查、復(fù)查、輸出六個步驟.2.1 網(wǎng)表輸入網(wǎng)表輸入有兩種方法， 一種是使用 PowerLogic 的 OLE PowerPCB Connection 功能， 選擇 SendNetlist ，應(yīng)用 OLE 功能，可以隨時保持原理圖和 PCB 圖的一致，盡量減少出錯的可能。另一種方法是直接在PowerPCB 中裝載網(wǎng)表，選擇 File->Import

8、，將原理圖生成的網(wǎng)表輸入進來。2.2 規(guī)則設(shè)置 如果在原理圖設(shè)計階段就已經(jīng)把PCB 的設(shè)計規(guī)則設(shè)置好的話，就不用再進行設(shè)置這些規(guī)則了， 因為輸入網(wǎng)表時， 設(shè)計規(guī)則已隨網(wǎng)表輸入進PowerPCB 了。 如果修改了設(shè)計規(guī)則，必須同步原理圖，保證原理圖和 PCB 的一致。除了設(shè)計規(guī)則和層定義外，還有一些規(guī)則需要設(shè)置，比如Pad Stacks,需要修改標準過孔的大小。如果設(shè)計者新建了一個焊盤或過孔，一定要加上Layer 25 。注意： PCB 設(shè)計規(guī)則、層定義、過孔設(shè)置、CAM 輸出設(shè)置已經(jīng)作成缺省啟動文件，名稱為 Default.stp ，網(wǎng)表輸入進來以后，按照設(shè)計的實際情況，把電源網(wǎng)絡(luò)和地分配給電

9、源層和地層，并設(shè)置其它高級規(guī)則。在所有的規(guī)則都設(shè)置好以后，在PowerLogic 中，使用 OLEPowerPCB Connection 的 Rules From PCB 功能，更新原理圖中的規(guī)則設(shè)置，保證原理圖和PCB 圖的規(guī)則一致。2.3 元器件布局 網(wǎng)表輸入以后，所有的元器件都會放在工作區(qū)的零點，重疊在一起，下一步的工作就是把這些元器件分開，按照一些規(guī)則擺放整齊，即元器件布局。 PowerPCB 提供了兩種方法，手工布局和自動布局。2.3.1 手工布局1. 工具印制板的結(jié)構(gòu)尺寸畫出板邊( Board Outline ) 。2. 將元器件分散( Disperse Components )

10、，元器件會排列在板邊的周圍。3. 把元器件一個一個地移動、旋轉(zhuǎn)，放到板邊以內(nèi)，按照一定的規(guī)則擺放整齊。2.3.2 自動布局PowerPCB 提供了自動布局和自動的局部簇布局，但對大多數(shù)的設(shè)計來說，效果并不理想，不推薦使用。2.3.3 注意事項a.布局的首要原則是保證布線的布通率，移動器件時注意飛線的連接，把有連線關(guān)系的器 件放在一起b.數(shù)字器件和模擬器件要分開，盡量遠離c.去耦電容盡量靠近器件的VCCd.放置器件時要考慮以后的焊接，不要太密集e.多使用軟件提供的 Array和Union功能，提高布局的效率2.4 布線布線的方式也有兩種，手工布線和自動布線。PowerPCB提供的手工布線功能十分

11、強大，包括自動推擠、在線設(shè)計規(guī)則檢查(DRC),自動布線由Specctra的布線引擎進行，通常這兩種方法配合使用， 常用的步驟是手工 一自動一 手工。2.4.1 手工布線1 .自動布線前，先用手工布一些重要的網(wǎng)絡(luò)，比如高頻時鐘、主電源等，這些網(wǎng)絡(luò)往往對走線距離、線寬、線間距、屏蔽等有特殊的要求；另外一些特殊封裝，如BGA,自動布線很難布得有規(guī)則，也要用手工布線。2 .自動布線以后，還要用手工布線對PCB的走線進行調(diào)整。1.1.2 自動布線 手工布線結(jié)束以后，剩下的網(wǎng)絡(luò)就交給自動布線器來自布。選擇 Tools->SPECCTRA ,啟動Specctra布線器的接口，設(shè)置好 DO文件，按 C

12、ontinue就啟動了 Specctra布線器自動布線，結(jié)束后如果布通率為100%,那么就可以進行手工調(diào)整布線了；如果不到100%,說明布局或手工布線有問題，需要調(diào)整布局或手工布線，直至全部布通為 止。1.1.3 注意事項a.電源線和地線盡量加粗b.去耦電容盡量與VCC直接連接c.設(shè)置Specctra的DO文件時，首先添加 Protect all wires命令，保護手工布的線不被自動 布線器重布d.如果有混合電源層，應(yīng)該將該層定義為Split/mixed Plane,在布線之前將其分割，布完線之后，使用 Pour Manager的Plane Connect進行覆銅e.將所有的器件管腳設(shè)置為熱

13、焊盤方式，做法是將Filter設(shè)為Pins,選中所有的管腳，修改屬性，在Thermal選項前打勾f.手動布線時把 DRC選項打開，使用動態(tài)布線( Dynamic Route)2.5 檢查 檢查的項目有間距 (Clearance)、連接性(Connectivity )、高速規(guī)則(High Speed) 和電源層(Plane),這些項目可以選擇 Tools->Verify Design進行。如果設(shè)置了高速規(guī)則，必 須檢查，否則可以跳過這一項。檢查出錯誤，必須修改布局和布線。注意：有些錯誤可以忽略，例如有些接插件的Outline的一部分放在了板框外，檢查間距時會出錯；另外每次修改過走線和過孔之

14、后，都要重新覆銅一次。2.6 復(fù)查復(fù)查根據(jù)“PCB僉查表”，內(nèi)容包括設(shè)計規(guī)則，層定義、線寬、間距、焊盤、過孔設(shè)置；還要重點復(fù)查器件布局的合理性，電源、 地線網(wǎng)絡(luò)的走線，高速時鐘網(wǎng)絡(luò)的走線與屏蔽，去耦電容的擺放和連接等。復(fù)查不合格，設(shè)計者要修改布局和布線，合格之后，復(fù)查者和設(shè)計者分別簽字。2.7 設(shè)計輸出 PCB 設(shè)計可以輸出到打印機或輸出光繪文件。打印機可以把PCB 分層打印，便于設(shè)計者和復(fù)查者檢查； 光繪文件交給制板廠家， 生產(chǎn)印制板。 光繪文件的輸出十分重要，關(guān)系到這次設(shè)計的成敗，下面將著重說明輸出光繪文件的注意事項。a. 需要輸出的層有布線層（包括頂層、底層、中間布線層） 、電源層（包括

15、VCC 層和 GND層） 、絲印層（包括頂層絲印、底層絲?。?、阻焊層（包括頂層阻焊和底層阻焊） ，另外還要 生成鉆孔文件（ NC Drill ）b. 如果電源層設(shè)置為 Split/Mixed ， 那么在 Add Document 窗口的 Document 項選擇 Routing ， 并且每次輸出光繪文件之前，都要對 PCB圖使用Pour Manager的Plane Connect進行覆銅； 如果設(shè)置為 CAM Plane ， 則選擇 Plane， 在設(shè)置 Layer 項的時候， 要把 Layer25 加上， 在 Layer25 層中選擇 Pads和Viasc.在設(shè)備設(shè)置窗口（按 Device

16、 Setup）,將Aperture的值改為199d. 在設(shè)置每層的 Layer 時，將 Board Outline 選上e. 設(shè)置絲印層的 Layer 時， 不要選擇 Part Type， 選擇頂層 （底層） 和絲印層的 Outline 、 Text、Linef. 設(shè)置阻焊層的 Layer 時， 選擇過孔表示過孔上不加阻焊， 不選過孔表示家阻焊， 視具體情 況確定g. 生成鉆孔文件時，使用 PowerPCB 的缺省設(shè)置，不要作任何改動h.所有光繪文件輸出以后，用 CAM350打開并打印，由設(shè)計者和復(fù)查者根據(jù)“PCB僉查表”檢查過孔 （ via ） 是多層 PCB 的重要組成部分之一， 鉆孔的費

17、用通常占 PCB 制板費用的 30% 到 40% 。簡單的說來，PCB 上的每一個孔都可以稱之為過孔。從作用上看，過孔可以分成兩類： 一是用作各層間的電氣連接； 二是用作器件的固定或定位。 如果從工藝制程上來說，這些過孔一般又分為三類，即盲孔 （blind via）、埋孔（buried via）和通孔（through via）。盲孔位 于印刷線路板的頂層和底層表面，具有一定深度，用于表層線路和下面的內(nèi)層線路的連接，孔的深度通常不超過一定的比率（孔徑 ）。埋孔是指位于印刷線路板內(nèi)層的連接孔，它不會延伸到線路板的表面。 上述兩類孔都位于線路板的內(nèi)層， 層壓前利用通孔成型工藝完成， 在過孔形成過程中

18、可能還會重疊做好幾個內(nèi)層。 第三種稱為通孔， 這種孔穿過整個線路板， 可用于實現(xiàn)內(nèi)部互連或作為元件的安裝定位孔。 由于通孔在工藝上更易于實現(xiàn)， 成本較低， 所以絕大部分印刷電路板均使用它，而不用另外兩種過孔。以下所說的過孔，沒有特殊說明的，均作為通孔考慮。從設(shè)計的角度來看，一個過孔主要由兩個部分組成，一是中間的鉆孔（ drill hole） ,二 是鉆孔周圍的焊盤區(qū)，見下圖。這兩部分的尺寸大小決定了過孔的大小。很顯然，在高速,高密度的 PCB 設(shè)計時， 設(shè)計者總是希望過孔越小越好， 這樣板上可以留有更多的布線空間， 此外， 過孔越小，其自身的寄生電容也越小， 更適合用于高速電路。但孔尺寸的減小

19、同時帶來了成本的增加，而且過孔的尺寸不可能無限制的減小，它受到鉆孔（drill） 和電鍍（ plating ）等工藝技術(shù)的限制： 孔越小，鉆孔需花費的時間越長，也越容易偏離中心位置；且當孔的深度超過鉆孔直徑的 6 倍時，就無法保證孔壁能均勻鍍銅。比如，現(xiàn)在正常的一塊 6 層 PCB板的厚度 （通孔深度） 為 50Mil 左右， 所以 PCB 廠家能提供的鉆孔直徑最小只能達到 8Mil 。二、 過孔的寄生電容 過孔本身存在著對地的寄生電容， 如果已知過孔在鋪地層上的隔離孔直徑為D2,過孔焊盤的直徑為D1,PCB板的厚度為板基材介電常數(shù)為e則過孔的寄生電容大小近似于：C=1.41 e TD1/(D

20、2-D1)過孔的寄生電容會給電路造成的主要影響是延長了信號 的上升時間，降低了電路的速度。舉例來說，對于一塊厚度為 50Mil 的 PCB 板，如果使用內(nèi)徑為 10Mil ，焊盤直徑為 20Mil 的過孔，焊盤與地鋪銅區(qū)的距離為 32Mil, 則我們可以通過上面的公式近似算出過孔的寄生電容大致是： C=1.41x4.4x0.050x0.020/(0.032-0.020)=0.517pF ，這部分電容引起的上升時間變化量為：T10-90=2.2C(Z0/2)=2.2x0.517x(55/2)=31.28ps 。從這些數(shù)值可以看出，盡管單個過孔的寄生電容引起的上升延變緩的效用不是很明顯，但是如果走

21、線中多次使用過孔進行層間的切換，設(shè)計者還是要慎重考慮的。三、過孔的寄生電感 同樣，過孔存在寄生電容的同時也存在著寄生電感，在高速數(shù)字電路的設(shè)計中， 過孔的寄生電感帶來的危害往往大于寄生電容的影響。 它的寄生串聯(lián)電感會削弱旁路電容的貢獻， 減弱整個電源系統(tǒng)的濾波效用。 我們可以用下面的公式來簡單地計算一個過孔近似的寄生電感：L=5.08hln(4h/d)+1其中L指過孔的電感，h是過孔的長度，d是中心鉆孔的直徑。 從式中可以看出， 過孔的直徑對電感的影響較小， 而對電感影響最大的是過孔的長度。仍然采用上面的例子，可以計算出過孔的電感為：L=5.08x0.050ln(4x0.050/0.010)+1=1.015nH。 如果信號的上升時間是1ns， 那么其等效阻抗大小為：XL=tt L/T10-9