PCB(PrintedCircuitBoard)，中文名為pcb電路板，又被稱為印刷線路板、印刷電路板，是至關(guān)重要的電子器件構(gòu)件，是電子元件的支承體，是電子元件保護(hù)接地的服務(wù)提供者。因?yàn)樗沁x用電子器件造紙術(shù)制做的，故被稱作\”包裝印刷\”線路板。

伴隨著PCB 規(guī)格規(guī)定愈來愈小，元器件相對(duì)密度規(guī)定愈來愈高，PCB 設(shè)計(jì)方案的困難也越來越大。

怎樣完成PCB 高的布通率及其減少設(shè)計(jì)方案時(shí)間，在這里小編談一談對(duì)PCB 整體規(guī)劃、合理布局和走線的設(shè)計(jì)方案方法。

PCB布局原則

1.按照電路功能分塊布局

不同區(qū)域之間要有明顯的界限(通過地來區(qū)分)。

2.干擾電路與敏感電路分開

模擬電路容易受影響，所以要與干擾電路分開。

3.干擾電路要遠(yuǎn)離接口

時(shí)鐘線、總線、射頻線等高頻線路要遠(yuǎn)離外出接口，避免強(qiáng)輻射信號(hào)上的干擾耦合到外出信號(hào)線上。晶體、晶振、繼電器，開關(guān)電源等均是強(qiáng)輻射器件。

4.分區(qū)域供電并必要分割

數(shù)字地與模擬地分開，并用磁珠等來隔離數(shù)字和模擬之間的噪聲。

一、確定PCB的層數(shù)

電路板尺寸和布線層數(shù)需要在設(shè)計(jì)初期確定。布線層的數(shù)量以及層疊(STack-up)方式會(huì)直接影響到印制線的布線和阻抗。 板的大小有助于確定層疊方式和印制線寬度，實(shí)現(xiàn)期望的設(shè)計(jì)效果。目前多層板之間的成本差別很小，在開始設(shè)計(jì)時(shí)最好采用較多的電路層并使附銅均勻分布。

二、設(shè)計(jì)規(guī)則和限制

要順利完成布線任務(wù)，布線工具需要在正確的規(guī)則和限制條件下工作。要對(duì)所有特殊要求的信號(hào)線進(jìn)行分類，每個(gè)信號(hào)類都應(yīng)該有優(yōu)先級(jí)，優(yōu)先級(jí)越高，規(guī)則也越嚴(yán)格。

規(guī)則涉及印制線寬度、過孔的最大數(shù)量、平行度、信號(hào)線之間的相互影響以及層的限制，這些規(guī)則對(duì)布線工具的性能有很大影響。認(rèn)真考慮設(shè)計(jì)要求是成功布線的重要一步。

三、組件的布局

在最優(yōu)化裝配過程中，可制造性設(shè)計(jì)(DFM)規(guī)則會(huì)對(duì)組件布局產(chǎn)生限制。如果裝配部門允許組件移動(dòng)，可以對(duì)電路適當(dāng)優(yōu)化，更便于自動(dòng)布線。

比如，對(duì)于電源線的布局：

①在PCB布局中應(yīng)將電源退耦電路設(shè)計(jì)在各相關(guān)電路附近，而不要放置在電源部分，否則既影響旁路效果，又會(huì)在電源線和地線上流過脈動(dòng)電流，造成竄擾;

②對(duì)于電路內(nèi)部的電源走向，應(yīng)采取從末級(jí)向前級(jí)供電，并將該部分的電源濾波電容安排在末級(jí)附近;

③對(duì)于一些主要的電流通道，如在調(diào)試和檢測(cè)過程中要斷開或測(cè)量電流，在布局時(shí)應(yīng)在印制導(dǎo)線上安排電流缺口。

另外，要注意穩(wěn)壓電源在布局時(shí)，盡可能安排在單獨(dú)的印制板上。當(dāng)電源與電路合用印制板時(shí)，在布局中，應(yīng)該避免穩(wěn)壓電源與電路元件混合布設(shè)或是使電源和電路合用地線。因?yàn)檫@種布線不僅容易產(chǎn)生干擾，同時(shí)在維修時(shí)無法將負(fù)載斷開，到時(shí)只能切割部分印制導(dǎo)線，從而損傷印制板。

四、扇出設(shè)計(jì)

在扇出設(shè)計(jì)階段，表面貼裝器件的每一個(gè)引腳至少應(yīng)有一個(gè)過孔，以便在需要更多的連接時(shí)，電路板能夠進(jìn)行內(nèi)層連接、在線測(cè)試和電路再處理。

五、手動(dòng)布線以及關(guān)鍵信號(hào)的處理

手動(dòng)布線在現(xiàn)在和將來都是印刷電路板設(shè)計(jì)的一個(gè)重要過程，采用手動(dòng)布線有助于自動(dòng)布線工具完成布線工作。通過對(duì)挑選出的網(wǎng)絡(luò)(net)進(jìn)行手動(dòng)布線并加以固定，可以形成自動(dòng)布線時(shí)可依據(jù)的路徑。

首先對(duì)關(guān)鍵信號(hào)進(jìn)行布線，手動(dòng)布線或結(jié)合自動(dòng)布線工具均可。布線完成后，再由有關(guān)的工程技術(shù)人員對(duì)這些信號(hào)布線進(jìn)行檢查，檢查通過后，將這些線固定，然后開始對(duì)其余信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)布線。由于地線中阻抗的存在，會(huì)給電路帶來共阻抗干擾。

六、自動(dòng)布線

對(duì)關(guān)鍵信號(hào)的布線需要考慮在布線時(shí)控制一些電參數(shù)，比如減小分布電感等，在了解自動(dòng)布線工具有哪些輸入?yún)?shù)以及輸入?yún)?shù)對(duì)布線的影響后，自動(dòng)布線的質(zhì)量在一定程度上可以得到保證。在對(duì)信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)布線時(shí)應(yīng)該采用通用規(guī)則。

通過設(shè)置限制條件和禁止布線區(qū)來限定給定信號(hào)所使用的層以及所用到的過孔數(shù)量，布線工具就能按照工程師的設(shè)計(jì)思想來自動(dòng)布線。在設(shè)置好約束條件和應(yīng)用所創(chuàng)建的規(guī)則后，自動(dòng)布線將會(huì)達(dá)到與預(yù)期相近的結(jié)果，在一部分設(shè)計(jì)完成以后，將其固定下來，以防止受到后邊布線過程的影響。

布線次數(shù)取決于電路的復(fù)雜性和所定義的通用規(guī)則的多少?，F(xiàn)在的自動(dòng)布線工具功能非常強(qiáng)大，通?？赏瓿?00%的布線。但是，當(dāng)自動(dòng)布線工具未完成全部信號(hào)布線時(shí)，就需對(duì)余下的信號(hào)進(jìn)行手動(dòng)布線。

元件布局基本規(guī)則

? 模塊化布局及對(duì)稱布局

進(jìn)行模塊化布局，將同一功能的相關(guān)電路歸為一個(gè)模塊，并遵循就近集中原則。同時(shí)，確保數(shù)字電路和模擬電路相互分離。遵循“先大后小，先難后易”的原則，優(yōu)先安排重要的單元電路和核心元器件。對(duì)稱布局同樣重要，對(duì)于相同結(jié)構(gòu)的電路部分，應(yīng)采用對(duì)稱式標(biāo)準(zhǔn)布局，以提高美觀度和便于生產(chǎn)。

? 柵格和阻容器件布局

在IC器件布局時(shí)，柵格應(yīng)設(shè)置為50-100mil;小型表面安裝器件如表面貼裝元件，柵格設(shè)置應(yīng)不少于25mil。合理設(shè)置柵格和阻容器件布局，根據(jù)其屬性布置阻容器件，確保串聯(lián)匹配電阻應(yīng)靠近該信號(hào)的驅(qū)動(dòng)端，距離一般不超過500mil，并明確信號(hào)的源端和終端。此類優(yōu)化布局有助于改善回路設(shè)計(jì)和提升生產(chǎn)便利性。

02PCB布線規(guī)則? 電源線和信號(hào)線布局

在布置電源線和信號(hào)線時(shí)，需確保電源線盡可能寬，不低于18mil;信號(hào)線寬度不應(yīng)低于12mil。CPU入出線寬度不應(yīng)低于10mil，線間距則不低于10mil，以確保電流的穩(wěn)定傳輸和信號(hào)的完整性。

? 串?dāng)_及走線方向控制

串?dāng)_是PCB設(shè)計(jì)中常見的問題，應(yīng)通過增加平行布線間距并遵循3W規(guī)則來減少。在布線時(shí)要控制相鄰層走線方向，避免不必要的層間串?dāng)_，相鄰層走線應(yīng)成正交結(jié)構(gòu)。同時(shí)，正確的走線方向控制可減少干擾，提高電路設(shè)計(jì)的可靠性。

PCB布局一般原則

1、元器件布局時(shí)盡量單面放置，可以降低產(chǎn)品生產(chǎn)時(shí)的加工成本。

2、封裝、結(jié)構(gòu)相類似的電路，采用對(duì)稱結(jié)構(gòu)布局，有電氣關(guān)系的器件盡量放在一起，器件要做到模塊化。

3、在高頻率的數(shù)字電路中，晶振(有源)和晶體(無源)需要盡可能的靠近芯片，如果離芯片太遠(yuǎn)，芯片接收到信號(hào)后產(chǎn)生的方波會(huì)受到一定干擾，可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)字電路工作異常。

4、接口器件的布局要合理化，元器件放置要考慮到板邊的距離是否合理，例如直插的USB端子，如果布局時(shí)離板邊過遠(yuǎn)會(huì)出現(xiàn)直插器件插不進(jìn)板子的情況，放置到板子中心，直插的USB根本無法插入。

5、對(duì)于一些接口器件要標(biāo)明”+”、”-”，做出絲印說明，防止因?yàn)榻泳€錯(cuò)誤導(dǎo)致電路板子燒毀。

6、對(duì)于射頻模組，優(yōu)先布局射頻電路，對(duì)于Π形網(wǎng)絡(luò)，盡量呈現(xiàn)“一字形“，而且兩邊要鋪GND處理，見下圖。

7、高壓器件和低壓器件要保持安全距離，一般壓差100V，相隔開1毫米。高壓和低壓之間也可以通過隔開地處理。這樣的目的是電器絕緣。

8、濾波電容和去耦電容要放置在芯片的入口處和芯片出口。放置去耦電容和濾波電容是為了改善電源的質(zhì)量，提高抗干擾的一種手段。放置電容時(shí)緊靠芯片。

10、布局時(shí)，還需要考慮是否方便焊接，大器件旁邊避免放置小器件，需要調(diào)試的器件因?yàn)樾枰?jīng)常焊接，要預(yù)留夠足夠的空間，避免拆去器件困難。

PCB走線一般原則

1、走線3W原則，3W原則指的是：線的中心間距不小于3倍線寬，從而降低走線之間的干擾，走線避免直角。

2、走線時(shí)，電源線和地線要盡量粗。減小壓降，以及走線過細(xì)可能會(huì)導(dǎo)致PCB的走線被燒斷。

3、晶振走線要短，盡量避免打過孔換層，包地處理。晶振下面盡量避免走電源線、信號(hào)線，PCB同層挖空打過地過孔到第二層。

5、差分走線

差分走線相對(duì)于單端走線，抗干擾能力強(qiáng)，抑制EMI，差分線走線要做到等寬等間距。

PCB設(shè)計(jì)布局與布線規(guī)則

一、PCB布局的重要性

PCB布局(Layout)是設(shè)計(jì)過程中最先進(jìn)行的步驟，它決定了元器件在電路板上的位置。合理的布局不僅能提升電路板的性能，還能減少布線的難度，降低干擾，增強(qiáng)電磁兼容性(EMC)。

1. 功能區(qū)域的劃分

在PCB布局中，首先需要將電路板劃分為不同的功能區(qū)域，如電源區(qū)、模擬電路區(qū)、數(shù)字電路區(qū)等。將功能相似或相關(guān)的元器件放在一起，能減少信號(hào)傳輸?shù)穆窂剑岣呦到y(tǒng)的穩(wěn)定性。

2. 信號(hào)完整性的考慮

高速信號(hào)、敏感信號(hào)和大電流走線需要特別關(guān)注。高速信號(hào)的布局應(yīng)盡量縮短信號(hào)路徑，減少信號(hào)的反射和串?dāng)_。敏感信號(hào)則應(yīng)遠(yuǎn)離干擾源，如電源和大電流走線。

3. 熱管理

熱量的管理也是布局中的關(guān)鍵因素。功率器件和發(fā)熱量較大的元器件應(yīng)盡量分散布局，并靠近散熱區(qū)域或散熱器件，以確保電路板的熱量能夠及時(shí)散發(fā)，避免因過熱導(dǎo)致的性能下降或故障。

二、PCB布線規(guī)則

在完成PCB布局之后，布線是下一步的重要工作。合理的布線不僅能確保電路的正常工作，還能提高信號(hào)的質(zhì)量，減少電磁干擾(EMI)。

1. 信號(hào)走線

信號(hào)走線應(yīng)盡量短、直，以減少阻抗和干擾。對(duì)于高速信號(hào)，建議采用等長(zhǎng)布線(Length Matching)以避免時(shí)序誤差。另外，盡量避免急轉(zhuǎn)彎和折線走向，因?yàn)檫@會(huì)導(dǎo)致信號(hào)反射和阻抗變化。

2. 電源與地線的布局

電源線和地線的設(shè)計(jì)是PCB布線中的重中之重。電源線應(yīng)盡量寬且短，以降低阻抗，并減少電源噪聲。對(duì)于多層板設(shè)計(jì)，應(yīng)考慮使用獨(dú)立的電源層和地層，以提供更好的信號(hào)屏蔽和電源完整性。

地線設(shè)計(jì)應(yīng)形成一個(gè)完整的地平面，以減少回路電阻和電磁干擾。對(duì)于多層板設(shè)計(jì)，地平面應(yīng)盡量完整，避免切割，以確保良好的電氣性能。

3. 差分信號(hào)布線

對(duì)于差分信號(hào)，如高速數(shù)據(jù)傳輸線路(如USB、HDMI等)，應(yīng)使用等長(zhǎng)、等間距的布線方式。差分信號(hào)線應(yīng)保持平行，并且盡量靠近，以減少電磁干擾。

4. 電磁兼容性(EMC)考慮

布線時(shí)需特別關(guān)注EMC問題。高頻信號(hào)線應(yīng)避免與其他信號(hào)線平行走線，盡量增加它們之間的距離。同時(shí)，應(yīng)減少過孔的使用，因?yàn)檫^孔會(huì)引入寄生電感，影響信號(hào)質(zhì)量。

對(duì)于關(guān)鍵信號(hào)線，可以在PCB的上下層采用金屬屏蔽層進(jìn)行屏蔽。此外，還應(yīng)合理布置去耦電容，濾除電源噪聲，增強(qiáng)電路的抗干擾能力。

5. 過孔的使用

過孔的使用應(yīng)謹(jǐn)慎，盡量減少過孔數(shù)量，因?yàn)槊恳粋€(gè)過孔都會(huì)增加信號(hào)的寄生電感，影響信號(hào)的完整性。對(duì)于重要信號(hào)線，應(yīng)盡量避免使用過孔。

6. 信號(hào)層堆疊

對(duì)于多層板設(shè)計(jì)，信號(hào)層的堆疊順序也是關(guān)鍵。一般建議將高速信號(hào)層與地層相鄰，以提供良好的屏蔽效果，降低信號(hào)干擾。同時(shí)，電源層應(yīng)盡量與地層相鄰，以減少電源噪聲。

在PCB設(shè)計(jì)的宏偉藍(lán)圖中，布局與布線規(guī)則猶如精密樂章中的指揮棒，是鑄就電路板卓越性能、堅(jiān)不可摧的可靠性及經(jīng)濟(jì)高效的制造成本的靈魂所在。恰如一位巧手的園藝師，合理的布局藝術(shù)性地編排著每一寸空間，既削減了布線交織的繁復(fù)迷宮，又如同穩(wěn)固的地基，提升了系統(tǒng)穩(wěn)如磐石的穩(wěn)定性。

布線規(guī)則，這電子世界的經(jīng)緯線，需精心編織信號(hào)完整性、電源完整性及電磁兼容性這三重樂章，確保電路板整體性能的和諧共鳴。它們?nèi)缤腔鄣臒羲?，引領(lǐng)設(shè)計(jì)人員穿越信號(hào)干擾的迷霧，讓每一縷電流都精準(zhǔn)無誤地流淌在既定的軌道上。